دانلود پروژه حفاری با لیزر

چکیده

لیزر نه تنها در آزمایشگاه های تحقیقاتی بلکه در صنایع مختلف در کارخانه ها، امور پزشکی، نظامی، هنری و حتی در سوپرمارکت ها کاربرد دارد. نیاز بیش از پیش دانشمندان و مهندسین به آشنایی با این فناوری اخیر کاملاً احساس می شود. بیش از همه دانشجویان رشته های مهندسی برای برآوردن نیازهای آینده خود به آگاهی در این زمینه نیازمندند. اهمیت حفاری در صنعت نفت و گاز یک اهمیت راهبردی است، چنانچه هر کشور در بخش بالادست صنعت نفت خود توان کافی نداشته باشد پس از مدتی نقاط استراتژیک صنعت را از دست خواهد داد. در ایران صنعت حفاری همواره به عنوان یکی از چالش های اصلی در این صنعت مطرح بوده است. همزمان با بالا رفتن عمر چاه ها، هزینه تعمیر چاه ها نیز افزایش می یابد و در آینده به خدمات این بخش برای حفر چاه های جدید بیشتر نیاز داریم، ضمن آنکه به کارگیری تجهیزات مدرن تر در زمینه حفاری، راندمان تولید را افزایش خواهد داد. تکنولوژی حفاری با لیزر یکی از همین تجهیزات مدرن در حفاری در جهان می باشد که هزینه حفاری و زمان حفاری را بسیار کاهش می دهد. روش های کاهش انرژی مخصوص حفاری برای بالا بردن نرخ نفوذ مته یکی از عوامل مؤثر حفاری می باشد که در اینجا به این موضوع می پردازیم.در ایران نرخ نفوذ مته 37 متر در روز است که با رعایت یکسری پارامترها و تأمین بموقع و صحیح کالا و مواد به مقدار بهینه 45 تا 50 متر در روز افزایش پیدا می کند. از جمله این پارامترها دستیابی به تکنولوژی های مدرن است که لیزر سرآمد آنها می باشد.

