کد متلب و فایل word پایان نامه مطالعات آزمایشگاهی شکست سنگهای آهکی توسط لیزر فیبری

لینک دانلود

کد متلب و فایل word پایان نامه

مطالعات آزمایشگاهی شکست سنگهای آهکی توسط لیزر فیبری

     

چکیده:

حفاری چاه های نفت و گاز با استفاده از تکنولوژی لیزری یکی از روش های متعارف در نسل جدید حفاری ها می باشد . با توجه به این که حرارت بالای لیزر باعث ذوب و تبخیر سنگ می گردد، از این رو استفاده از چنین روشی به عنوان دستگاه حفاری سنگ های سخت و محیط های نا همگون نام برده می شود . به علت این که این روش وابسه به مولفه های بسیاری است لذا هر تغییر و جایگزینی در سیستم نیازمند اثبات قوی در این زمینه می باشد . در این تحقیق به بررسی و قابلیت های بکارگیری لیزر فیبری و لیزر کربن دی اکسید در عملیات شکست سنگ آهکی  به صورت آزمایشگاهی وعددی پرداخته شده است. به طوری که در ابتدا با ایجاد یک تحلیل ساده عددی معادله انتقال حرارت در جسم را حل کرده و سپس بر اثر شرایط حرارتی موثر عملیات آزمایشگاهی لیزری را انجام می دهیم. از سوی دیگر به تحلیل شکست ها در محیط های متعارف مخزنی و شبیه سازی این شرایط با محیط مخزنی پرداخته شده است.  در نهایت قابلیت های این دستگاه ها جهت بکارگیری در عملیات شکست سنگ آهکی ارائه شده است. نتیجه حاصل شده از این پایان نامه ایجاد شکست های بسیار موثر بر روی نمونه سنگ های آهکی و کاهش مقاومت آن ها می باشد. این شکست در سنگ ها می تواند به عملیات حفاری سرعت بیشتری بدهد.

کلید واژه: حفاری لیزری، لیزر فیبری، لیزر کربن دی اکسید، تنش حرارتی، مخازن دمایی و فشاری  

فهرست مطالب

فهرست جدول ها ح فهرست شکل ها و نمودارها ط 1- مقدمه 1-1- مقدمه 2 2- مبانی نظری تحقیق -1-2 مقدمه 7 2-2- مفاهیم کلی مکانیک سنگی 7 2-2-1- مفهوم تنش 7 2-2-2-مفهوم کرنش 7 2-2-3-مدول الاستیسیته 8 2-2-4- تنش – کرنش، مهندسی و حقیقی 8 2-2-5-مقاومت فشاری 8 2-2-6- پارامترهای موثربر روی دیاگرام تنش – کرنش 8 2-3- مقدمه ای بر علم لیزر 8 2-3-1- ماهیت نور 9 2-3-2- گسیل خود به خودی گسیل القایی و جذب 9 2-3-3- انواع لیزرهای پرکاربرد حرارتی در صنعت حفاری 11 2-4- انرژی ویژه 14 2-4-1- عوامل موثر بر انرژی ویژه 14 3- ارزیابی پیشینه تحقیق 3-1- مقدمه 16 3-2- حفاری لیزری 16 3-3- مروری بر کارهای پیشین 17 4- روش و مراحل تحقیق 4-1- تست مقاومت فشاری تک محوری 27 4-2- تست برزیلی 27 4-3- تحلیل اپتیکی سیال نفتی 28 4-4- مسئله کاهش مقاومت سنگ 29 4-5- مسئله تحلیل عمق نفوذ لیزر در نمونه ها 45 4-6- تحلیل شرایط محیطی 47 5- جمع بندی 5-1- نتیجه¬گیری 51 5-2- پیشنهادات 53 مراجع 54 پیوست 61      

