بررسی تغییرات تنش‌های حرارتی و مکانیکی ایجاد شده ناشی از سوراخ‌کاری سنگ با لیزر در فشارهای جانبی بالا با روش اجزاء محدود

مدل کردن و شبیه‌سازی اثر پارامترها روی رفتار سنگ در طی چند دهه اخیر افزایش یافته است. امروزه شبیه‌سازی ابزار مهمی برای تحلیل‌هایی است که در شرایط آزمایشگاهی امکان انجام آن میسر نیست. از علل اصلی استفاده از مدلسازی عددی سوراخ‌کاری با لیزر می‌توان به عدم دسترسی به فشارهای جانبی بالاتر از شرایط آزمایشگاهی موجود، بالا رفتن هزینه‌های سوراخ‌کاری با قطر زیاد، عدم امکان تفکیک تنش و کرنش‌های مکانیکی و حرارتی از هم، ناشی از لیزر در آزمایشگاه و همچنین بررسی اثرات ثانویه لیزرکاری در سنگ اشاره کرد. در این تحقیق، از روش المان محدود برای بررسی تنش‌های حرارتی و مکانیکی ناشی از سوراخ‌کاری با لیزر ND:YAG در نمونه سنگ‌های مخازن هیدروکربوری استفاده شده است. برای این منظور از نرم افزار آباکوس (ABAQUS) برای تحلیل‌های حرارتی و مکانیکی استفاده شد. یک مغزه سنگ مدلسازی شد و خصوصیات حرارتی سنگ مخزن از قبیل هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و چگالی به عنوان پارامترهای ورودی در نظر گرفته شد. پس از اعمال نرخ حفاری و مدلسازی لیزرکاری بر اساس آزمون‌های آزمایشگاهی و انطباق خروجی مدل با این آزمون‌ها، اثر فشارهای جانبی بالا روی لیزر سنگ مطالعه شد. نتایج نشان داد مدل عددی به کار گرفته شده تطابق خوبی با شرایط واقعی دارد. در اطراف سوراخ ایجاد شده، تنش حرارتی ناشی از لیزرکاری نسبت به تنش‌های مکانیکی ناشی از فشار جانبی کمتر است و توزیع تمرکز تنش در آن ارتباط زیادی با مقدار فشار در برگیرنده‌ی نمونه سنگ دارد.