【摘要】：激光破巖技術(shù)是一種安全且低耗的破巖技術(shù),它可以廣泛的被應(yīng)用到石油勘探、垂直鉆井和水平鉆井等領(lǐng)域,被專家和學(xué)者們認(rèn)為是最有可能取代傳統(tǒng)機(jī)械旋進(jìn)式鉆井技術(shù)的先進(jìn)鉆井技術(shù),激光破巖的機(jī)理和條件是近年來研究的熱點(diǎn)。本文以非定常傳熱理論和彈性力學(xué)中的熱應(yīng)力理論為基礎(chǔ),借助有限元分析軟件,模擬激光破巖過程中涉及到的巖石溫度場(chǎng)分布情況和巖石局部位置所受到的熱應(yīng)力大小,通過模擬結(jié)果研究激光破巖的條件和影響因素。首先,以非定常傳熱理論為基礎(chǔ),利用有限元分析方法,借助COMSOL multiphysics有限元分析軟件建立砂巖溫度場(chǎng)分布模型。該模型中模擬了激光直射區(qū)域局部巖石樣本溫度迅速升高的過程,激光照射區(qū)域與其周圍部分存在較為劇烈的熱傳遞,從而引起周圍巖石的溫度場(chǎng)的變化。砂巖彈性模量、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)此溫度場(chǎng)下會(huì)有較大的變化,對(duì)破巖條件有較大影響。其次,在獲得激光照射巖石溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上,以彈性力學(xué)熱應(yīng)力理論為基礎(chǔ),利用MATLAB軟件,結(jié)合巖石溫度場(chǎng)分布情況,模擬在一定溫度分布狀態(tài)下砂巖樣本內(nèi)某些位置軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力的大小,進(jìn)而計(jì)算在樣本中有雜質(zhì)時(shí)熱應(yīng)力沿著三個(gè)主應(yīng)力方向的大小,形成激光照射條件下的巖石熱應(yīng)力場(chǎng)分布。最后,通過分析得到如下結(jié)論:激光照射巖石邊界,在激光直射處附近溫度梯度更大;并且當(dāng)巖石內(nèi)含有雜質(zhì)時(shí),雜質(zhì)邊緣處三種應(yīng)力的大小與不含雜質(zhì)時(shí)有變化。本文通過模擬得到了激光與巖石相互作用時(shí)的熱應(yīng)力場(chǎng)分布,為激光破巖的理論研究和實(shí)際技術(shù)應(yīng)用提供了一定的借鑒。
【圖文】：

東北石油大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文蝕效果[15]。對(duì)激光破巖理論進(jìn)行了數(shù)值的模擬，模擬大的熱應(yīng)力，采用帶有多光闌的光斑能提熔化、氣化依次上升，，效率依次下降[16]�；纠碚撨M(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果表明：針且通過建立熱應(yīng)力模型的方式找到巖石裂以砂巖為樣本，給出 700~1000W 激光功一系列的試驗(yàn)，得到如圖 1-1 所示的一系鉆孔直徑和深度的重要因素，離焦量增大大鉆孔直徑略有減小，深度會(huì)增加[18]。

圖 1-2 激光破巖過程下方式展開：倫破壞準(zhǔn)則和庫倫-莫爾破壞準(zhǔn)則，找到它們的相同點(diǎn)倫-莫爾破壞準(zhǔn)則是較為高效且準(zhǔn)確的判斷方法；見激光器的性質(zhì)和特點(diǎn)，介紹光纖激光器的優(yōu)勢(shì)。并且熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系，對(duì)影響激光破巖效率的傳熱原理分析高斯激光作用到巖石表面時(shí)巖石內(nèi)部的 軟件中，繪制圓柱體巖石模型，得到砂巖三維溫度分布LAB 軟件計(jì)算出由溫度變化引起的巖石內(nèi)熱應(yīng)力變化情，找到其中的規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU63;TN249

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本文編號(hào)：2573114