مقدمه

امروزه حفاری های نوین و بررسی روش های ممکن برای جایگزینی حفاری دورانی، بحث مورد بسیار گسترده ای با آن انجام گرفته است. آزمایش های متعدد ثابت کرده است که با استفاده از تکنولوژی علاقه بسیاری از سیاست گذاران صنعت نفت و مهندسین حفاری است. روش های متعددی برای جایگزینی حفاری دورانی پیشنهاد شده که از جمله برخی از آن ها که به صورت عملیاتی مورد بهره برداری قرار گرفته می توان به حفاری با بخار آب، حفاری با فشار آب بالا و حفاری با لیزر اشاره نمود. از بین این روش ها، حفاری با لیزر روش قابل قبول تری نسبتت به بقیه روش ها محسوب شده و از طرفی تحقیقات لیزر در حفاری سنگ ها، می توان علاوه بر افزایش سرعت حفاری، زمان و هزینه های حفاری و آلودگی های زیست محیطی را کاهش داد. تحقیقات در زمینه حفاری لیزر در چا های نفت و گاز، از سال 1960 شروع شد. در آزمایشی که توسط محققان در دانشکده مهندسی نفت دانشگاه کلورادو انجام گرفت، از سیستم امواج پیوسته با طول موج 8/3 میکرومتر و توان لیزری بین 6000 تا 12000 وات استفاده شده است. در طی این آزمایش در مدت زمان 5/4ثانیه تابش لیزر بر روی سطح سنگ، عمق نفوذ حدود 5/2 اینچ گزارش شده است.

مولفه های مهم که بر حفاری با لیزر تاثیر می گذارند عبارتند از  توان لیزر، طول موج، مکانیسم کاری سیستم ( امواج پیوسته یا امواج ضربه ای)، نوع لیزر و نیمرخ اشعه تابشی. با انتخاب سیستم لیزری مناسب، می توان سرعت حفاری را به میزان قابل توجهی افزایش داد. تاکنون مزایای بسیار زیادی در مورد استفاده از لیزر در حفاری چاه های نفت و گاز گزارش شده است. از جمله این مزایا، ایجاد جداره ی سرامیکی بر روی دیواره چاه حفاری شده به علت ذوب و حفر سریع سنگ کربناته آهکی، کاهش روزهای کاری دکل حفاری و مدت زمان توقف حفاری، ایجاد قطر یکسان از سطح تا ته چاه، کاهش احتمال گیر لوله های حفاری، کاهش چشمگیر هزینه های حفاری، امکان استفاده از لوله های سبک و جایگزینی برخی لوله های سنگین با فیبرهای نوری، کاهش آلودگی های زیست محیطی به علت عدم استفاده از گل های پایه روغنی در طی این عملیات و از طرفی افزایش 10 الی 100 برابری سرعت حفاری می باشد.

به طور کلی هدف از انجام این پایان نامه ایجاد شکست بر روی نمونه سنگ های آهکی بر اثر اعمال حرارت بالای لیزر فیبر و کربن دی اکسید می باشد.

         

لینک دانلود

             

مراجع

 

