[發明專利]一種激光鉆井破巖裝置及方法

在審

• 申請號: 202010012936.1
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111058763A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 楊曉峰;簡權;周家恒;聶愛國;曲展慧;杜宇飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B21/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種激光鉆井破巖裝置，主要包括水泵(1)、供電箱(2)、空壓機(3)、鉆機卡盤(7)、井口密封裝置(9)、鉆桿(10)、鉆頭(12)、電纜(5)、高壓氣體通道(6)、高壓水流通道(4)和泥漿輸出通道(14)，激光發射器(13)；其特征在于：

a.為防止鉆桿(10)連接或轉動時，所述電纜(5)受到損壞，每節鉆桿(10)內部擁有電纜(5)，在鉆桿兩端連接處(11)均設有電導片(11-1)；進而通過導電片(11-1)和電纜(5)給3個激光發射器(13)供電；所述電纜(5)設置成3條獨立的給3個激光發射器(13)供電，或者設置成1條，在傳遞到激光發射器(13)前分成3條支路給3個激光發射器(13)分別供電；

b.所述鉆桿(10)內部設有位于鉆桿(10)中心的一條高壓水流通道(4)和三條環繞高壓水流通道(4)設置的高壓氣體通道(6)；鉆桿(10)內部設置的電纜(5)，高壓氣體通道(6)、高壓水流通道(4)在空間位置上相互獨立；

c.所述三個激光發射器(13)環繞設置在鉆頭(12)內部，激光發射器(13)下端連接光纖(12-2)；光纖(12-2)通過光纖套管(12-3)，旋轉接頭(12-5)和鏡筒(12-7-4)連接到鏡頭(12-7-9)，使高能光束直接照射于巖面；

d.激光頭(12-7)位于氣流—激光通道(12-4)中，在激光高能光束熔化巖石的同時，高壓氣流吹走熔融混合物，使激光持續作用于巖面而非熔融混合物上，并且氣流起到冷卻破碎齒和激光頭(12-7)的作用。

2.根據權利要求1中所述的一種激光鉆井破巖裝置，其特征在于，所述激光頭(12-7)與光纖套管(12-3)用旋轉接頭(12-5)連接，激光頭(12-7)中部位置環繞扇葉(12-6)，利用氣流帶動扇葉(12-6)轉動，繼而使激光頭(12-7)自轉；同時設置在激光頭(12-7)內的直線電機(12-7-3)使得鏡頭(12-7-9)左右往復勻速移動；使得高能光束從單點照射到大面積整體照射。

3.根據權利要求2中所述的一種激光鉆井破巖裝置，其特征在于，在鏡頭(12-7-9)端口位置的鏡片(12-7-8)四周設有光敏傳感器(12-7-10)，當鏡片(12-7-8)受到污漬無法正常照射時，光敏傳感器(12-7-10)受到光信號傳遞電信號給噴頭(12-7-7)前端位置處的閥門(12-7-11)，閥門(12-7-11)打開，噴頭(12-7-7)噴射水流清洗鏡面，使得激光的照射能高效持續碎巖工作。

4.一種激光鉆井破巖方法，其特征在于，所述一種激光鉆井破巖方法基于一種激光鉆井破巖裝置，所述一種激光鉆井破巖裝置主要包括水泵、供電箱、空壓機、鉆機卡盤、井口密封裝置、鉆桿、鉆頭、電纜、高壓氣體通道、高壓水流通道和泥漿輸出通道，激光發射器；所述一種激光鉆井破巖裝置通過激光輔助破碎巖石；所述一種激光鉆井破巖方法，其主要包括如下過程：

S1：供電箱(2)通過電纜(5)提供給激光發射器(13)和直線電機(12-7-3)提供電力，激光發射器(13)通過光纖(12-2)發射高能光束作用于巖面，在直線電機(12-7-3)使高能光束徑向運動的同時激光頭(12-7)自轉，使得高能光束大面積作用巖面；當高能激光束的能量密度大于巖石的臨界密度，巖石即發生破壞，同時鉆頭轉動進行破巖；

S2：在激光輔助鉆頭進行破巖的同時，水泵(1)提供的高壓水射將碎巖屑和泥漿通過泥漿輸出管道(14)帶回底面。

5.根據權利要求4中所述的一種激光鉆井破巖方法，其特征在于，在S1和/或S2過程中，當鏡片(12-7-8)受到污漬無法正常照射時，光敏傳感器(12-7-10)接收到光信號傳遞電信號給噴頭(12-7-7)的閥門(12-7-11)，噴頭(12-7-7)噴射水流清洗鏡面，使得激光持續高效地破巖。