[發明專利]一種激光輔助鉆井試驗裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 201811414711.8
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109236179A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 康民強;蔣學君;李劍彬;鄧穎;粟敬欽;朱啟華;向祥軍;張帆;周松;鄭建剛;張崑;董一方;黃醒
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/14;E21B21/16
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

本發明涉及一種激光輔助鉆井試驗裝置及其使用方法，屬于石油開采技術領域，所述試驗裝置包括機械鉆井機構、激光輔助組件和保護組件，所述機械鉆井機構包括驅動組件和動作組件，所述動作組件沿著鉆井的軸向設置，其末端連接有鉆頭，所述動作組件及鉆頭內部均留有空腔以形成直線式通道，所述鉆頭與工作面接觸的一側留有正對通道的夾縫，所述激光輔助組件輸出的激光束及保護組件輸出的壓縮空氣均依次經通道、夾縫輸出至工作面處，本發明將激光輔助組件集成于機械鉆井機構內部，結構新穎且緊湊，降低安裝空間要求，激光束與鉆頭配合，提高了鉆井效率和質量，降低了鉆井難度，適合在鉆井行業內推廣應用。

技術領域

本發明屬于石油開采技術領域，具體地說涉及一種激光輔助鉆井試驗裝置及其使用方法。

背景技術

在石油勘探和開采中，對于深層油氣田的開發需求逐漸增加，對鉆井技術的要求也越來越高。自20世紀初旋轉鉆井取代傳統的頓鉆鉆井，實現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結構設計來提高鉆頭的性能，以提高鉆遇堅硬巖石地層時的鉆速，但旋轉鉆進方式依然是依靠高鉆壓、高扭矩、高轉速來增大機械鉆速。

隨著激光束-機械鉆井技術的提出，通過激光束對巖石沖擊損傷和熱損傷，對巖石產生預破碎，使巖石的內應力得到一定的釋放，降低巖石的強度，改善巖石的可鉆性，再利用機械破巖，這就可以大大提高鉆井破巖效率。這種方法不需要太大的激光束能量，可以大幅降低激光束能耗，同時又能顯著提高破巖效率，降低鉆井成本，滿足現有的鉆井工藝要求。激光束-機械鉆井無疑是未來鉆井發展的方向，較之常規鉆井具有無可比擬的優勢，有望給鉆井帶來一場革命。目前來說，激光束-機械鉆井技術利用現有的機械鉆井平臺增加激光輔助系統來實現，其應用于實際的石油開采鉆井還存在較大的技術難度，主要還是在實驗室進行模擬實驗。

發明內容

針對現有技術的種種不足，發明人對機械鉆井機構的原有結構進行改進，并將激光輔助組件集成于機械鉆井機構內部，提出一種結構緊湊且能實現高效鉆井的激光輔助鉆井試驗裝置及其使用方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種激光輔助鉆井試驗裝置，包括：

機械鉆井機構，其包括傳動連接的驅動組件和動作組件，所述動作組件沿著鉆井的軸向設置，其末端連接有鉆頭，所述動作組件及鉆頭內部均留有空腔以形成直線式通道，所述鉆頭與工作面接觸的一側留有正對通道的夾縫；

位于通道內的激光輔助組件，其用于輸出激光束并將激光束沿著通道經夾縫傳輸至工作面處，所述激光束的光軸與通道的中心軸重合；

以及用于輸出壓縮空氣的保護組件，其位于動作組件外側且與動作組件相連通，壓縮空氣依次經通道、夾縫輸出至工作面處。

進一步，所述動作組件包括均呈筒狀結構的轉軸和轉筒，所述轉軸的一端為自由端，其另一端與轉筒固連，所述轉筒的末端連接鉆頭，所述轉軸的自由端內部設有窗口鏡，其側壁上設有入氣口。

進一步，所述激光束的光斑直徑為d，所述轉軸的內徑為d₁，所述轉筒的內徑為d₂，且d<d₁<d₂。

進一步，所述驅動組件包括電機、主動齒輪和減速箱，所述減速箱內設有從動齒輪，且從動齒輪套設在轉軸的外圍，所述主動齒輪位于電機的輸出端，且其與從動齒輪相嚙合。

進一步，所述激光輔助組件包括激光輸出頭和整形鏡組，所述激光輸出頭位于轉軸的自由端外側，且其正對窗口鏡設置，所述整形鏡組位于轉筒內部。

進一步，所述整形鏡組通過壓圈與轉筒的內壁連接，且整形鏡組與壓圈之間留有供壓縮空氣流通的間隙。