[發(fā)明專利]一種可深入石油井下巖石內(nèi)動態(tài)激光射孔裝置

無效

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• 申請日: 2011-02-01
• 公開（公告）號: CN102155196A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 陳浩偉;白晉濤;張云博;陸寶樂;許冠軍;任兆玉
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: E21B43/11
• 分類號: E21B43/11;E21B43/119;E21B17/10;E21B21/16;G02B1/11
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發(fā)明屬于油井完井技術領域，具體涉及一種可深入石油井下巖石內(nèi)動態(tài)激光射孔裝置。

背景技術

射孔技術屬于一種油井完井技術，是指打通井管、水泥層和地層，建立地層與井管之間的流動通道。目前廣泛使用的技術是利用子彈或聚能炸藥進行射孔作業(yè)，但這種方法射孔方向不易控制，并且會對地層產(chǎn)生壓實效應，降低了地層的滲透性，最重要的一點是這種射孔方法射孔深度有限。這些問題一直影響著目前的射孔作業(yè)，限制著油井產(chǎn)能的提升。而利用高功率激光進行石油井下射孔作業(yè)可以有效地解決上述問題，國內(nèi)關于此技術的研究報道較少，并且也沒有一種可投入實際應用的石油井下激光射孔裝置，國外就此技術相關報道如US6888097：Fiber?optics?laser?perforation?tool，該專利介紹了一種石油井下激光射孔裝置，該裝置利用光纖將高能激光傳輸至石油井下激光頭，激光頭可深入巖石內(nèi)部運動，激光頭內(nèi)具有多個光學元件控制激光束出射方向，激光頭前端有一組氣體噴嘴，噴出高壓氣流清掃射孔通道以提高激光射孔作業(yè)效率。用此裝置進行石油井下射孔作業(yè)增加了地層滲透性，使激光頭深入巖石內(nèi)進行射孔作業(yè)顯著提高了射孔通道的深度，有利于油井產(chǎn)能的提升。但是，該裝置激光頭中光學元件角度不能調整，即激光出射方向不能調整，此外激光頭只能在水平方向運動，進行射孔作業(yè)，無法完成有傾斜角射孔通道的射孔作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可深入石油井下巖石內(nèi)動態(tài)激光射孔裝置，該激光射孔裝置克服了現(xiàn)有技術存在的激光出射方向不能調整以及激光頭只能在水平方向運動，從而無法完成有傾斜角射孔通道的射孔作業(yè)的技術問題，利用高能激光束在巖層內(nèi)部燒蝕出孔洞，射孔效率高、射孔深度深，而且能夠改善地層的滲透性。

為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用如下的技術解決方案：

一種可深入石油井下巖石內(nèi)動態(tài)激光射孔裝置，包括地面終端、傳輸系統(tǒng)和激光射孔器；所述地面終端通過傳輸系統(tǒng)和激光射孔器相連接，其特征在于，其中：

所述地面終端包括激光源、電源、高壓氣室和控制終端，所述激光源、電源、高壓氣室分別連接控制終端；所述傳輸系統(tǒng)內(nèi)有光纖和電纜；所述激光射孔器包括射孔器，該射孔器下方連接伺服電機，伺服電機通過傳輸系統(tǒng)連接控制終端，伺服電機控制射孔器在水平方向進行旋轉。

所述射孔器包括射孔方向控制系統(tǒng)、激光頭步進系統(tǒng)和激光頭；

所述激光頭包括外殼、光纖固定器、聚焦透鏡、旋轉外殼、旋轉底座和透明窗口，所述光纖固定器、聚焦透鏡、旋轉外殼、旋轉底座位于外殼內(nèi)，所述旋轉外殼的底面為半球形，旋轉底座有一球形面，該旋轉外殼嵌入與其半球形底面相匹配的旋轉底座的球形面上，旋轉底座內(nèi)設置與控制終端相連接的第四電機，所述第四電機根據(jù)控制終端發(fā)送的控制信號驅動旋轉外殼，使得旋轉外殼相對于旋轉底座在一定錐角范圍內(nèi)旋轉，旋轉外殼內(nèi)底部設置所述光纖固定器，所述光纖固定器將傳輸系統(tǒng)中的光纖引入旋轉外殼內(nèi)并固定光纖，所述聚焦透鏡位于旋轉外殼前端，透明窗口位于外殼的前端，由光纖發(fā)出的激光束依次通過聚焦透鏡、透明窗口射出激光頭；

所述射孔方向控制系統(tǒng)由固定外殼、活動外殼、伸縮桿和第一電機組成，所述固定外殼為一側壁上設有第一敞口的殼體，在第一敞口處安裝有可相對于固定外殼上下滑動的活動外殼，所述活動外殼通過伸縮桿與固定在固定外殼底部的第一電機連接，第一電機通過傳輸系統(tǒng)與控制終端連接；第一電機根據(jù)控制終端的控制信號驅動伸縮桿，伸縮桿推拉活動外殼，使得活動外殼能夠相對于固定外殼上下滑動。

所述激光頭步進系統(tǒng)包括：激光頭位置初始系統(tǒng)、激光頭步進器和傳輸線纜纏繞器；所述激光頭步進器和傳輸線纜纏繞器位于固定外殼內(nèi)部。

所述激光頭位置初始系統(tǒng)由固定架、活動桿和活動架組成，所述固定架為中空的柱體，活動外殼的中央有第二敞口，所述固定架固定在活動外殼的第二敞口內(nèi)，所述活動架是內(nèi)壁為圓柱形的中空的柱體，在活動架的中空柱體前端有空心圓盤，所述空心圓盤的外徑大于活動架的中空柱體的外徑，所述活動架的后端安插在固定架內(nèi)，活動架的外壁貼合固定架的內(nèi)壁，所述空心圓盤上安裝活動桿，活動桿的另一端安裝在固定架的前端，固定架內(nèi)設置與活動桿相連的第三電機，該第三電機通過傳輸系統(tǒng)連接控制終端，第三電機根據(jù)控制終端的控制信號驅動活動桿，從而帶動活動架相對于固定架前后移動。