激光辅助钻井破岩机理及可钻性研究

发布时间：2021-04-01 11:01

  提高钻井效率是开发油气资源的必需手段,而激光辅助钻井是一种新兴技术,在开发油气资源领域具有独特优势。激光辅助钻井技术是提高破岩效率及油气资源产能的重要措施,目前还处于探索阶段。激光辅助破岩工艺参数优化和探索激光辅助破岩前后的岩石可钻性是该技术中的重要环节。因此,有必要针对激光辅助破岩机理及可钻性开展研究。本文通过实验研究砂岩和花岗岩对激光作用的敏感性规律,揭示了激光工艺参数、流体与气体携岩对激光破岩的影响规律。研究表明:激光破岩效果随着激光作用时间的增大而变好;选取合适的离焦量和激光功率,激光破岩才能达到最佳效果。与非流体环境下的激光破岩相比,水和钻井液降低激光对岩石的破碎作用,而饱和食盐水有助于激光对岩石的破碎作用。与非气体环境下的激光破岩相比,氮气携岩降低激光对岩石的破碎作用,压缩空气携岩有助于激光对岩石的破碎作用。本文通过实验研究激光作用前后岩石性能的变化规律,包括岩石的密度、孔隙度、矿物成分、力学性能及内部结构,研究激光破岩过程的宏观演化机制和微观演化机制。研究表明:激光作用后岩石的密度降低、孔隙度增加,激光作用后岩石的单轴抗压强度、单轴抗拉强度和三轴抗剪强度降低;激光破岩前后岩石的矿物种类没变,岩石的矿物成分只发生相互转变;观察岩石的CT扫描图像发现:激光作用使岩石内部产生裂纹,花岗岩的裂纹多为纵横交叉的大裂纹,砂岩的裂纹多为沿径向分布的微细小裂纹。通过实验对比发现,花岗岩的破碎机理为:激光的高温热作用使花岗岩内部产生微裂纹,微裂纹萌生、扩展、演化形成宏观裂纹;砂岩的破碎机理为:激光的高温热作用使砂岩矿物失水收缩、颗粒与颗粒之间的剥离、岩石颗粒内部开裂。本文通过可钻性实验综合评价激光辅助破岩的效果。在可钻性实验中,激光钻孔降低岩石的可钻性级数,提高破岩效果;随着激光分布密度的增加,岩石的单轴抗压强度降低,可钻性级数降低,破岩效果变好;氮气携岩提高岩石的可钻性级数,压缩空气携岩降低岩石的可钻性级数,因此压缩空气携岩有助于激光对岩石的破碎作用。可钻性实验表明:通过控制激光能量使岩石受热后表层形成裂缝,利用高温熔化,气化作用和高温热应力作用以削弱岩石强度,加速岩石破碎,为进一步的机械旋转破岩创造有利条件,提高硬质岩层的钻进速度。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE21

【参考文献】

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本文编号：2099276