[1]	Broumand P. And Khoie A.R., "Modeling Ductile Fracture With Damage Plasticity Using X-FEM Technique," In International Conference On Extended Finite Element Methods, Cardiff, United Kingdom, 2011.
[2]	Khoei A.R And Anahid.M, "A Mixed Total Lagrangian–Extended Finite Element Method For Modelling Large Elasto-Plastic Deformations," Int J Mech Sci, 2008.
[3]	Khoie.A.R And Haghighat.E, "Extended Finite Element Modeling Of Deformable Porous Media With Arbitrary Interfaces," Applied Mathematical Modelling, Vol. 35, No. 11, Pp. 5426-5441, 2011.
[4]	Nield D.A. And Bejan A., Convection In Porous Media, 3rd Ed.  Springer, 2006.
[5]	Bachment J. And J.,Bear , "Introduction To Modeling Of Transport Phenomena In Porous," Kluwer Academic, 1990.
[6]	Georgiadis J.G And Catton I., "Stochastic Modeling Of Unidirectional fluid Transport In Uniform And Random Packed Beds," Phys. Fluids, Vol. 30, 1987.
[7]	Kaviany.M, Principales Of Heat Transfer In Porous Media. Newyork  Springer.
[8]	Filunger P., Versuch Iiher Die Zugfestigkeit He; Crllitigem Was rdruck, 0sterr.  Baudienst, 1915.
[9]	Zienkiewicz O.Z., Chan A.H.C., Pastor M., And Scherefler B.A., Computational Geomechanics.  John Wiley & Sons, 1999.
[10]	Lai M.W., Rubin D., And Kremple E., Introduction To Continuum Mechanics.  Pergamon Press, 1993.
[11]	Fernandez R.T, Natural Convection From Cyllinders Buried In Porous Media. Phd Thesiss.  University Of California, 1972.
[12]	Lewis R.W. And Scherefler B.A., The Finite Element Method In Static And Dynamic Deformation And Consolidation Of Porous Media.  John Wiley And Sons, 1998.
[13]	Holman J.P., Heat Transfer, 6th Ed.  Mcgrow-Hill, 1986.
[14]	Bomberg M. And Shirtiffe C.J., "Influence Of Moisture Gradients On Heat Transfer Throught Porous Building Material," Thermal Transmissioni Measurment Of Insulation, Pp. 211-233, 1978.
[15]	Zienkiewicz O.C. And Taylor R.L., The Finite Element Method.  Mcgraw-Hill, 1967.
[16]	Wood W.L., Practical Time-Stepping Scheme.  Clarendon Press,Oxford, 1990.
[17]	Broek. D, Elementary Engineering Fracture Mechanics.  Martinus Nijhoff, 1982.
[18]	Anderson T.L., Fracture Mechanics Fundamental And Applications, 2nd Ed.  CSR Press, 1994.
[19]	Griffith A.A., "The Phenomena Of Reupture And Flow In Solids," Vol. 221, Pp. 163-197, 1921.
[20]	Griffith A.A., "The Theory Of Rupture," , , Pp. 55-63. 1924
[21]	Rice J.R., "Path-Indipendant Integral And The Approximate Analysis Of Strain Concentration Bt Notches And Cracks," Journal Applied Mechanics, Transaction ASME, Vol. 35, Pp. 379-386, 1968.
[22]	Li F.Z., Shih C.F., And Needleman A., "Composition Of Methods For Calculating Energy Relea Rates," Vol. 21, Pp. 405-421, 1985.
[23]	Erdoghan F. And Sih G.C., "On The Extension Of Plates Under Plane Loading And Transver Shear," Vol. 4, Pp. 519-527, 1963.
[24]	Yosibash, "Numerical Thermo-Elastic Analysis Of Singularities In Two Dimentions," International Journal Of Fracture, Vol. 74, Pp. 341-361, 1995.
[25]	Zimmerman R.W. And Bodvarsson G.S., "Hydraulic Conductivity Of Rock Fractures," , Vol. 23, 1996, Pp. 1-30.
[26]	Melenk J.M. And Babuska I., "The Partition Of Unity Finite Element Method  Basic Theory And Application," Comput Meth Appl Mech Eng, Vol. 139, Pp. 289-314, 1996.
[27]	Belytschko T. And Black T., "Elastic Crack Growth In Finite Element With Minimum Remeshing," International Jounal Of Numberical Methods In Engineering, Vol. 45, Pp. 601-620, 1999.
[28]	Dolbow.J, Belytschko.T Moes.N, "A Finite Element Method For Crack Growth Without Remeshing," Int J Numer Meth, Vol. 46, Pp. 131-150, 1999.
[29]	Dolbow J., "An Extended Finite Element Method With Discontinuous Enrichment For Applied Mechanics," Phd Thesis. Northwestern University, 1999.
