اختلاف دمای زیاد باعث تبخیر خیلی سریع آب درون فضای خاک رس می شوند و در نتیجه شکستگی را به همراه دارد. در صورتی که دما خیلی بالا رود خاک رس از بین می رود و کاملا فروپاشی می شود به عنوان مثال در 550 درجه سانتی گراد از بین می رود بعد از دست دادن آب داخل حفرات، قبل از دست دادن آب داخل حفرات، از دست دادن آب داخل حفرات و در نتیجه آن افزایش تراوایی وتخلخل از نتایج آزمایشات معلوم شد که استحکام سنگ تابعی از درجه حرارت محسوب می شود و با افزایش حرارت استحکام و قدرت سنگ کاهش می یابد. پس با افزایش دما تبخیر آب درون حفرات خاک رس را داریم و همچنین با افزایش دما کاهش استحکام و مقاومت سنگ را داریم و در نتیجه افزایش دما ایجاد شکستگی و شکاف در سنگ را داریم و افزایش تراوایی و تخلخل را در سنگ داریم.
– گاهان و همکارانشان در سال 2010 پایه را بر این نهادند که مشخصات موادی که بعد ار برخورد با لیزر تبخیر شده اند را بدست اوردند. از این روی ازمایشات خود را در راستای نمونه گیری و مشخص کردن جنس این مواد و سپس نهوه انباشت و طرق خروج آن ها قرار داد تا راهی ایمن را برای این کار پیشنهاد کند. اما از نظر تغییر هر نوع ماده چه مدل ماده جدیدی تولید ی مکانیزم کل کار چقدر تغییر می یابد سخنی به میان نیامده است.
هر گونه تغییر فاز مشاهده شده در نمونه سنگ، وابسته به قدرت لیزر اعمال شده و دمای ذوب مواد معدنی در نمونه می باشد. به طور کلی با افزایش دمای اعمال شده در آزمایش ما دمای ذوب کوارتز درصدی افزازیش یافت و در ادامه آن دمای ذوب سنگ نیز افزایش یافت و مشاهده شد که سنگ با افزایش دما با تخریب شدن مقابله می کند. با توجه به نظریه انرژی ویژه بیشترین درصد انرژزی مصرف شده در کواترز مربوط به مکانیزم ثانویه که شامل ذوب و تبخیر است، می شود. [55, 59, 61, 72, 75, 76, 77, 78, 79, 81, 82]
این مفهوم در حفر چاه های عمیق کاملا قابل لمس می باشد و در چاه های کم عمق این مقادیر به کمترین حد خود می-رسند ولی بهترین عملکرد موقعی است که پاکسازی و خارج کردن خرده های حفاری به نحو خوبی انجام شود. پارامترهای دیگری نیز در تعامل سنگ و لیزر مانند خصوصیات زبری سطح، رنگ، سیمان بین دانه ها، دگرشیبی در ماتریکس مانند حفرات، شکستگی و خواص حرارتی مانند هدایت، ظرفیت گرمایی، انتشار حرارت وجود دارد. تغییر فاز در نمونه ای از شیل که تابعی از توان متوسط اندازه گیری شده اعمال شده و انرژی ویژه می باشد. قدرت لیزر دربازه توانی 2، 0 تا 2/1 کیلو وات هنگامی که تمامی پارامتر ها ثابت باشد می تواند در این بازه قرار داشته باشد. دو منطقه که در ناحیه تابش مستقیم لیزر بودند و دچار مذاب شدند در شکل مشخص شده اند که نقاط داده ها در سمت چپ منطقه انتقالی مشخص شده است که هیچ اثری از ذوب بر روی نمونه قابل تشخیص نمی باشد. و در سمت راست شکل ناحیه انتقالی رسم شده اثرات ذوب بر روی نمونه مشخص شده است. ناحیه نمونه ذوب نشده نشانگر این است که لیزر با توان کمتری تابیده است و نشانگر این است که انرژی ویژه بالاتری دارد. اگر لیزر کاری با توان کمتری انجام شود انرژی مصرف شده صرف انبساط حرارتی در نمونه می شود. اگر توان لیزر را زیاد کنیم شکاف ها به صورت ذوب شدن مواد معدنی و کانی ها خود را نشان می دهند و به سمت به وجود آمدن شکاف پیش می روند. اگر توان را زیادتر کنیم شکاف ها ایجاد شده باعث انتشار گرما و حرارت در نمونه می شوند و باعث می شوند که حرارت در نمونه پخش و توزیع شود. در توان ها بالاتر مواد معدنی و کانی ها ذوب می شود و در نتیجه آن مقدار انرژی ویژه بالا می رود. [55, 59, 61, 72, 75, 76, 77, 78, 79, 81, 82]
پس سرعت در حفاری لیزری نسبتت به حفاری با روش های معمولی بالاتر است و با ایجاد یک پوشش سرامیکی در چاه باعث کمتر شدن آسیب سازندی می شوند و حتی می توان باعث افزایش تخلخل و تراوایی هم شود. از تکنولوژی لیزر می توان در تکمیل چاه و مشبک سازی نیز استفاده کرد. از انرژی ویژه برای مقایسه متدهای مختلف برای حفاری سنگ استفاده می شود که در اینجا پارامتر دیگری هست که تأثیر می-گذارد روی محاسبات به نام تأثیر ثانویه که وابسته به نوع کانی، خواص حرارتی و خواص سنگ می باشد. درصد زیادی از کوارتز سنگ نشان می دهد که در نقاط ذوب بالای سنگ، انرژی ویژه نیز دارای مقادیر بالایی است. لیزر در تمامی سنگ ها قادر به نفوذ و حفاری می باشد حتی در گرانیت و مزیتی که نسبتت به روش های معمولی دارد در سرعت حفاری می باشد که در روش حفاری با لیزر سرعت فوق العاده بالاتر می باشد و در روش حفاری با ساختار حفاری لیزر به این نحوه است که گرما در سنگ به شدت بالا می رود و این گرمای ناگهانی باعث افزایش فشار وتبخیر آب های داخل حفرات می شود که کاهش حجم را به دنبال دارد و این کاهش حجم، افزایش فشار را به دنبال دارد و در نتیجه این اقدامات شکستگی و شکاف را در سنگ به وسیله انبساط حرارتی خواهیم داشت. استفاده از لیزر می تواند خواص فیزیکی سنگ را تغییر دهد از جمله افزایش تراوایی و تخلخل[55, 59, 61, 72, 75, 76, 77, 78, 79, 81].
پارامترهای حفاری به وسیله لیزر می تواند به شدت کنترل شود. برای به دست آوردن مقادیر خرد کردن، ذوب کردن و تبخیر سنگ که وابسته به نیاز باشد مشخص می شود تغییر فاز در سنگ به طور کلی به نوع سنگ، خواص حرارتی، قدرت متوسط محاسبه شده در زمانی که تمامی پارامترها ثابت و بدون تغییر باشند وابسته است. هر چه درصد کوارتز نمونه سنگ ما بالاتر باشد نقطه ذوب آن هم بالاتر خواهد بود. پس اگر درصد کوارتز در نمونه بالاتر باشد انرژی بیشتری برای ذوب کردن و تبخیر آن نیاز داریم. انتقال انرژی لیزر. سه فرآیند اصلی وجود دارند که لیزر به وسیله ی آن ها انرژی را به یک صخره منتقل می کند؛ جذب سطحی، بازتاب و پراکندگی. در این گزارش، فرض شده که منبع لیزر تنها در حالت پالس عمل کرده و بنابراین نیروی لیزر، تابعی از زمان و مکان است.
– احمدی و همکاران خود در سال 2011 اثرات فشار های جانبی را بر روی عملیات لیزری سنجیده اند. اما انها داده های غلطی را دریافت کرده اند به علت سازگار نبودن نیروی حرارتی اعمالی با محیطی، مشخص نبودن فاصله برخورد در هرلحظه، مشخص نکردن نتایج کلی بدست امده بعد از کار، تخریب سلول هوک مورد استفاده قرار گرفته شده، داده های نا مربوط نسبتت به زمان[74].
نیاز گسترده ای به یک روش جدید مشبک کاری چاه های نفت و گاز وجود دارد. تکنیک هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند، در اوایل قرن گذشته ابداع شده اند. مشکلات زیادی مانند توقف در کار به دلیل کند شدن مته ها و فقدان نشتی جریان و چاه های افقی و عمودی دقیق در زمان حفاری به دلیل فقدان یک آب بندی مناسب در اطراف حفره، در استفاده از این تکنیک ها وجود دارد. حفاری لیزری یک روش ارائه شده ی جدید برای از بین بردن مشکلات فعلی در زمان حفاری و همچنین کاهش هزینه های حفاری (در مقایسه با روش های فعلی) است. اگر چه لیزر دارای کاربردهای متعدد در صنایع است، استفاده از آن در صنعت نفت و گاز به تازگی مورد بررسی قرار گرفته است.
در این فصل مشخص گردیده است که در کار های پیشین توسط گروه های تحقیقاتی بین المللی تمامی نظریات در حول محور نرخ نفوذ و تاثیرات شیمیایی و مکانیکی حوضه آن گردیده است. از این روی این پایان نامه در عرصه تحقیق در روش لیزری با مد نظر قرار دادن کشش و انبساط برای تخریب و بالا بردن سرعت حفاری در سطح جهانی بسیار نوین می باشد.

