استفاده از لوله های سبک و جایگزینی برخی لوله های سنگین با فیبرهای نوری
کاهش آلودگی های زیست محیطی و مدیریت مطلوب محیط زیست
افزایش سرعت حفاری به 10تا 100 برابر مقدار حاضر
استفاده از لیزر برای ایجاد منافذ در ساختار بستر سنگ ها ، روشی کاملا متفاوتی است که در این روش با تاباندن پرتو های نور با توان پایین ایجاد شکاف ودر زمان طولانی تر ویا با توان بالاتر ذوب شدن یا تبخیر سنگ را مشاهده می کنیم این روش بارائه نرخ نفوذ بالاتر و توانایی حفاری بدون توقف در زمان حفاری صرفه جویی می کنند که این هزینه های حفر چاه را کاهش می دهد. این روش می تواند با ایجاد یک پوشش غلاف مانند سرامیکی محکم در دیواره چاه را کاهش می تواند زمان صرف ایجاد دیواره جداری را صرفه جویی کند
با توجه به پیشرفت های تکنولوژی لیزر، کارهای تجربی متعددی در سال های اخیر در این حوزه انجام شده است. گریوز و اوبرین، آزمایشی را برای تعیین عملی بودن این کار ارتش آمریکا (لیزر شیمیایی پیشرفته ی مادون قرمز میانی) برای حفاری چاه های گاز، انجام دادند. این روش یک لیزر موج پیوسته با طول موجM 8/3 و توان خروجی 600 تا KW 1200 است. لیزر مستقیما روی یک تخته سنگ ماسه متمرکز شد و تنها پس از 5/4 ثانیه، سوراخی به عمق 5/2 اینچ ایجاد شد. در این آزمایش 5/5 پوند از تخته سنگ برداشته و نرخ نفوذی برابر 166 فوت بر ساعت به دست آمد. اوبرین و دیگران، با استفاده از لیزر اکسیژن ـ ید شیمی نیروی هوایی آمریکا انواع گوناگونی از هسته ها را تحت شرایط مختلف آزمایش کرده و به نتایج موفقیت آمیزی رسیدند.. مدل بندی کندن، برش و حفاری لیزر تحت بررسی مطالعات بسیاری قرار گرفته است. مدل های حفاری یک بعدی و هدایت گرمایی تحلیلی یک بعدی با انرژی لیزر ایجاد شده روی یک مدل سطح فلزی، مورد آزمایش قرار گرفته است. بلکول، انرژی های بسیار قوی متمرکز شده روی فلزات را بررررسی کرد و به این نتیجه رسید که به دلیل اثرات فشار حرارتی، یک انفجار فلزی در زیر سطح اتفاق می افتد. او این جابه جایی مواد انفجاری را به دلیل حرارت ماکسیمم (که قبل از فاز تغییری که در سطح مورد تابش اتفاق می افتد) موجود در داخل بدنه، که حاصل از افت حرارتی محیط است، می داند. مودست و دیگران، یک راه حل عددی برای این مشکل ارائه کرده و اثرات فشار حرارتی بر سرامییک بررسی کردند. این مقاله، فرآیند حرارتی موجود در حفاری لیزر صخره-های سنگ ماسه و سنگ آهک را در کنار آلومینیوم و فولاد نرم مورد بررسی قرار می دهد. یک شبیه سازی عددی براساس عمل جریان مایع و انتقال حرارت بنیادی (هدایت، ذوب و تبخیر) باعث (مسئول) جابه جایی مواد به وسیله ای فرآیند حفاری لیزر، ایجاد شده است.

شکل 3. 3. نقشه دستگاه لیزر برای استفاده در عملیات حفاری[55]
– ژوو و همکارانشان در سال 2001 به صورت کلی بر عملکرد لیزری با توان های بالا روی آورده اند. بیشتر این مطلب را مشخص نموده اند، پس در نتیجه از تاثیرات جانبی حرارتی در مدت کار و تاثیرات سنگی چیزی بیان نکرده اند. در این تحقیق سعی بر آن است تا این نقطه نظر را نیز به کار این گروه اضافه کرده و مشخصات فیزیکی سنگ را نیز داخل معادلات لحاظ نمود[59, 61] .

مطلب مرتبط :   مقاله درمورد دانلود مطالعات تحلیلی و نتایج تجربی

شکل 3. 4. تاثیر لیزر بر سنگ و اثر خمیر شدگی و ذوب شدگی[68]
این مطالعه همچنین نتیجه کاهش اثر انرژی ثانویه مکانیزم جذب در انرژی پایین مورد نیاز شیل تا بعضی از بافت ها در ماسه سنگ را مشخص کرد. این مکانیسم ثانویه از فرایندهای فیزیکی که منحرف کردن پرتو انرژی از دسترسی مستقیم برای حذف سنگ تعریف می شود و ممکن است شامل حرارت ناشسی از تغییر فاز رفتار کانی های سنگ (به عنوان مثال، ذوب، تبخیر و گسستگی) و شکستگی های ایجاد شده توسط انبساط حرارتی باشد. سنگ آهک توسط یک مکانیزم های متفاوت خرد شده و به نظر نمی رسد توسط مکانیسم های ثانویه تحت تأثیر قرار داشته است. همچنین نشان داده است که بهره وری از مکانیسم برش نمونه های سنگ های متخلخل اشباع شده با آب بهبود یافته است و از یک پرتو لیزر که به طور مستقیم از طریق یک لایه آب در نمونه ماسه سنگ تزریق که قادر به خرد کردن و ذوب نمونه را داشت استفاده شد

شکل 3. 5. خروج مواد تسعید شده از دهانه سوراخ لیزر[59]
یکی دیگر از مکانیزم های گسستگی مشاهده شده کربنات ها، تولید یک تغییر فیزیکی در سنگ و گازهای حل شده میباشد. گازها و غلاف ایجاد شده در اثر تابش لیزر باعث کاهش انتقال انرژی به نمونه سنگ می شوند. غلاف و گازهای جذب شده باعث می شوند که انرژی لیزر کمتر به سنگ منتقل شود. شکستگی نیز دارای تأثیر بر روی انرژی ویژه و مقدار آن را بالا می برد.

