[實用新型]一種毫米波輔助鉆井裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520126317.X
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN204804691U
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 易燦;李冬梅;邱勝藍(lán);江勝宗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京加華維爾能源技術(shù)有限公司
• 主分類號: E21B7/15
• 分類號: E21B7/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及的是石油和天然氣或高溫巖體地?zé)崮茉垂こ填I(lǐng)域中的鉆井裝置，特別涉及的是利用毫米波電磁能強(qiáng)束輔助機(jī)械旋轉(zhuǎn)破巖的毫米波輔助鉆井裝置。

背景技術(shù)

目前，機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)已基本成熟，多年來，機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油和天然氣的勘探開發(fā)中發(fā)揮了巨大的作用。近年來，隨著深部地層中埋藏的常規(guī)和非常規(guī)油氣以及高溫巖體地?zé)崮茉吹拈_發(fā)利用，所鉆深井?dāng)?shù)量逐年增加，但深部地層巖石致密堅硬、可鉆性差，應(yīng)用機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井施工機(jī)械鉆速極慢，鉆頭磨損嚴(yán)重，起下更換鉆頭頻繁，嚴(yán)重影響了鉆井時效，鉆井施工成本呈指數(shù)增長。面對日益復(fù)雜的鉆井地質(zhì)條件和對鉆井技術(shù)提出“優(yōu)、快、省、HSE”的要求，為解決深部地層堅硬巖石破巖難題，鉆井技術(shù)不斷革新。自20世紀(jì)60年代激光技術(shù)興起以來，國內(nèi)外專家學(xué)者對1～10μm波長的激光定向能鉆井方法進(jìn)行了50多年的研究，雖然理論研究證實激光鉆井方法可顯著提高機(jī)械鉆速，降低鉆井施工成本，但至今仍未見到穿透深度超過1米的任何文字記錄，更未能付諸現(xiàn)場應(yīng)用。

毫米波指的是波長為1～10毫米，工作頻率為30～300GHz的電磁波，它位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點。毫米波的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。近十幾年來，毫米波技術(shù)的發(fā)展十分迅速，而發(fā)展毫米波器件一直是發(fā)展毫米波技術(shù)的先導(dǎo)，回旋管結(jié)構(gòu)上的特點使其成為毫米波段的實用的一種大功率器件。在國際聚變能發(fā)展計劃實施過程中，工作頻率為110～170GHz毫米波，回旋管連續(xù)波輸出功率等級已達(dá)到1MW，毫米波功率轉(zhuǎn)換效率超過50％。在用于連續(xù)波發(fā)射的短脈沖狀態(tài)工作模式下，工作頻率為200～300GHz的毫米波，回旋管連續(xù)波輸出功率等級也達(dá)到1MW。

毫米波電磁波譜范圍可克服激光波譜范圍的局限性，波長足夠長，可更有效率傳播通過充滿小顆粒的傳播通道，不會出現(xiàn)散射或吸收損失，但波長也足夠短，很容易聚焦進(jìn)行局部加熱。而且，毫米波大功率源能量更高、更有效率、成本更低，因此，應(yīng)用毫米波強(qiáng)束能夠鉆進(jìn)更深地層、機(jī)械鉆速快。美國麻省理工學(xué)院等離子體科學(xué)和熔化中心研究科學(xué)家PaulWoskov等人的研究結(jié)果表明，當(dāng)比能接近25kJ/cm3，功率密度為100kW/cm2時，機(jī)械鉆速可達(dá)100m/h，這幾乎比傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在深層高溫巖體地?zé)徙@井中實現(xiàn)的機(jī)械鉆速高100倍。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供毫米波輔助鉆井裝置，可解決深部地層鉆井機(jī)械鉆速慢、施工成本高的難題，克服了傳統(tǒng)機(jī)械鉆井技術(shù)的不足，能夠避免鉆頭嚴(yán)重磨損，減少起下鉆次數(shù)，顯著提高機(jī)械鉆速，適合于深、超深部堅硬地層鉆井施工。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種毫米波輔助鉆井裝置包括地面部分和地下部分，在地面之下的井筒中，與位于地面之上方鉆桿連接的鉆具向下延伸到井筒內(nèi)并達(dá)到井筒的底部，鉆具由鉆桿、鉆鋌和專用鉆頭組成；地面井口處安裝有套管頭，鉆桿通過水龍頭連接到氣體壓縮增壓裝置；方鉆桿之上水龍頭之下設(shè)置有光纖接口接頭，可通過光纖連接至接口裝置，并通過波導(dǎo)順序與隔離器、大功率毫米波回旋管連接，大功率毫米波回旋管通過電纜由電源供電；井筒通過表層套管與套管頭連接，套管頭連接有導(dǎo)管。

上述方案中方鉆桿、鉆桿、鉆鋌內(nèi)均設(shè)有光纖通道，內(nèi)部安裝有光纖，鉆頭內(nèi)設(shè)置有噴嘴，噴嘴的外圍鉆頭體內(nèi)封裝1-3個毫米波天線，在鉆頭體內(nèi)與每個毫米波天線亦對應(yīng)設(shè)有光纖通道。

上述方案中氣體壓縮增壓裝置由空氣壓縮機(jī)組和增壓機(jī)組組成，用于給二氧化碳、氮?dú)鈿庠刺峁└邏簤毫Α?/p>

上述方案中光纖接口接頭可提供來自接口裝置的光纖與方鉆桿內(nèi)光纖的連接接口，不僅可隨著方鉆桿旋轉(zhuǎn)，而且還擁有鉆井液循環(huán)通道。

上述方案中波導(dǎo)為金屬波導(dǎo)，可為圓形或矩形。

上述光纖為利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。

本實用新型的有益效果是：毫米波天線直接安裝在專用鉆頭上，鉆頭在破巖切削的同時，毫米波定向能同時對巖石進(jìn)行熔化破巖，改變巖石特性的同時，有一定的主動破巖效果，可以提高堅硬巖石機(jī)械鉆速，節(jié)省鉆井周期，降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是底部鉆具橫截面示意圖。