[實用新型]一種激光鉆頭及與其配套的鉆井裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320430322.0
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN203334963U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李思琪;閆鐵;李瑋;許興華;李亞楠;董智煜
• 申請（專利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類號: E21B10/00
• 分類號: E21B10/00;E21B7/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 曹愛華

技術(shù)領(lǐng)域：

本實用新型涉及的是石油天然氣工程領(lǐng)域中的鉆井裝置，具體涉及的是一種激光鉆頭及與其配套的鉆井裝置。

背景技術(shù)：

隨著鉆井深度要求的提高以及鉆遇地層復(fù)雜性的增加，現(xiàn)有的巖石破碎技術(shù)越來越不能滿足鉆井需求。巖石破碎技術(shù)是指通過破巖工具的旋轉(zhuǎn)、沖擊、剪切等運動方式實現(xiàn)巖石破碎。這些破巖方法在破碎地層巖石并獲得一定機械鉆速的過程中，會發(fā)生工具的自身磨損，造成大量的工具消耗。在1000m以下的深部地層，尤其是遇到特殊的高研磨、高可鉆性地層，工具的消耗量十分巨大。工具成本往往會占鉆井成本的10%以上。

在本發(fā)明做出之前，常用牙輪鉆頭、刮刀鉆頭以及PDC鉆頭作為破巖工具，但每種鉆頭都有其使用范圍的限制：牙輪鉆頭可用于軟到硬質(zhì)地層，但破巖效率不高；刮刀鉆頭適用于軟到中硬地層，鉆遇較硬地層或軟硬交錯夾層時，鉆頭吃入困難，鉆井效率低；PDC鉆頭鉆進硬度大、研磨性高地層時會出現(xiàn)切削齒脫落，脫層，斷齒，碎裂等問題。常用鉆頭發(fā)生的磨損及失效縮短了鉆具壽命，極大的增加了鉆井成本，延長了鉆井周期。

發(fā)明內(nèi)容：

本實用新型的目的是提供一種激光鉆頭，本實用新型的另一個發(fā)明目的是提供與這種激光鉆頭配套的鉆井裝置，用于解決常規(guī)鉆井成本高、鉆具壽命短的問題。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種激光鉆頭由激光頭、三牙輪鉆頭或PDC鉆頭、快門組成，激光頭鑲嵌于三牙輪鉆頭或PDC鉆頭的內(nèi)部軸心中空處，快門設(shè)置于三牙輪鉆頭底部，快門垂直于激光頭。

與上述激光鉆頭配套的鉆井裝置，它由激光控制器、激光器、所述的激光鉆頭組成，激光控制器和激光器安裝于地面，激光控制器與激光器通過電纜連接，所述的激光鉆頭安裝于鉆桿內(nèi)部，激光器與激光鉆頭通過纖維光纜連接。

上述方案中激光控制器是微型處理器或電腦，它的作用是對激光的性能進行控制處理，如激光的頻率、密集度等。

本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型可以大大減少鉆頭磨損，延長鉆具壽命。

激光鉆頭及其配套裝置的應(yīng)用，使得鉆頭原有單純機械破巖的工作形式轉(zhuǎn)變成以激光高溫熔化巖石為主，鉆頭機械破巖為輔。無論鉆遇地層巖性如何，均可達到輕松破碎的目的，消除了牙輪鉆頭和PDC鉆頭磨損失效的問題，并且同一個激光發(fā)生裝置可以重復(fù)利用，延長了鉆具的使用壽命。

2、本實用新型可以減少起下鉆的次數(shù)，顯著提高機械鉆速，減少鉆井成本。

激光鉆頭及其配套裝置的使用，延長了鉆頭的使用壽命，在無特殊情況發(fā)生的條件下，一套激光鉆頭及其配套裝置可以應(yīng)用于整口井的作業(yè)，大大減少了起下鉆的次數(shù)。同時，激光鉆頭高溫熔化巖石比常規(guī)鉆頭破碎研磨性高，塑性強，硬度高地層效率明顯提高，顯著提高機械鉆速，從而減少鉆井成本。

3、本實用新型可適應(yīng)于各種巖性地層，各種井型，應(yīng)用廣泛。

激光鉆頭及其配套裝置主要以高溫熔化巖石為主，常規(guī)鉆頭主要起輔助作用，因此對各種巖性地層均適用，無需因為巖性而對鉆頭有較高要求。同時，激光鉆頭及其配套裝置結(jié)構(gòu)簡單，可適用于水平、垂直井、定向井等各種井型的鉆進。

附圖說明

圖1是本實用新型中激光鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是與激光鉆頭配套的鉆井裝置的結(jié)構(gòu)示圖。

1激光頭??2三牙輪鉆頭??3快門??4水眼??5微型處理器??6電纜??7激光器??8纖維光纜??9鉆桿??10激光鉆頭??11巖石。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明：

如圖1所示，這種激光鉆頭由激光頭1、三牙輪鉆頭2或PDC鉆頭、快門3組成，激光頭1鑲嵌于三牙輪鉆頭2或PDC鉆頭的內(nèi)部軸心中空處，快門3設(shè)置于三牙輪鉆頭2底部，快門3垂直于激光頭1。快門3是為保護激光頭1而設(shè)計的，將其放置在激光鉆頭10底部，材料與激光鉆頭10相同即可。

如圖2所示，與上述激光鉆頭配套的鉆井裝置，它由激光控制器、激光器7、所述的激光鉆頭10組成，激光控制器和激光器7安裝于地面，激光控制器與激光器7通過電纜6連接，電纜6用于向激光器7傳遞電信號；所述的激光鉆頭10安裝于鉆桿9內(nèi)部，激光器7與激光鉆頭10通過纖維光纜8連接，纖維光纜8用于傳遞激光光束，控制能量，傳輸信息。激光控制器是微型處理器5或電腦。

上述鉆井裝置工作流程具體為：