[實(shí)用新型]一種激光輔助鉆井試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821958401.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN209053558U
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康民強(qiáng);蔣學(xué)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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00;E21B7/14;E21B21/16
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

本實(shí)用新型涉及一種激光輔助鉆井試驗(yàn)裝置，屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，所述試驗(yàn)裝置包括機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)、激光輔助組件和保護(hù)組件，所述機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)組件和動(dòng)作組件，所述動(dòng)作組件沿著鉆井的軸向設(shè)置，其末端連接有鉆頭，所述動(dòng)作組件及鉆頭內(nèi)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(cè)留有正對(duì)通道的夾縫，所述激光輔助組件輸出的激光束及保護(hù)組件輸出的壓縮空氣均依次經(jīng)通道、夾縫輸出至工作面處，本實(shí)用新型將激光輔助組件集成于機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)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(zhì)量，降低了鉆井難度，適合在鉆井行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種激光輔助鉆井試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

在石油勘探和開采中，對(duì)于深層油氣田的開發(fā)需求逐漸增加，對(duì)鉆井技術(shù)的要求也越來越高。自20世紀(jì)初旋轉(zhuǎn)鉆井取代傳統(tǒng)的頓鉆鉆井，實(shí)現(xiàn)石油鉆井第一次革新以來，鉆井方式一直并無(wú)較大變革，僅是通過利用新材料和改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高鉆頭的性能，以提高鉆遇堅(jiān)硬巖石地層時(shí)的鉆速，但旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式依然是依靠高鉆壓、高扭矩、高轉(zhuǎn)速來增大機(jī)械鉆速。

隨著激光束-機(jī)械鉆井技術(shù)的提出，通過激光束對(duì)巖石沖擊損傷和熱損傷，對(duì)巖石產(chǎn)生預(yù)破碎，使巖石的內(nèi)應(yīng)力得到一定的釋放，降低巖石的強(qiáng)度，改善巖石的可鉆性，再利用機(jī)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(shí)又能顯著提高破巖效率，降低鉆井成本，滿足現(xiàn)有的鉆井工藝要求。激光束-機(jī)械鉆井無(wú)疑是未來鉆井發(fā)展的方向，較之常規(guī)鉆井具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，有望給鉆井帶來一場(chǎng)革命。目前來說，激光束-機(jī)械鉆井技術(shù)利用現(xiàn)有的機(jī)械鉆井平臺(tái)增加激光輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用于實(shí)際的石油開采鉆井還存在較大的技術(shù)難度，主要還是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，發(fā)明人對(duì)機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并將激光輔助組件集成于機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)內(nèi)部，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊且能實(shí)現(xiàn)高效鉆井的激光輔助鉆井試驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種激光輔助鉆井試驗(yàn)裝置，包括：

機(jī)械鉆井機(jī)構(gòu)，其包括傳動(dòng)連接的驅(qū)動(dòng)組件和動(dòng)作組件，所述動(dòng)作組件沿著鉆井的軸向設(shè)置，其末端連接有鉆頭，所述動(dòng)作組件及鉆頭內(nèi)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(cè)留有正對(duì)通道的夾縫；

位于通道內(nèi)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(jīng)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(hù)組件，其位于動(dòng)作組件外側(cè)且與動(dòng)作組件相連通，壓縮空氣依次經(jīng)通道、夾縫輸出至工作面處。

進(jìn)一步，所述動(dòng)作組件包括均呈筒狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)筒，所述轉(zhuǎn)軸的一端為自由端，其另一端與轉(zhuǎn)筒固連，所述轉(zhuǎn)筒的末端連接鉆頭，所述轉(zhuǎn)軸的自由端內(nèi)部設(shè)有窗口鏡，其側(cè)壁上設(shè)有入氣口。

進(jìn)一步，所述激光束的光斑直徑為d，所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)徑為d₁，所述轉(zhuǎn)筒的內(nèi)徑為d₂，且d<d₁<d₂。

進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)、主動(dòng)齒輪和減速箱，所述減速箱內(nèi)設(shè)有從動(dòng)齒輪，且從動(dòng)齒輪套設(shè)在轉(zhuǎn)軸的外圍，所述主動(dòng)齒輪位于電機(jī)的輸出端，且其與從動(dòng)齒輪相嚙合。

進(jìn)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(zhuǎn)軸的自由端外側(cè)，且其正對(duì)窗口鏡設(shè)置，所述整形鏡組位于轉(zhuǎn)筒內(nèi)部。

進(jìn)一步，所述整形鏡組通過壓圈與轉(zhuǎn)筒的內(nèi)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。