不同介质条件下激光照射岩石实验研究
发布时间：2021-07-23 07:54
在不同介质条件下采用高功率密度激光照射花岗岩和砂岩,分析激光工艺参数对岩石破碎比能和射孔尺寸的影响。结果表明,干燥、饱和水、饱和钻井液三种花岗岩试样,获得最小比能的激光功率分别是800、800和1 000 W,而砂岩对应的激光功率分别是800、1 000和1 200 W。随着功率和照射时间的增加,两种岩石的射孔尺寸逐渐增大。相同条件下干燥花岗岩试样的激光射孔尺寸最大,饱和水试样次之,饱和钻井液试样最小。对于砂岩,激光功率一定时,饱和钻井液试样的射孔尺寸小于另外两组试样。花岗岩原始抗拉强度为10.11 MPa,三种介质条件下激光处理后抗拉强度分别降至5.82、4.12和5.02 MPa。原始干燥砂岩的抗拉强度约为5.07 MPa,激光照射后抗拉强度降至2.36、2.07和1.06 MPa。此外,激光处理后岩石可钻性级数也随之降低,且花岗岩试样降低幅度大于砂岩。
【文章来源】：应用激光. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５照射时间对岩石抗拉强度的影响（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可钻性分析
（ａ）（ｂ）图５照射时间对岩石抗拉强度的影响（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可钻性分析可钻性级数是评价岩石钻进速度的重要参数［１０］，采用文献［１０］中的四种实验方案，获得不同射孔密度的岩石进行可钻性测试结果，如图６所示。由图６可知，对于三种介质环境下两种岩石的可钻性级数均随着表面射孔数量的增加而降低，且砂岩的可钻性级数明显低于花岗岩。分析认为，随着岩体内射孔数量增加，裂隙数量随之增加，导致岩石力学性能下降。当采用ＰＤＣ钻头进行机械钻进时，相同力作用下钻进相同深度所需时间较短。因此，岩石可钻性级数的降低意味着经过激光照射后，后续机械钻进速度提高。（ａ）（ｂ）图６不同介质下激光照射岩石可钻性级数（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．６Ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ３结论（１）对于干燥、饱和水、饱和钻井液三种花岗岩试样，获得最小比能的激光功率分别是８００、８００和１０００Ｗ，而砂岩对应的激光功率分别是８００、１０００和１２００Ｗ。（２）随着激光功率和照射时间的增长，两组岩石射孔尺寸均逐渐增加。相同条件下干燥花岗岩试样的激光射孔尺寸最大，饱和水试样次之，饱和钻井液试样最校对于砂岩，激光功率一定时，饱和钻井液试样的射孔尺寸小于另外两组试样。（３）随着照射时间增长，两种岩石在三种介质条件下抗拉强度均逐渐降低，原始干燥花岗岩抗拉强度为１０．１１ＭＰａ，当照射时间
而未产生大面积剥落。相比较而言，钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质，主要是由清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等组合而成。钻井液覆盖于花岗岩试样表面吸收大量激光能量，岩体内温度梯度较小，因此激光照射后仅产生玻璃釉而无裂纹和剥落出现。（ａ）（ｂ）（ｃ）图３激光照射花岗岩表面形貌（ａ）干燥试样（ｂ）饱和水（ｃ）饱和钻井液Ｆｉｇ．３Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ图４所示不同介质环境下激光照射砂岩形貌，由图４可知，三种介质条件下砂岩射孔周围均出现明显裂隙，饱和水砂岩的裂隙数量大于干燥岩石，饱和钻井液试样的裂隙反而减少。激光照射砂岩过程中，激光束穿透力较强，在砂岩内部形成规则的射孔，内壁形成光滑的玻璃釉层。此外，由于砂岩内部结构较疏松，含有大量孔洞，激光照射过程中砂岩内矿物质发生分解导致岩体膨胀致裂。饱和钻井液砂岩试样裂隙数量少与其激光能量吸收率有关。（ａ）（ｂ）（ｃ）图４不同介质下激光照射砂岩形貌（ａ）干燥岩石（ｂ）饱和水（ｃ）钻井液Ｆｉｇ．４Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ２．４力学性能图５所示为不同介质环境下采用不同激光照射时间照射岩石抗拉强度曲线，由图５可知，对于花岗岩和砂岩，随着照射时间增长，抗拉强度逐渐降低。原始干燥花岗岩抗拉强度约为１０．１１ＭＰａ，当照射时间ｔ＝１０ｓ时，抗拉强度降至５．８２ＭＰａ，约为原始试样的５０％。饱和水和钻井液的花岗岩试样，抗拉强度由原来
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态磁场辅助对激光熔注球形WC涂层的组织与性能研究[J]. 赖三聘,王梁,胡勇,孙卓,姚建华. 应用激光. 2016(05)
[2]时效处理对激光熔覆Ni60-hBN自润滑耐磨复合涂层的影响[J]. 乔世杰,刘秀波,翟永杰,陆小龙,余鹏程,石皋莲,吴少华. 应用激光. 2015(06)