فهرست

مقدمه. 1

فصل اول کلیات

1-1-ماهیت نور. 4

1-2-روابط اینشتین.. 10

1-3- ضریب بهره. 14

1-5- تشدیدکننده های نوری.. 22

1-6-ضریب بهره آستانه. 24

1-7-روش های دمش.... 26

فصل دوم خصوصیات لیزر

2-1-همدوسی باریکه. 41

2-2-لیزرهای پیوسته. 48

2-2-1-لیزرهای 2Co.. 48

2-2-2-لیزر Ar+. 50

2-2-3-لیزرهای پالسی... 51

2-2-4-Q – سوییچ.. 52

2-2-5-لیزرهای Nd:YAG... 52

2-2-6-لیزرهای اکسایمر. 54

2-3-جفت شدگی مد.. 56

2-4-ثابت سازی فرکانس لیزر. 60

2-5-تولید پالس.... 63

2-6-شدت... 74

2-7-دو برابر کننده فرکانس.... 76

2-8-سوئیچ – Q.. 79

2-9-روش های کلید زنی – Q (Q-Switching). 82

2-9-1-روش آینه چرخان.. 82

2-9-2-Q سوئیچ به روش الکترواپتیک.... 83

2-9-3-Q سوئیچ به روش آکوستواپتیک.... 84

2-9-4-Q سوئیچ انفعالی... 86

2-10-چرخش زاویه ای.. 87

2-11-بیناب نمایی لیزری.. 95

2-12-بیناب نمایی با باریکه - مولکولی... 97

2-13-بیناب نمایی اشباع.. 98

2-14-بیناب نمایی دوفوتونی... 98

فصل سوم چند نمونه از لیزرهای واقعی

3-1-لیزر Nd:YAG.. 102

3-2-لیزرهای نئودیمیم – شیشه. 104

3-3-لیزر یاقوت (3O2Al3+Cr). 105

3-4-لیزر الکساندریت (4O2BeAl : 3+Cr). 106

3-5-لیزرهای مرکز رنگی... 109

3-6-لیزرهای نیمه رسانا 112

3-7-لیزرهای گازی.. 112

3-8-لیزرهای اتمی... 114

3-8-1-لیزر He-Ne. 114

3-8-2-لیزر بخار مس..... 117

3-10-لیزرهای یونی... 119

3-10-1-لیزر یونی آرگون.. 119

3-10-2-لیزر هلیوم کادمیم.. 122

3-11-لیزرهای مولکولی... 123

3-11-1-لیزر دی اکسید کربن... 123

3-11-2-لیزر ازت... 127

3-11-3-لیزرهای اگزیمر. 128

3-11-4-لیزرهای شیمیایی... 130

3-11-4-لیزرهای مادون قرمز دور. 131

3-11-5-لیزرهای مایع رنگی... 132

3-11-6-لیزر الکترون آزاد. 139

فصل چهارم کاربرد های لیزر

4-1-کاربردهای صنعتی، پزشکی و نظامی... 143

4-2-بررسی نظری.. 145

4-3-تغییرات دما با فرض عدم ذوب و تبخیر. 146

4-3عمق ذوب... 153

4-4-عمق تبخیر. 155

4-5-انتقال و متمرکز نمودن باریکه لیزر. 156

4-6-اندازه گیری سرعت سطح با استفاده از طرح های لکه ای   160

4-7-غنی سازی اورانیوم با استفاده از لیزر. 162

4-8-جوشکاری با لیزر. 163

4-9-جوشکاری میکرونی... 165

4-10-جوشکاری با عمق زیاد. 166

4-11-ماشین کاری با کمک لیزر. 167

4-12-برش لیزری.. 168

4-13-سوراخکاری، حکاکی و علامت گذاری.. 169

4-14-استفاده از لیزرهای بسیار پر توان.. 170

4-14-1-گداخت هسته ای با کمک لیزر. 170

4-15-اسلحه های لیزری.. 171

4-16-لیزرها در پزشکی... 172

4-17-لیزرها در چشم پزشکی... 176

فصل پنجم بررسی عوامل مؤثر بر انرژی مخصوص در حفاری چاه های نفت و گاز با لیزر

5-1-فاز اول آزمایشات : 182

5-2-فاز دوم آزمایشات... 184

5-3مشاهدات... 185

