بررسی تنش های حرارتی و مکانیکی سنگ در اثر سوراخکاری با لیزر
Abstract
محدودیت های موجود در استفاده از روش سوارخکاری با لیزر، انجام مطالعات و تحقیقات گسترده برای شناسایی مکانیزم عمل لیزر در سنگ را اجتناب ناپذیر کرده است. از آنجا که در بررسی های آزمایشگاهی، امکان مطالعه و تحلیل تمام پدیده های ناشی از لیزر مانند تنش های مکانیکی و حرارتی و توزیع گرما در نمونه سنگ وجود ندارد، بهره گیری از روش های تحلیل عددی و مدل سازی مکانیزم عمل لیزر در کنار مطالعات آزمایشگاهی ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، از روش عددی برای درک تنش های حرارتی و مکانیکی ناشی از سوراخکاری با لیزر nd:yag در نمونه سنگ های مخازن هیدروکربوری استفاده شده است. برای این منظور از نرم افزار آباکوس (abaqus) در تحلیل های حرارتی و مکانیکی استفاده گردید و در آن، خصوصیات حرارتی سنگ مخزن از قبیل هدایت حرارتی، چگالی و ظرفیت گرمایی در نظر گرفته شد. پس از اعمال نرخ حفاری و مدلسازی لیزرکاری بر اساس شرایط آزمایشگاهی و بررسی اثر فشارهای جانبی مختلف، تأثیر نوع اشباع بودن سنگ بر روی لیزرکاری، عمل شبیه سازی ایجاد سوراخ با قطر واقعی، یعنی قطر 2 سانتیمتر در نرم افزار انجام شد. پس از شبیه سازی حفاری سوراخ های 3 میلی متری و 2 سانتی متری تحت فشارهای جانبی یکسان و مقایسه آنها با یکدیگر، اقدام به مدلسازی حفاری تحت شرایط تنش واقعی زمین گردید. نتایج نشان داد مدل عددی به کار گرفته شده تطابق خوبی با شرایط واقعی دارد. در اطراف سوراخ ایجاد شده، تنش حرارتی ناشی از لیزرکاری نسبت به تنش های مکانیکی ناشی از فشار جانبی کمتر است. همچنین با بیشتر شدن قطر سوراخ، تمرکز تنش در اطراف آن افزایش چشمگیری یافته و در فاصله کمی از سوراخ، باعث ایجاد ترک و شکستگی در سنگ می شود.