[3]激光辅助破岩规律及力学性能研究[J]. 李美艳,韩彬,张世一,王勇,李璐. 应用激光. 2015(03)
[4]世界钻井技术新进展及发展趋势分析[J]. 沈忠厚,黄洪春,高德利. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(04)
本文编号：3298897
【文章来源】：应用激光. 2017,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５照射时间对岩石抗拉强度的影响（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可钻性分析
（ａ）（ｂ）图５照射时间对岩石抗拉强度的影响（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｃｋ２．５可钻性分析可钻性级数是评价岩石钻进速度的重要参数［１０］，采用文献［１０］中的四种实验方案，获得不同射孔密度的岩石进行可钻性测试结果，如图６所示。由图６可知，对于三种介质环境下两种岩石的可钻性级数均随着表面射孔数量的增加而降低，且砂岩的可钻性级数明显低于花岗岩。分析认为，随着岩体内射孔数量增加，裂隙数量随之增加，导致岩石力学性能下降。当采用ＰＤＣ钻头进行机械钻进时，相同力作用下钻进相同深度所需时间较短。因此，岩石可钻性级数的降低意味着经过激光照射后，后续机械钻进速度提高。（ａ）（ｂ）图６不同介质下激光照射岩石可钻性级数（ａ）花岗岩（ｂ）砂岩Ｆｉｇ．６Ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ３结论（１）对于干燥、饱和水、饱和钻井液三种花岗岩试样，获得最小比能的激光功率分别是８００、８００和１０００Ｗ，而砂岩对应的激光功率分别是８００、１０００和１２００Ｗ。（２）随着激光功率和照射时间的增长，两组岩石射孔尺寸均逐渐增加。相同条件下干燥花岗岩试样的激光射孔尺寸最大，饱和水试样次之，饱和钻井液试样最校对于砂岩，激光功率一定时，饱和钻井液试样的射孔尺寸小于另外两组试样。（３）随着照射时间增长，两种岩石在三种介质条件下抗拉强度均逐渐降低，原始干燥花岗岩抗拉强度为１０．１１ＭＰａ，当照射时间
而未产生大面积剥落。相比较而言，钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质，主要是由清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等组合而成。钻井液覆盖于花岗岩试样表面吸收大量激光能量，岩体内温度梯度较小，因此激光照射后仅产生玻璃釉而无裂纹和剥落出现。（ａ）（ｂ）（ｃ）图３激光照射花岗岩表面形貌（ａ）干燥试样（ｂ）饱和水（ｃ）饱和钻井液Ｆｉｇ．３Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｇｒａｎｉｔｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｌａｓｅｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ图４所示不同介质环境下激光照射砂岩形貌，由图４可知，三种介质条件下砂岩射孔周围均出现明显裂隙，饱和水砂岩的裂隙数量大于干燥岩石，饱和钻井液试样的裂隙反而减少。激光照射砂岩过程中，激光束穿透力较强，在砂岩内部形成规则的射孔，内壁形成光滑的玻璃釉层。此外，由于砂岩内部结构较疏松，含有大量孔洞，激光照射过程中砂岩内矿物质发生分解导致岩体膨胀致裂。饱和钻井液砂岩试样裂隙数量少与其激光能量吸收率有关。（ａ）（ｂ）（ｃ）图４不同介质下激光照射砂岩形貌（ａ）干燥岩石（ｂ）饱和水（ｃ）钻井液Ｆｉｇ．４Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉａ２．４力学性能图５所示为不同介质环境下采用不同激光照射时间照射岩石抗拉强度曲线，由图５可知，对于花岗岩和砂岩，随着照射时间增长，抗拉强度逐渐降低。原始干燥花岗岩抗拉强度约为１０．１１ＭＰａ，当照射时间ｔ＝１０ｓ时，抗拉强度降至５．８２ＭＰａ，约为原始试样的５０％。饱和水和钻井液的花岗岩试样，抗拉强度由原来
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳态磁场辅助对激光熔注球形WC涂层的组织与性能研究[J]. 赖三聘,王梁,胡勇,孙卓,姚建华. 应用激光. 2016(05)
[2]时效处理对激光熔覆Ni60-hBN自润滑耐磨复合涂层的影响[J]. 乔世杰,刘秀波,翟永杰,陆小龙,余鹏程,石皋莲,吴少华. 应用激光. 2015(06)
[3]激光辅助破岩规律及力学性能研究[J]. 李美艳,韩彬,张世一,王勇,李璐. 应用激光. 2015(03)
[4]世界钻井技术新进展及发展趋势分析[J]. 沈忠厚,黄洪春,高德利. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(04)
本文编号：3298897
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