[實用新型]一種井下激光輔助破巖的鉆具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220735297.2
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203081295U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝慧;周燕;羅熙;陳志禮;李亞偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B7/15
• 分類號: E21B7/15
• 代理公司: 東營雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及鉆井工具領(lǐng)域，尤其是一種井下激光輔助破巖的鉆具。?

背景技術(shù)

自20世紀初旋轉(zhuǎn)鉆井取代傳統(tǒng)的頓鉆鉆井，實現(xiàn)石油鉆井第一次革新以來，鉆井方式一直并無較大變革，僅是通過利用新材料和改進設(shè)計來提高鉆頭的性能，以提高鉆遇堅硬巖石地層時的鉆速，但旋轉(zhuǎn)鉆進方式依然是依靠高鉆壓、高扭矩、高轉(zhuǎn)速來增大機械鉆速。激光鉆井的破巖機理是利用高能激光破碎、熔化和蒸發(fā)巖石。激光鉆井無疑是未來鉆井發(fā)展的方向，較之常規(guī)鉆井具有無可比擬的優(yōu)勢，有望給鉆井帶來一場革命。?但目前激光鉆井仍處于室內(nèi)試驗階段，要投入商業(yè)化應(yīng)用，還有很多技術(shù)或其它問題需要解決。?

2010年美國天然氣工藝研究院發(fā)布專利“LASER??ASSISTANTED?DRILLING”提出一種與機械鉆進結(jié)合的激光輔助鉆井技術(shù)及裝備（US20100078414）；美國Argonne實驗室的?“METHODS?OF?USING?A?LASER?TO?SPALL?AND?DRILL?HOLES?IN?ROCKS”提出一種利用激光在巖石上切割和鉆孔的方法與裝備（US7416258）；“WELLBORE?LASER?OPERATIONS”提供鉆井、完井井眼激光操作的一種方法與裝備系統(tǒng)（US20100326659）。?

2007年以前，我國先后完成了“激光破巖機理與射孔技術(shù)的研究”、“激光射孔破巖的儲層物性研究”?和“激光破巖的排屑機理與溫度場特性研究”，研究表明：高能激光束穿透泥質(zhì)砂巖和頁巖試樣的室內(nèi)試驗速度可高達105~115?m/h，巖石受激光作用后，熱影響區(qū)附近的巖石存在著宏觀裂紋發(fā)育現(xiàn)象，其孔隙度增加，滲透率提高4倍左右。同時，巖石有變脆的趨勢，其強度極限降低，彈性模量減小。另外巖石受激光作用后，熱影響區(qū)附近的巖石表面出現(xiàn)致密的釉化層，同時也會有微裂紋產(chǎn)生。當(dāng)激光能量以矩形脈沖的形式注入時，光斑作用區(qū)的平均溫度增加，其汽化核加大，被蒸發(fā)的巖石量增加。?

但是作為將激光直接應(yīng)用于鉆井的鉆具還處于空白。?

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于將現(xiàn)有的激光技術(shù)和鉆井技術(shù)有效結(jié)合?，提供一種可提高高硬地層的機械鉆速的井下激光輔助破巖的鉆具。?

本實用新型采用了以下技術(shù)方案：?

一種井下激光輔助破巖的鉆具，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭和鉆桿內(nèi)分別設(shè)有相互貫通的噴嘴和泥漿通道，噴嘴的外圍鉆頭體內(nèi)封裝1-5個激光頭，在鉆頭體內(nèi)與每個激光頭對應(yīng)開設(shè)光纖通道。?

上述方案進一步包括：在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置供電模塊與激光發(fā)生模塊，激光發(fā)生模塊與激光頭由光纖連接。?

在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置，光纖通道內(nèi)的光纖連接激光頭后引出鉆桿，并與地面激光發(fā)生模塊和供電模塊連接。?

供電模塊與激光發(fā)生模塊通過接口模塊連接，激光發(fā)生模塊與光纖之間采用光纖接口連接。?

本實用新型的有益效果是：激光頭直接安裝在鉆頭上，鉆頭在破巖切削的同時，激光同時對巖層進行熔化破巖，改變巖石特性的同時，有一定的主動破巖效果，可以提高可鉆性差的高硬地層機械鉆速。?

附圖說明

圖1為兩種激光輔助破巖的鉆具的組合結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖中標記：1-供電模塊；2-激光發(fā)生模塊；3-專用鉆頭；4-鉆桿；5-泥漿通道；6-光纖通道；7-接口模塊；?8-光纖接口；9-光纖；10-噴嘴；11-激光頭。圖中供電模塊1和激光發(fā)生模塊2分別為地面設(shè)置和鉆桿內(nèi)設(shè)置兩種狀態(tài)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步的詳細說明。?

井下激光輔助破巖的鉆具包括供電模塊1、激光發(fā)生模塊2和專用鉆頭3組成，供電模塊1聯(lián)接激光發(fā)生模塊2，鉆桿4與專用鉆頭3內(nèi)部均設(shè)有光纖通道6，內(nèi)部安裝有光纖9，激光發(fā)生模塊2通過光纖9聯(lián)接激光頭11。?

參見圖1，供電模塊1與激光發(fā)生模塊2?是激光輔助破巖鉆頭的能量來源，可布置在地面（圖1中右上角標注部分），也可以直接安裝于井下鉆桿4中。激光發(fā)生模塊2作為激光源，其輸出通過光纖與激光頭11相連。地面布置供電模塊1與激光發(fā)生模塊2時，在激光頭11與激光發(fā)生模塊2之間有光纖9需要穿過鉆桿4中布置的較長的光路通道6，將激光能量傳遞到專用鉆頭3上安裝的激光頭11。若將供電模塊1與激光發(fā)生模塊2通過接口模塊7連接并安裝于井下即鉆桿4中，經(jīng)由光纖通道6內(nèi)部的光纖9將激光能量傳遞至專用鉆頭3上安裝的激光頭11。?