[30]	Dolbow J., Moes N., And Belytschco T., "Discontinuous Enrichment Infinite Elements With A Partition Of Unity Method," Finite Elm Anal Des, Vol. 36, Pp. 235-260, 2000.
[31]	Dolbow J., Moes N., And Belytschko T., "Modeling Fracture In Mindlin–Reissner Plates With The Extended Finite Element Method," International Journal Of Solid And Structures, Vol. 37, Pp. 7161-7183, 2000.
[32]	Dolbow J., Moes N., And Belytchko T., "An Extended Finite Element Method For Modeling Crack Growth With Frictional Contact," Finite Element In Analysis And Desighn, Vol. 36, Pp. 235-260, 2000.
[33]	Chopp.D.L. ,Moës.N., Belytschko.T Stolarska.M, "Modeling Of Crack Growth By Level ts In Extended Finite Element Method," International Journal Of Numerical Methods In Engineering, Vol. 51, Pp. 943-960, 2001.
[34]	Gravouil.A, Belytschko.T Moes.N, "Non Planar 3D Crack Growth In Extented Finite Element And Level ts-Part I," International Journal Of Numerical Methods In Engineering, Vol. 53, Pp. 2549-2568, 2002.
[35]	Sukumar N., Chopp D.L., Moes N., And Belyschko T., "Modeling Holes And Inclusions By Level ts In The Extended Finite-Element Method," Comput Meth Appl Mech Eng, Vol. 190, Pp. 6183-6200, 2001.
[36]	Chessa J., Smolinski P., And Belytschko T., "The Extended Finite Element Method For Solidification Problems," Int. J. Numer. Meth. Engng, Vol. 53, Pp. 1959-1977, 2002.
[37]	Khoei A.R. And Anahid M., "An Enriched Finite Element Algorithm For Numerical Computation Of Contact Friction Problems," Int J Mech Sci, Vol. 49, Pp. 183-199, 2007.
[38]	Chessa J. And Belytschko T., "An Extended Finite Element Method For Two Pha Fluids," J Appl Mech, Vol. 70, Pp. 10-17, 2003.
[39]	Pirec A. And Detouranay E., "An Implicit Level t Method For Modeling Hydraulically Driven Fractures," Comput. Methods Appl. Mech. Engrg, Vol. 197, 2008.
[40]	Rethore J., De Borst R., And Abellan M.A., "A Two -Scale Approach For fluid flow I N Fractured Porous Media," Int. J. Numer. Meth. Engng, Vol. 71, Pp. 780-800, 2007.
[41]	Duflot M., "The Extended Finite Element Method In Thermoelastic Fracture Mechanics," International Journal Of Numerical Methods In Engineering, Vol. 74, Pp. 824-847, 2008.
[42]	Zamani A., Gracie R., And Eslami R., "Higher Order Tip Enrichment Of Extended Finite Element Method In Thermoelastisity," Comput Mech, Vol. 46, Pp. 851-866, 2010.
[43]	Fries T.P, "A Corrected XFEM Approximation Without Problem In Blending Elements," Int J Numer Meth Engng, Vol. 75, Pp. 503-532, 2008.
[44]	Khoie A.R., Mohammadnejad T., And Haghighat E., "Modeling Of Crack Propagation And Fluid Flow In Multi-Pha Porous Media Using Modified X-FEM Technique," In International Conference On Extended Finite Element Methods-XFEM 2011, Cardiff, 2011.
[45]	Tarancon J.E, Vercher A., Giner E., And Fuenmayor F.J., "Enhanced Belending Elements For XFEM Applied To Linear Elastic Fracture Mechanics," Int J. Numer. Meth. Engng, Vol. 77, Pp. 126-148, 2009.
[46]	Rabczuk T. And Belytschko T., "An Adaptive Continuum/Discrete Crack Approach For Meshfree Particle Method," Lajss, Pp. 141-166, 2003.
[47]	John J.R. And Shah S.P., "Mixed Mode Fracture Of Concrete Subjected To Impact Loading," ASCE J.Struc.Eng, Vol. 116, Pp. 582-602, 116.
[48]	Spence D.A., Emerman S.H., And Turcotte D.L., "Transport Of Magma And Hydrothermal Solutions By Laminar And Turbulent Fluid Fracture," Physics Of The Earth And Planetery Interiors, Vol. 41, Pp. 249-259, 1986.
[49]	Boone T.J. And Ingraffea A.R., "A Numerical Procedure For Simulation Of Hydraulically-Driven Fracture Propagation In Poroelastic Media," International Journal For Numerical And Analytical Methods In Geomechanics, Vol. 14, Pp. 27-47, 1990.