مطلب مرتبط :   منبع مقاله با موضوع شرکت های سهامی

فصل چهارم
روش و مراحل تحقیق
4- نحوه آزمایشات و مدل سازی
در این پایان نامه از سه نوع آزمایشگاه مکانیک سنگی استفاده شده است که به توصیف مختصری از آن ها پرداخته می شود.
4-1- تست مقاومت فشاری تک محوری
این تست به منظور تعیین تعیین مقاومت فشاری تک محوری نمونه سنگ های آهکی صورت می گیرد و از طریق آن می توان مقدار مدول الاستیسیته هر نمونه سنگ را بدست آورد. تست ها برای این آزمایش حاوی قطر 54 میلیمتر و طولی برابر 108 میلیمتر می باشد مطابق با استاندارد ISRM انجام گرفته است. سیستم بارگذاری با جک دیجیتالی دستگاه و با سرعت بارگذاری نیم تا یک مگاپاسکال بر ثانیه تنظیم شده است.

شکل4. 1. تست فشاری تک محوری
4-2- تست برزیلی
هدف از انجام این تست تعیین مقاومت کششی سنگ می باشد. و مقاومت کششی سنگها از این جهت اهمیت دارد که در اثر اعمال انرژی لیزری ترکهای کششی در سنگ توسعه می یابند. این آزمایش مقاومت کششی را بطور غیر مستقیم تعین می کند زیرا نمونه تحت فشار قرار می گیرد اما نهیتا در اثر کشش می شکند. این تست روی یک صفحه نازک انجام می شود و نیروی سراسری به صورت عمودی روی تمام سطوح سنگ وارد می شود. تا زمانی که سنگ از قطر به دو نیم تقسیم شود. نسبتت قطر به ارتفاع 2 به 1 است. صحفه ی شکست در این آزمایش به موازات محور بارگذاری است.