蔡锦达，鹿文凯

(上海理工大学 机械工程学院，上海 200093)



半导体激光辅助花岗岩钻孔的研究

蔡锦达，鹿文凯

(上海理工大学 机械工程学院，上海 200093)

为了研究在激光辅热作用下影响花岗岩钻孔深度的相关参数。采用500 W半导体激光器对花岗岩进行加热后钻孔处理，研究了气压大小、激光功率、光斑大小、钻头类型对钻孔深度的影响。实验结果表明，激光功率是影响钻孔深度的重要参数，且钻孔深度随激光功率的增加而增加；在功率达到峰值，气压大小为0.05 MPa，光斑直径略大于钻头直径，采用钨钢刀片进行钻孔时可获得最大钻孔深度。

半导体激光；岩石加热；钻孔深度；相关参数

钻探工程是油田开采中重要的一项工程，而现阶段的油层大多埋藏较深，且内部结构组成较为复杂，尤其是存在较为坚硬的岩层比如花岗岩，因此钻井技术是石油钻探过程中重要的环节[1]。由于岩石本身力学特性较为复杂，破岩的难度相对较大，钻孔普遍存在钻速较慢、成本高、周期长等问题[2]。利用激光的高能量密度，可靠性高的特点，已成为应用于各个领域的研究工作[3-5]。国内相关机构对激光辅助破岩钻井的实验进行了一些初步的研究[6-10]。阐述了激光与岩石相互作用机理，通过激光对岩石表面进行加热使之发生开裂破碎，然后用钻头对力学特性改变的岩石进行机械破岩，并对岩石的可钻行进行评价。本文通过半导体激光器加热花岗岩的同时用钻头进行破岩钻孔，利用半导体激光器结构简单，便于调节，指向性好、亮度高和聚光性能好等优点，研究了激光功率，光斑大小，气压大小，钻头类型等参数对钻孔深度的影响。……