[1]刘少胡,危轩.激光射孔技术在地热井中应用的可行性研究[J].长江大学学报(自然科学版),2025,(1):66-73.
点击复制

激光射孔技术在地热井中应用的可行性研究
分享到：

长江大学学报（自然科学版）[ISSN:1673-1409/CN:42-1741/N]

卷:
期数:
2025年第1期
页码:
66-73
栏目:
石油与天然气工程
出版日期:
2025-01-25

文章信息/Info

文章编号:
1673-1409 (2025) 01-0066-08
作者:
刘少胡; 危轩
长江大学机械工程学院, 湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 油气钻采工程湖北省重点实验室 (长江大学), 湖北 武汉 4 3 0 1 0 0
关键词:
激光射孔;  数值模拟;  射孔效率;  地热井;  花岗岩
分类号:
TE 3 5 5 .9
文献标志码:
A
摘要:
为探究激光射孔技术在地热井中应用的可行性, 开展了高功率激光对花岗岩进行熔化和气化的数值模拟研究。 基于 COMSOLmu l t i - p h y s i c s软件建立了激光熔化和气化花岗岩进行射孔的有限元模型, 通过现有实验结果证实有限元模型的正确性; 同时利用该方法研究了激光功率密度对射孔孔径、 射孔比能、 射孔速率、 射孔深度的影响, 分析了照射时间对射孔孔径、 射孔比能、 射孔速率和射孔深度的影响。 研究结果表明, 随着激光功率密度的增加, 射孔效率提高, 但伴随着更高的能量消耗; 随着激光照射时间的增加, 射孔效率逐渐降低, 相较于激光功率密度, 激光照射时间具有更强的影响作用; 当激光功率密度为1 0 0kW/ cm2 (功率为3 1 4 .2kW) 、 激光照射时间为7 5s时可达到工程射孔需求, 由此证实激光射孔技术在高温地热井中应用是可行的。 该研究对激光射孔技术的推广应用具有一定指导意义。

参考文献/References:


[1] 马忠平, 王艳宏, 沈健, 等. 天津馆陶组地热回灌钻井和射孔工艺探讨 [J] . 探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2 0 1 4, 4 1 (8): 3 6 - 3 9 .·7 2· 长江大学学报 (自然科学版) 2 0 2 5年1月MAZP, WANG YH, SHENJ, e ta l .D i s c u s s i o no nh e a tr e c h a r g ed r i l l i n ga n dp e r f o r a t i n gt e c h n o l o g yo fG u a n t a oF o r m a t i o ni nT i a n j i n [J] .E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n g (R o c k& S o i lD r i l l i n ga n dTu n n e l i n g), 2 0 1 4, 4 1 (8): 3 6 - 3 9 .
[2] 宋先知, 许富强, 宋国锋. 废弃井地热能开发技术现状与发展建议 [J] . 石油钻探技术, 2 0 2 0, 4 8 (6): 1 - 7 .S ONGXZ, XUFQ, S ONGGF .T e c h n i c a ls t a t u sa n dd e v e l o pm e n ts u g g e s t i o n si ne x p l o i t i n gg e o t h e r m a le n e r g yf r oma b a n d o n e dw e l l s [J] .P e t r o l e um D r i l l i n gT e c h n i q u e s, 2 0 2 0, 4 8 (6): 1 - 7 .
[3] 李永状, 苟红彬, 贾兰凤. 射孔技术在地热资源开发中的应用 [J] . 水文地质工程地质, 2 0 0 2 (3): 4 9 - 5 1 .L IYZ, GOU HB, J I ALF .Ap p l i c a t i o no fp e r f o r a t i o nt e c h n i q u ei nt h ed e v e l o pme n tg e o t h e r ma lr e s o u r c e [J] .Hy d r o g e o l o g ya n dE n g i n e e r i n gG e o l o g y, 2 0 0 2 (3): 4 9 - 5 1 .
[4] 王光辉, 赵娜, 赵苏民. 天津地区新近系地热回灌井不同完井工艺应用效果对比 [J] . 地质找矿论丛, 2 0 1 3, 2 8 (3): 4 8 1 - 4 8 5 .WANGG H, ZHAO N, ZHAOSM .Ne o g e n eg e o t h e r ma lr e c h a r g ew e l l i nT i a n j i na r e ac omp a r i s o no fa p p l i c a t i o ne f f e c t so fd i f f e r e n tc omp l e t i o nt e c h n i q u e s [J] .C o n t r i b u t i o n st oG e o l o g ya n dM i n e r a lR e s o u r c e sR e s e a r c h, 2 0 1 3, 2 8 (3): 4 8 1 - 4 8 5 .
[5] 柯柏林, 赵连海, 温泽涛. 射孔和酸化压裂技术在地热井洗井中的应用 [J] . 探钻工程 (岩土钻掘工程), 2 0 0 7, 3 4 (8): 1 7 - 1 9 .KEBL, ZHAO L H, WEN ZT .A p p l i c a t i o no fp e r f o r a t i o na n da c i df r a c t u r i n gt e c h n o l o g yi ng e o t h e r m a lw e l lf l u s h i n g [J] .E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n g (R o c k&S o i lD r i l l i n ga n dT u n n e l i n g), 2 0 0 7, 3 4 (8): 1 7 - 1 9 .
[6] M I NGX H, YANGB, HAO W C .E n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so fl a s e rp e r f o r a t i o nw i t hah i g hp o w e rf i b e rl a s e ri no i la n dg a sw e l l s [J] .I n f r a r e dP h y s i c s& T e c h n o l o g y, 2 0 1 8, 5: 9 6 - 9 9 .
[7] 易先中, 祁海鹰, 余万军, 等. 高能激光破岩的传热学特性研究 [J] . 光学与光电技术, 2 0 0 5 (3): 1 1 - 1 3 .Y IXZ, Q IH Y, YU WJ .e ta l .S t u d yo nh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so fh i g he n e r g yl a s e rr o c kb r e a k i n g [J] .Op t i c s& Op t o e l e c t r o n i cT e c h n o l o g y,2 0 0 5 (3): 1 1 - 1 3 .
[8] 刘浩, 易万福, 朱双亚. 激光破岩耦合仿真分析 [J] . 激光与光电子学进展, 2 0 1 5, 5 2: 0 1 1 4 0 5 0 1 - 5 .L I U H, Y IW F, ZHU SY .C o u p l e d - f i e l d sn ume r i c a ls i mu l a t i o no fl a s e rt or o c k [J] .L a s e rOp t o e l e c t r o n i c sP r o g r e s s, 2 0 1 5, 5 2:0 1 1 4 0 5 0 1 - 5 .
[9] 蒋涛, 白杨, 解慧明, 等. 岩石的大功率激光射孔研究 [J] . 激光与红外, 2 0 1 5, 4 5 (1 0): 1 2 0 0 - 1 2 0 5 .J I ANGT, BA IY, J I EH M, e ta l .R e s e a r c ho nh i g hp o w e r l a s e rp e r f o r a t i o no fr o c k [J] .L a s e r&I n f r a r e d, 2 0 1 5, 4 5 (1 0): 1 2 0 0 - 1 2 0 5 .
[1 0] GAHAN BC, PARKER R A, BATARS EH S .e ta l .L a s e rd r i l l i n g: d e t e r m i n a t i o no fe n e r g yr e q u i r e dt or emo v er o c k [C] / / S PEAn n u a lT e c h n i c a lC o n f e r e n c ea n dE x h i b i t i o n, 2 0 0 1: S PE - 7 1 4 6 6 -MS .
[1 1] XUZ, REEDCB, PARKERRA, e ta l .L a s e rr o c kd r i l l i n gb yas u p e r - p u l s e dCOl a s e rb e a m [C]/ /I n t e r n a t i o n a lC o n g r e s so nA p p l i c a t i o n so fL a s e r s& E l e c t r o - o p t i c s .L I A,2 0 0 2:1 6 0 2 9 1 .
[1 2] GRAVE SR M, ARAYA A, GAHAN BC, e ta l .C omp a r i s o no fs p e c i f i ce n e r g yb e t w e e nd r i l l i n gw i t hh i g hp ow e rl a s e r sa n do t h e rd r i l l i n gme t h o d s [C] / /S PEAn n u a lT e c h n i c a lC o n f e r e n c ea n dE x h i b i t i o n,2 0 0 2: S PE - 7 7 6 2 7 -MS .
[1 3] E Z ZED I NE,SM, RUB BENCH I KA, YAMAMOTOR .L a s e r - e n h a n c e dd r i l l i n ga n dl a s e ra s s i s t e df r a c t u r i n gf o rs u b s u r f a c eEGSa p p l i -c a t i o n s [R] .P r o c e e d i n g sF o r t i e t hWo r k s h o po nG e o t h e r ma lR e s e r v o i rE n g i n e e r i n g,2 0 1 5 .
[1 4] 张云博, 陆宝乐, 蒋涛, 等, 激光破岩特性研究 [J] . 激光杂志, 2 0 1 3, 3 4 (5): 5 5 - 5 6 .ZHANGYB, LUBL,J I ANGT,e ta l .T h er e s e a r c ha b o u tt h el a s e rr o c k - c r u s h e dc h a r a c t e r i s t i c s [J] .L a s e rJ o u r n a l , 2 0 1 3, 3 4 (5): 5 5 - 5 6 .
[1 5] 官兵, 李士斌, 张立刚, 等. 激光破岩技术影响因素的研究进展 [J] . 激光与光电子学进展, 2 0 2 0, 5 7 (3):3 0 0 3 1 - 1 3 .GUANB, L ISB, ZHANGLG, e ta l .R e v i e wo ni n f l u e n c i n gf a c t o r so f l a s e rr o c kd r i l l i n gt e c h n o l o g y[J] .L a s e r& Op t o e l e c t r o n i c sP r o g r e s s, 2 0 2 0, 5 7 (3):3 0 0 3 1 - 1 3 .
[1 6] BATARS EHSI, GRAVE SR, S AN - ROMAN - AL ER I GR IDP,e ta l .L a s e rp e r f o r a t i o n: L a bt ot h ef i e l d [C] / /A b uD h a b iI n t e r n a t i o n a lP e t r o l e umE x h i b i t i o n& C o n f e r e n c e, 2 0 1 7 .
[1 7] MOB .Ar e v i e wo f l i g h ta mp l i f i c a t i o nb ys t i mu l a t e de m i s s i o no fr a d i a t i o ni no i la n dg a sw e l ld r i l l i n g [J] . M i n i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,2 0 1 0, 2 0: 0 7 5 2 - 0 7 5 7 .
[1 8] 贺会群. 连续油管技术与装备发展综述 [J] . 石油机械, 2 0 0 6, 3 4 (1): 1 - 6 .HE H Q .Ov e r v i e wo fc o i l e dt u b i n gt e c h n o l o g ya n de q u i pme n td e v e l o pme n t [J] .C h i n aP e t r o l e um Ma c h i n e r y, 2 0 0 6, 3 4 (1): 1 - 6 .
[1 9] 易先中, 祁海鹰, 易先彬, 等. 激光破岩温度场的数学模型 [J] . 石油天然气学报, 2 0 0 5, 2 7 (6): 8 8 5 - 8 8 7 .Y IXZ, Q IH Y, Y IXB, e ta l .Ma t h e m a t i c a lmo d e lo f l a s e rr o c kb r e a k i n gt e mp e r a t u r ef i e l d [J] . J o u r n a lo fO i la n dG a sT e c h n o l o g y,2 0 0 5, 2 7 (6): 8 8 5 - 8 8 7 .
[2 0] HU M X, BA IY, CHEN H W,e ta l .E n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so f l a s e rp e r f o r a t i o nw i t hah i g hf i b e r l a s e r i no i la n dg a sw e l l s[J] . I n f r a r e dP h y s i c sE c h n o l o g y, 2 0 1 8, 9 2: 1 0 3 - 1 0 8 .
[2 1] L IM Y, HANB, SONGLY,e ta l. Nume r i c a ls i mu l a t i o na n de x p e r i me n t a li n v e s t i g a t i o no nf r a c t u r eme c h a n i smo fg r a n i t eb yl a s e ri r r a d i a t i o n [J] .Op t i c sa n dL a s e rT e c h n o l o g y, 2 0 1 8, 1 0 6: 5 2 - 6 0.
[2 2] XUZ, YAMASH I TA Y, REEDC .Mo d e l i n go fl a s e rs p a l l a t i o nd r i l l i n go fr o c k sf o rg a sa n do i lw e l ld r i l l i n g [C] / /S PET e c h n i c a lC o n f e r e n c ea n dE x h i b i t i o n, 2 0 0 5 .
[2 3] 陆大卫. 油气井射孔技术 [M] . 北京: 石油工业出版社, 2 0 1 2: 8 7 - 8 8 .LU D W .O i la n dg a sw e l lp e r f o r a t i o nt e c h n o l o g y [M] .B e i j i n g: P e t r o l e umI n d u s t r yP r e s s, 2 0 1 2: 8 7 - 8 8 .
[2 4] FE IY, YAFG , YAJ W,e ta l .S t u d yo nt h ei n t e r a c t i o nm e c h a n i s mb e t w e e nl a s e ra n dr o c kd u r i n gp e r f o r a t i o n [J] .L a s e rT e c h n o l o g y,2 0 1 3, 5 4: 3 0 3 - 3 0 8 .