5-3-1-مقدار انرژی مخصوص (SE) 185

5-3-2-سرعت حفاری ( ROP) 187

5-4- سیستم رایج حفاری با لیزر. 189

5-6- نرخ نفوذ. 191

5-7- بررسی عوامل مؤثر بر انرژی مخصوص..... 192

5-7-1- پارامترهای تأثیرگذار روی اندازه گیری SE : 192

5-7-2- روش های محاسبه SE : 196

5-7-2-1-روش تفاوت وزنی... 196

5-7-2-2- روش هندسی... 197

5-8- مقایسه روشهای هندسی و تفاوت وزنی... 198

5-9-بهینه سازی پاکسازی.. 200

5-10-مقایسه لیزر درون و بیرون آب... 202

5-11-ترکیب عملی لیزر با دستگاه لوله مغزی سیار. 205

5-11-1- حلقه لغزش نوری... 207

5-11-2-کابل فیبر نوری... 207

نتیجه گیری.. 210

منابع.. 212

فهرست اشکال و نمودار

شکل 1-1- نمایش آزمایش یانگ که پدیده تداخل را نشان می دهد. 4

شکل 1-2- موج ها در فاز مخالف... 5

شکل 1-3- چشمه نور در امواج کروی... 6

شکل 1-4- بیناب امواج الکترومغناطیسی... 7

شکل 1-5- نمودار تراز- انرژی نمایش دهنده. 9

شکل 1-6- تابش عبوری از عنصر حجمی به طول  و واحد سطح.. 15

شکل 1-7- جمعیت دو تراز انرژی یک سیستم. الف) در حالت تعادل ترمودینامیکی. ب) 18

شکل 1-8-جمعیت ترازهای انرژی به وسیله دمش کردن سیستم های سه ترازی. الف) 19

شکل 1-9- جمعیت ترازهای انرژی در سیستم های چهار ترازی. الف)قبل از دمش. ب) 21

شکل 1-10- بعضی از طرح های کاواک لیزر که معمولاً استفاده می شوند.. 23

شکل 1-11- منبع تغذیه جهت لامپ فلاش.... 27

شکل 1-12-بعضی از لامپ های فلاش که در دمش نوری به کار برده می شود. الف) 28

شکل 1-14-بازتاب نور برحسب زاویة برخورد نور پلاریزه موازی (||) 30

شکل 1-15- تنظیم کاواک لیزر با استفاده از میله بریده شده با زاویه بروستر. 31

شکل 2-1-واگرایی پرتو از یک دافراگم دایره ای : ب) توزیع تابندگی زاویه ای... 34

شکل 2-2- مد TEM00 در داخل کاواک لیزر. مد خود را در داخل کاواک 36

شکل 2-3- کاهش واگرایی پرتو با استفاده از سیستم تلسکوپ وارون. 41

شکل 2-4-نمایشی از همدوسی. الف) پرتو کاملاً همدوس نشان داده شده است. 42

شکل 2-5- طرح شماتیک نوری برای بیان همدوسی پرتو. 44

شکل 2-6-وقتی دو قطار موج مساوی به طول LC    45

شکل 2-7-مقدار بازده η و مراحل شماتیک.... 49

شکل 2-7-شماتیک ساده شده قوی ترین گذار یک لیزر Ar+ ، 51

شکل 2-8- طرح تراز و مهمترین گذارهای یک لیزر Nd:YAG... 53

شکل 2-9- حالت زمین و حالت برانگیخته احتمالی از یک مجموعة دوجزئی گاز نادر. 56

شکل 2-9-توان خروجی بر حسب فرکانس یک لیزر تک مد. 62

شکل 2-10-شکست پیوند مولکولی به وسیلة القاء لیزری، که در سطح جذب شده. 64

شکل 2-11- توزیع بوز – انیشتن و پواسون فوتونهای مشاهده شده. 65

شکل2-12-اجزاء اصلی یک لیزر. آینه تمام منعکس کننده. 67

شکل2-13- طرح سیستم دو ترازه همراه فرآیندهای فوتونی القا شده توسط پمپ و ضرایب   68