شکل 3. 6. حفر و شکاف در در نمونه سنگ های سخت [69]
رفتار شکستگی در سنگ ها متکی بر عوامل مانند کانیشناسی، خواص حرارتی سنگ ها، حجم فضای خالی، ابعاد نمونه و مقدار تنش اعمال شده می باشد. نوع کانی تأثیر بر تشکیل شکستگی دارد. کلی های حاوی آب در مواقعی که دمای محیط به دمای بالایی میرسد آب داخل آن را به صورت بخار شروع به فرار کردن می کنند که این امر موجب افزایش فشار می شود و کاهش حجم را به دنبال دارد که این امر می تواند باعث شکستگی نیز شود از موادی که می توان به آن ها اشاره نمود می توان به ماسه سنگ و شیل که هدایت حرارتی بالا دارند که حاوی خاک رس نیزمی باشند اشاره نمود. سنگ آهک، از سوی دیگر، رسانایی حرارتی کمتری دارد و مقدار کمتری حاوی خاک رس و کوارتز می باشد و در نتیجه شکستگی را می توانیم انتظار داشته باشیم نسبتت به ماسه سنگ و شیل است، ولی احتمال شکستگی آن کمتر از سنگ آهک انتظار می رود. با افزایش رسانایی گرمایی، حرارت و گرمای داخل سنگ افزایش می یابد و در نتیجه توزیع بهتری از حرارت داخل سنگ رخ می دهد. سرد شدن سنگ هایی با رسانایی گرمایی بالا نیز به صورت کاملا تدریجی رخ می دهد و در سنگ های ماسه سنگی شکستگی کاملا به صورت تصادفی رخ نمی دهد. حرارت باعث افزایش حجم دانه های کوارتز می شود. در دمای 600 درجه سانتی گراد دانه های کوارتز به اندازه 75/1 % نسبتت به حجم اولیه خود افزایش حجم دارد. در مورد تماس دانه ها و کم بودن فضای خالی بین آن ها نیز می توان گفت که دانه ها در صورت گرما دیدن افزایش حجم دارند ولی چون فضایی برای باز شدن ندارد پس ایجاد فشار مضاعف می کنند پس شرایط ایجاد شکستگی را فراهم می کنند. ابعاد نمونه، در رفتار شکستگی نمونه می تواند تأثیر بگذارد. در آزمایش های گرفته شده معلوم شد که نمونه ای با قطر 54/2 سانتی متر بسیار شکننده تر مخصوصا اطراف حفره ای که ایجاد کرده ایم نسبتت به نمونه ای دیگری با قطر 09/3 سانتی متر که شکستگی کمتری ایجاد کرده بود.

مطلب مرتبط :   شبکه عصبی مصنوعی و مصرف کنندگان

شکل 3. 7. ذوب و تبخیر در نمونه سنگ های مورد مطالعه[69]
– پارکر و همکارانشان در سال 2001 کارهای بسیار ارزنده ای در زمینه لیزر انجام داده اند و تمامی نمونه های رسوبی موجود در ایالات متحده را مورد ازمایش قرار داده اند. اما، تنها نکاتی چند برای بهبود این روش پیشنهاد می گردد. تاثیرات سطحی لیرز و سنگ، نمودار های دمایی انتقالی، کوپل نیروهای داینامیک و مکانیکی به صورت هم زمان بر روی نمونه سنگ ها[61, 72].
براساس آزمایشات و نتایج آن مشخص شد که حفاری به وسیله لیزر باعث افزایش تراوایی و تخلخل در نمونه سنگ می شود. در درجه حرارت بالا مشخص شد که آب داخل حفرات تبخیر می شود و یا اینکه مواد معدنی بین ذرات یا سیمان بین آن ها تغییر حالت می دهند و در آن ناحیه فضای متصل بین حفرات تحت تأثیر قرار می گیرد. این نتایج در شرایط بهبود یافته یک نوع آسیب سازنده ی به حساب آورده می شود . اگر حفاری به صورت معمول انجام شود (حفاری چرخشی) و مشبک کاری نیز با مواد انفجاری انجام شود، نتایج زیر حاصل شد . همان طور که مشاهده می کنید افزایش تراوایی و تخلخل را در ازای خواص سنگ حرارتی مانند هدایت گرمایی داریم. ماسه سنگ دارای هدایت گرمایی بالایی است و محدوده بالایی از توزیع گرما را نشان می دهد و در نتیجه توزیع نفوذپذیری بالایی نیز خواهد داشت. همچنین نتایج مشخص کردند که وجود خاک رس می تواند تراوایی را افزایش هدهد البته با ایجاد شکست در سازند.