[50]	Schrefler B.A., cchi S., And Simoni L., "On Adaptive Refinment Techniques In Multi-Field Problems Including Cohesive Fracture," Computer Methods In Applied Mechanics And Engineering, Vol. 195, Pp. 441-461, 2006.
[51]	Khoie A.R., Barani O.R., And Mofid M., "Modeling Of Dynamic Chohesive Fracture Propagation In Porous Saturated Media," International Journal For Numerical And Analytical Methods In Geomechanics, 2010.
[52]	Bhandari S (1997) Engineering Rock Blasting Operations, AA.Balkema,Rottedam
[53]	Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, Mcgraw-Hill, 1986.
[54]	IUPAC, Compendium Of Chemical Terminology, 2nd Ed. (The "Gold Book") (1997)
[55]	R. M. Graves, S. Batah, R. A. Parker And B. C. Gahan, “Temperature Induced By High Power Lars  Effects On Reservoir Rock Strength And Mechanical Properties”, SPE/ISRM Rock Mechanics Conference, Irving, Texas, 2002.
[56]	M. Bazargan, M. Habibpour, H. Jalalyfar, A. Granmayeh. R, "Using The Lazer Irradiation To Improve The Rate Of Production Of Iran South West Formation" SPE-163284-MS, SPE Kuwait International Petroleum Conference And Exhibition Held In Kuwait City, Kuwait, 10–12 December 2012.
[57]	Z. Xu, C. B. Reed, R. Graves And R. Parker, “Rock Perforation By Puld Nd YAG”, Proceeding Of The 23rd International Congress On Applications Of Lars And Electro-Optics, San Francisco, California, 2004.
[58]	J. A. Clarke And J. A. Profeta III, 2004, “Lar Micro-Drilling Applications”, Proceeding Of The 2004 Advanced Lazer Applications Conference And Exposition, Michigan, U.S.A, 2004.
[59]	Z. Xu, C. B. Reed, R. A. Parker , B. C. Gahan, R. M. Graves, S. Batarsah And H. Figueroa, “Lazer Rock Drilling By A Super-Puld CO2 Lazer Beam”, 21st International Conference On Applications Of Lazers And Electro-Optics (ICALEO-2002), Scottsdale, Az, 2002.
[60]	M. Bakhtbidar, M. Ghorbankhani, M. R. Kazemi Af And M. Alimohammadi, 2011, “Labratory Experiments Investigation Of Effects Of Lars Energy On A Variety Rock Types  An Exploration Innovative Technology”, 73rd EAGE Conference & Exhibition, 2011.
[61]	R. Parker, Z. Xu, . C. Reed, R. Graves And B. Gahan, “Drilling Large Diameter Holes In Rocks Using Multiple Lazer Beams”, 2004, Proceedings Of The 23rd International Congress On Applications Of Lars And Electro-Optics, San Francisco, California, 2004.
[62]	P. Sinha And A. Gour, “Lar Drilling Rearch And Application  An Update”, SPE/IADC Indian Drilling Technology Conference And Exhibition, Mumbai, India, 2006.
[63]	John C. Ion  “Lazer Processing Of Engineering Materials Principles”, Procedure And Industrial Application John C. Ion  Englische Bücher, 2006.
[64]	P, Sheng A, G. Chryssolouris, "Investigation Of Acoustic nsing For Lazer Machining Proces " Journal Of Material Processing Technology, 125_144, 1994.
[65]	R. Poprawer, W. Schulz, R Schmitt, "Hydrodynamics Of Material Removal By Melt Expulsion  Perspectives Of Lar Cutting And Drilling" Physics Procedia, 1_18, 2010.
[66]	G.K.L. Ng, L. Li, "The Effect Of lazer Peak Power And Pul Width On The Hole Geometry Repeatability In Lazer Percussion Drilling" Optics & lazer Technology, 393_402, 2001.
[67]	D.K.Y. Low, L. Li, "An Investigation Into Melt Low Dynamics During Repetitive Puld lazer Drilling Of Transparent Media" Optics & Lazer Technology, 515_522, 2001.
[68]	K. Salonitis, A. Stournaras, G. Tsoukantas, P. Stavropoulos, G. Chryssolouris, "A Theoretical And Experimental Investigation On Limitations Of Pul d Lazer Drilling" Journal Of Material Processing Technology, 96–103, 2007.
[69]	P. Bechtold, S. Eilen, M. Schmidt, "Influence Of Electrostatic Fields And Lazer-Induced Discharges On Ultrashort Lazer Pul Drilling Of Copper" Physics Procedia, 525_531, 2010.
