[實用新型]一種固定刀翼的超短脈沖激光-機械鉆頭有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201720457357.1 | 申請日： | 2017-04-27 |
| 公開（公告）號： | CN207553968U | 公開（公告）日： | 2018-06-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 黃志強;張文琳;鄧嶸;李琴;謝豆 | 申請（專利權(quán)）人： | 西南石油大學 |
| 主分類號： | E21B10/42 | 分類號： | E21B10/42;E21B10/60;E21B7/00 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 610500 四*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 切削刀翼 限深刀 刀翼 超短脈沖激光 巖石 切削齒 本實用新型 固定刀翼 光束通道 機械鉆頭 鉆頭本體 保徑塊 損傷 嵌套 復雜地層 破巖鉆進 石油鉆頭 鉆頭磨損 保徑齒 嵌套的 多排 流道 深部 深齒 鉆井 連通 破碎 激光 保證 | ||
本實用新型涉及一種固定刀翼的超短脈沖激光?機械鉆頭，主要由鉆頭本體、4個光束刀翼、4個切削刀翼、2個限深刀翼、光束通道、保徑塊組成，切削刀翼上含有切削齒，且相鄰刀翼上的切削齒相互嵌套，光束刀翼與切削刀翼間存在較大夾角，以保證激光有足夠的時間損傷巖石，限深刀翼上含有多個高度稍低于切削齒的限深齒，保徑塊上含有相互嵌套的多排保徑齒，光束刀翼、切削刀翼、限深刀翼底部均平齊，限深刀翼與切削刀翼之間的鉆頭本體上開有兩個與光束通道連通的流道。本實用新型通過超短脈沖激光對巖石的沖擊和熱破碎造成巖石的前期損傷破壞，大大降低巖石的強度，解決了現(xiàn)有石油鉆頭在深部復雜地層破巖鉆進時鉆井速度慢，鉆頭磨損嚴重等問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及石油用鉆頭高效破巖領(lǐng)域，尤其是適用于深層、超深層和復雜難鉆地層。
背景技術(shù)
我國大部分尚未開發(fā)的油氣資源主要埋藏在深層、超深層和復雜難鉆地層，這些地層是油氣工業(yè)未來最重要的發(fā)展領(lǐng)域之一，也是中國油氣引領(lǐng)未來油氣勘探開發(fā)最重要的戰(zhàn)略現(xiàn)實領(lǐng)域。然而，深部地層地質(zhì)條件復雜、巖性致密、硬度高且研磨性強，導致機械鉆速低，鉆井周期長，成本居高不下。在油氣勘探開發(fā)中，鉆頭是破巖的核心部件。鉆頭破巖技術(shù)水平直接影響油氣資源開發(fā)效率和效益。目前在石油天然氣勘探開發(fā)過程中，幾乎所有的鉆井都是靠機械破巖的方式來完成的，而單靠機械破巖不能滿足深層、超深層和復雜難鉆地層高效破巖和油氣低成本開發(fā)的需要。在鉆井大提速的背景下，日益增加的鉆井難度與深度，使傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。激光技術(shù)作為一門新興的科學技術(shù)，應(yīng)用于石油鉆井中，會給石油鉆井技術(shù)帶來重大突破，被視為21世紀革命性技術(shù)。超短脈沖激光-機械聯(lián)合鉆井高效破巖是通過超短脈沖激光對巖石的沖擊和熱破碎造成巖石的前期損傷破壞，大大降低巖石的強度，再利用機械鉆頭破碎巖石，這樣既能極大提高鉆井破巖效率，又不改變現(xiàn)有的鉆井工藝，為實現(xiàn)高效破巖、提高鉆井效率、降低鉆井成本提供全新的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是：為了解決傳統(tǒng)機械破巖技術(shù)存在的鉆井速度慢，鉆井周期長、鉆井成本高等問題，特提供一種利用超短脈沖激光能量直接作用于巖石起到先期預破碎巖石作用，降低機械鉆頭破巖難度的固定刀翼的超短脈沖激光-機械鉆頭。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種固定刀翼的超短脈沖激光-機械鉆頭，由鉆頭本體、4個光束刀翼、4個切削刀翼、2個限深刀翼、光束通道、保徑塊組成。所述光束通道通過中心軸貫穿鉆頭底部直徑，鉆頭本體中的光束通道截面為梯形，鉆頭底部的光束通道由4個光束刀翼圍成，激光束接近光束通道但不接觸光束通道，光束通道的形狀和尺寸大小是基于激光束模式計算得到；光束通道還作為具有透射能力的流體通道，如氮氣、空氣等，這樣可以保證光束通道通暢，同時流體還可以清除巖屑、清洗井底、冷卻鉆頭；切削刀翼上含有切削齒，且相鄰刀翼上的切削齒相互嵌套；光束刀翼與切削刀翼間存在較大夾角，以保證激光有足夠的時間損傷巖石，過大的夾角會使得結(jié)構(gòu)強度受到影響，夾角為90°至140°較為合適；限深刀翼上含有多個高度稍低于切削齒的限深齒；保徑塊上含有相互嵌套的多排保徑齒；光束刀翼、切削刀翼、限深刀翼底部均平齊；限深刀翼與切削刀翼之間的鉆頭本體上開有兩個與光束通道連通的流道。
本實用新型的有益效果：
1、鉆頭本體上有一個通過中心軸貫穿鉆頭底部直徑的激光束通道，激光頭發(fā)出的激光通過激光束通道照射巖石，隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)，激光束隨之旋轉(zhuǎn)，因此激光束能夠輻射到整個井底巖石表面；
2、激光束刀翼與切削刀翼之間存在一個較大夾角，這樣能保證切削齒在橫向上所作用的巖石都是激光束照射過的巖石；
3、限深刀翼上安裝有高度稍低于切削齒的限深齒，這樣能夠防止切削齒的切削深度大于激光束作用巖石的深度，從而保證切削齒在縱向上所作用的巖石都是激光輻射過的巖石，同時也可以減少鉆頭的粘滑振動；
4、光束通道可以作為具有透射能力的流體通道，如氮氣、空氣，這樣可以保證光束通道通暢，同時流體還可以清除巖屑、清洗井底、冷卻鉆頭；
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