相似文献/References:

[1]刘玉洲,王方祥,李道松,等.钻分级箍抗反扭矩工具的设计 产量递减规律研究[J].长江大学学报(自然科学版),2019,16(7):056.
[2]欧阳敏慧,张新丰,彭文飞,等.铝合金7050 切削过程的数值模拟与试验[J].长江大学学报(自然科学版),2020,17(3):102.
[3]王英洋,马卫国,陈婷,等.汽车空调离心风机系统结构对噪声的影响[J].长江大学学报(自然科学版),2020,17(3):114.
[4]赵辉,刘邓,江厚顺,等.基于数据物理驱动的油藏调剖动态预测新方法[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(1):060.
[5]张引弟,孙敏,齐立典,等.加湿率对乙烯燃烧污染物排放的影响[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(1):093.
[6]王永辉,车明光,王萌,等.水平页岩气井油管下深对排采效果的影响[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(3):049.
[7]郑双进,刘涛,廖坤,等.不规则井眼固井环空流动压降变化规律[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(3):060.
[8]伍丽娟,史宝成,曹砚峰,等.金属网布筛网冲蚀预测几何模型优选[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(4):083.
[9]赵振峰,李宪文,马新星,等.“井工厂”压裂模式下水力裂缝动态扩展模拟分析[J].长江大学学报(自然科学版),2021,18(6):055.
[10]高永德,张聪慧,吴木旺,等.水泥环向非均匀胶结时套管井井孔声场数值仿真试验[J].长江大学学报(自然科学版),2022,(6):061.

更新日期/Last Update: 2025-01-25