半導體激光輔助花崗巖鉆孔的研究

蔡錦達，鹿文凱

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

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半導體激光輔助花崗巖鉆孔的研究

蔡錦達，鹿文凱

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

為了研究在激光輔熱作用下影響花崗巖鉆孔深度的相關參數。采用500 W半導體激光器對花崗巖進行加熱后鉆孔處理，研究了氣壓大小、激光功率、光斑大小、鉆頭類型對鉆孔深度的影響。實驗結果表明，激光功率是影響鉆孔深度的重要參數，且鉆孔深度隨激光功率的增加而增加；在功率達到峰值，氣壓大小為0.05 MPa，光斑直徑略大于鉆頭直徑，采用鎢鋼刀片進行鉆孔時可獲得最大鉆孔深度。

半導體激光；巖石加熱；鉆孔深度；相關參數

鉆探工程是油田開采中重要的一項工程，而現階段的油層大多埋藏較深，且內部結構組成較為復雜，尤其是存在較為堅硬的巖層比如花崗巖，因此鉆井技術是石油鉆探過程中重要的環節[1]。由于巖石本身力學特性較為復雜，破巖的難度相對較大，鉆孔普遍存在鉆速較慢、成本高、周期長等問題[2]。利用激光的高能量密度，可靠性高的特點，已成為應用于各個領域的研究工作[3-5]。國內相關機構對激光輔助破巖鉆井的實驗進行了一些初步的研究[6-10]。闡述了激光與巖石相互作用機理，通過激光對巖石表面進行加熱使之發生開裂破碎，然后用鉆頭對力學特性改變的巖石進行機械破巖，并對巖石的可鉆行進行評價。本文通過半導體激光器加熱花崗巖的同時用鉆頭進行破巖鉆孔，利用半導體激光器結構簡單，便于調節，指向性好、亮度高和聚光性能好等優點，研究了激光功率，光斑大小，氣壓大小，鉆頭類型等參數對鉆孔深度的影響。……