[70]	J. P. Carstens, C. O. Brown, "Rock Cutting By Lazer" Society Of Petroleum Engineers, 1971
[71]	Y. Zekri, S. A. Shedid, H. Alkashef, "U Of Lazer Technology For The Treatment In Carbonate Formation” SPE Annual Technical Conference And Exhibition, New Orleans, Louisiana, p-3 Oct 2001.
[72]	R. A. Parker, B. C. Gahan, R. M. Graves, "Lar Drilling  Effect Of Beam Application Methods On Improving Rock Removal", SPE Paper 84353, SPE
[73]	Annual Technical Conference And Exhibition, Denver, CO, October 5-8.
[74]	M. Ahmadi, M.R.Erfan, M.J.Torkamany, Gh.A.Safian, "The Effect Of Interaction Time And Saturation Of Rock On Specific Energy In ND YAG Lazerr Perforating" Optics & Lar Technology, 226–231, 2011.
[75]	Richard A. Parker, Brian C. Gahan, Ramona M. Graves, Samihbatarh, Zhiyuexu And Claude B. Reed  “Lazer Drilling  Effects Of Beam Application Methods On Improving Rock Removal”, Synopsis Of Paper SPE 84353 Prnted At The SPE Annual Technical Conference And Exhibition Held In Denver, Colorado, U.S.A., 5-8 October 2003.
[76]	Ramona M. Graves, Anibal Araya, Brian C.Gahan And Richard A. Parker  “Comparison Of Specific Energy Between Drilling With High Power Lars And Other Drilling Methods”, Synopsis Of Paper SPE 77627 Prented At The SPE Annual Technical Conference And Exhibition Held In San Antonio, Texas, U.S.A., 29 -2 October 2002.
[77]	Graves, R.M. And O’Brien, D.G.  “Star Wars r Technology For Gas Drilling And Completions In The 21st Century”, Synopsis Of Paper SPE 56625 Prnted At The 1999 SPE Annual Technical Conference And Exhibition Held In Houston, Texas,October 1999.
[78]	Graves, R.M. And O’Brien, D.G.  “Star Wars Lar Technology Applied To Drilling And Completing Gas Wells”, Synopsis Of Paper SPE 49259 Prented At The 1998 SPE Annual Technical Conference And Exhibition Held In New Orleans, Louisiana,27-p - 1999.
[79]	Gahan, B.C. And Parker, Richard A.  “Lar Drilling   Determination Of Energy Required To Remove Rock”, Synopsis Of Paper SPE 71466 Prented At The 2001 SPE Annual Technical Conference And Exhibition Held In New Orleans, Louisiana, 30ptember-3 October 2001.
[80]	S. Pooniwala, “Lars  The Next Bit”, SPE Eastern Regional Meeting, Canton, Ohio, 2006.
[81]	S. Batarh, B.C. Gahan, R.M. Graves, R.A Parker, " Well Perforation Using High - Power Lars " SPE 84418, October 2003.
[82]	B.C. Gahan, S. Batarh, R. Watson, W. Deeg, " Effect Of Downhole Pressure Conditions On High - Power La Perforation" SPE 97093, October 2005.
[83]	M. Bazargan, A.Madani, H. Sharifi, H. Jalalyfar, K. Ghas malaskary, A. Rostamian " Utilization Of La In Petroleum Drilling Industry " IPTC-17019-MS , 2013.
[84]	M. Bazargan, H. Jalalyfar, A. Koohian, M. Habibpour, " Feasibility Of Using Lar Bit Beside Of Common Bits To Drilling Slim Holes " IPTC - 16453 - MS , 2013.
[85]	B. H. G. Brady, E T Brown, “Rock Mechanics For Underground Mining 3Rd Ed”
[86]	John. A. Hudson, John. P. Harrison “Engineering Rock Mechanics An Introduction To The Principles”
[87]	Pande, G.N., Beer, G., & Williams, J.R., "Numerical Methods In Rock Mechanics", John Wiley And Sons, Ltd. (1990),
[88]	Duncan, J.M. Factors Of Safety And Reliability In Geotechnical Engineering. J. Geotechnical & Geoenvironmental Engineering, April, Pp. 307-316. (2000)
[89]	John. A. Hudson, John. P. Harrison “A. Engineering Rock Mechanics Vol2”
[90]	Hoek, E., Carranza-Torres, C. And Corkum, B. Hoek-Brown Failure Criterion –Edition. 5th North American Rock Mechanics Symposium And 17th Tunneling Association Of Canada Conference  NARMS-TAC, Pp. 267-271. 2002
[91]	Hoek, E. And Diederichs, M.S. Empirical Estimation Of Rock Mass Modulus. International Journal Of Rock Mechanics And Mining Sciences, 43, 203–215. (2006).