شکل 2-14-تعداد فوتونهای محاسبه شده در تعادل حرارتی به ازای هر مد .. 71

شکل 2-15- مدهای طولی تشدید کننده فابری – پرو (سمت چپ) 73

شکل 2-16-اثر میدان الکتریکی خارجی بر ماده قطبش پذیر به صورت الکتریکی. 77

شکل 2-17-منحنی قطبش الکتریکی بر حسب میدان الکتریکی برای یک ماده غیر خطی. 78

شکل 2-18-طرح شماتیک تغییرات بعضی از مشخصات لیزر. الف) خروجی لامپ.... 81

شکل 2-19- بلور الکترواپتیک به عنوان Q سوئیچ مورد استفاده قرار گرفته است.... 84

شکل 2-20-چگونگی عمل Q سوئیچ به روش آکوستواپتیک. 85

شکل 2-21- جذب بر حسب شدت نور تابشی برای جاذب اشباع پذیر. 86

شکل 2-22- طرح شماتیک یک ژیروسکوپ حلقوی لیزر. 88

شکل 2-23 شکل هندسی ژیروسکوپ لیزری حلقوی. 89

شکل 2-24سیستم نوری قرائت توسط ژیروسکوپ لیزری. 92

شکل 2-25- طرح اصلی یک ژیروسکوپ با تار نوری. 94

شکل 2-26- بیناب جذب نوری Nd:YAG... 96

شکل 3-1- نمودار ساده شده تراز –.. 102

شکل 3-2- خروجی یک لیزر Nd:YAG که با یک لامپ فلاش دمش شده است. 103

شکل 3-2- لیزر سه ترازی یاقوت. 106

شکل 3-3- نمودار شماتیک تراز انرژی برای ترازهای فعال در لیزر الکساندریت.... 108

شکل 3-4- استفاده از منشور در داخل کاواک جهت تنظیم طول موج.. 109

شکل 3-6-بیناب جذب و گسیل مرکز رنگی در KCI. 110

شکل 3-7- بیان چگونگی ایجاد جا به جایی استوکس. 111

شکل 3-7- ساختمان شماتیک یک لیزر گازی با فشار. 113

شکل 3-8-ترازهای انرژی مربوط به عمل لیزر He-Ne. M. 115

شکل3-9-ساختمان یک لیزر هلیوم – نئون بسته. 117

شکل 3-10- نمودار تراز انرژی لیزر آرگون.. 120

شکل 3-11 ساختمان یک لیزر یونی آرگون.. 121

شکل 3-12- نمودار تراز انرژی نشان دهنده گذارهای لیزر He-Cd. 122

شکل 3-12 مدهای ارتعاشی مولکول دی اکسید کربن. 125

شکل 3-13- نمودار ساده شده ترازهای انرژی لیزر دی اکسید کربن. 126

شکل 3-14 منحنی های انرژی پتانسیل برای لیزر اگزایمر KrF. 128

شکل 3-15-نمودار شماتیک گذارهای درگیر در یک لیزر مادون قرمز دور. 132

شکل 3-16- منحنی های جذب و گسیل برای رودامین G 6. 133

شکل 3-16-طرح تراز – انرژی برای مولکول رنگ. 134

شکل 3-17- طرح شماتیک یک لیزر رنگ قابل تنظیم، 136

شکل3-18-خروجی های بعضی از رنگ های معمولی توسط دمش با لیزرهای یونی. 138

شکل 3-19- نمودار شماتیک لیزر الکترون آزاد. 140

شکل4-1- بازتاب بر حسب طول موج برای سطوح فلزی صیقلی. 145

شکل 4-2- تغییرات شماتیک جذب بر حسب دما برای سطح فلزی... 146

شکل4-3- منحنی تابع (x) ierfc. 147

شکل 4-3 تغییر خروجی لیزر با زمان در طول پالس. تقریباً شبیه یک مثلث است. 151

شکل 4-4- نمودار شماتیک سیستم تحویل باریکه لیزر. 157

شکل 4-5- هدایت باریکه لیزر از داخل یک تار نوری با بازتاب کلی.. 159

شکل 4-6-- نمودار شماتیک یک سیستم برای اندازه گیری سرعت.... 161

شکل 4-7- یونیزاسیون اتم های U235 با استفاده از فرآیند جذب سه مرحله ای. 163

شکل 5-8- مقایسه بین الف) جوشکاری میکرونی با وسایل معمولی، 166

شکل 4-9- ایجاد سوراخ کلید در جوشکاری با یک لیزر پرقدرت. 167

شکل 4-11- سوراخ های ایجاد شده در پره های توربین موتور هواپیما، 169

شکل4-12-طرح شماتیک بازوی مفصلی تحویل دهنده پرتو برای لیزرهای 2CO. 173

شکل4-13- از بین بردن رسوبات شریانی با استفاده از تابش لیزر. 175

شکل 4-14- نمای چشم انسان و موقعیت هایی ممکن که پرتو لیزر. 178

شکل 4-215- چیدمان لیزر برای اصلاح نزدیک بینی (a) و دوربینی (b). 179

شکل 5-1- مقدار نرخ حفاری برای هر نمونه سنگ در حالت غیر اشباع. 189

نمودار5-1 عوامل مؤثر در حفاری با لیزر. 191

شکل 5-1-مقایسه ترک خوردگی، سنگ آهک بدون ترک خوردگی... 195

شکل 5-3- تاثیر نوع شکل اشعه روی حفره ایجاد شده. 197

نمودار 5-2- مقایسه SE روشهای هندسی و تفاوت وزنی برای نمونه های سنگ ماسه. 199

نمودار 5-3-مقایسه SE دو روش برای سنگ آهک.... 200

 نمودار 4-4-مقایسه SE دو روش برای سنگ ماسه. 200

نمودار 5-5-تأثیر روش های متفاوت پاکسازی روی سنگ ماسه در SE.. 202

شکل 4-6- تأثیر پاکسازی روی ایجاد حفره توسط لیزر. 202

شکل5-4- نمای سیستم انتقال توان لیزر. 206

شکل 5-5- تصویر اسمبلی مته مکانیکی و لیزر در پکیج درون چاه. 208

شکل 5-6-تصویر  نمای عملی از سایت اجرای پروژه. 209

فهرست جداول

جدول 2-1- خلاصه طول های همدوسی چند لیزر معروف... 47

جدول 4-1- برش لیزری... 168

جدول 4-2- فهرست شاخه های پزشکی جائیکه لیزرها کاربرد دارند. 177

جدول 5-1- مشخصات فیزیکی نمونه سنگ ها ( نمونه های اشباع با آب ) 186

جدول 5-2-  میزان تخلخل و وزن اشباع نمونه های اشباع با آب... 186

جدول 5-3- میزان انرژی مخصوص و سرعت حفاری برای نمونه سنگ ها 188

جدول 5-4-مقایسه بین لیزر خشک متداول و لیزر همراه با جت آب... 203

جدول 4-5- مقایسه بین حفاری چرخشی متداول و حفاری با لیزر همراه جت آب... 203

جدول 5-6- بررسی خصوصیات انواع سنگ.... 204

جدول 5-7- خصوصیات انواع لیزر.204

این فایل word به صورت کامل (فهرست مطالب , فرست اشکال و نمودار , فهرست جداول , نتیجه گیری , منابع و ...)و در321 صفحه ارائه شده است.