[發(fā)明專利]一種激光-機械聯(lián)合破巖動力鉆具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010769421.6
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN111911080B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧嶸;陳科;黃志強;何清;張文琳
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/60;E21B21/00;E21B7/00
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發(fā)明涉及一種激光?機械聯(lián)合破巖動力鉆具，主要由潛油電機、激光光束短節(jié)、激光頭、光束整形鏡組、激光鉆頭組成。潛油電機內(nèi)部設(shè)有內(nèi)通道、外通道，分別通入氣體/清水以及泥漿；潛油電機下部設(shè)有轉(zhuǎn)子法蘭盤，連接激光光束短節(jié)。激光光束短節(jié)設(shè)有內(nèi)通道、外通道，外通道傳輸泥漿，內(nèi)通道傳輸氣體/清水。進一步的，內(nèi)通道設(shè)有激光頭、光束整形鏡組，在氣體/清水的冷卻以及清洗下，產(chǎn)生激光并整形為條狀輸出。激光鉆頭由潛油電機帶動旋轉(zhuǎn)，設(shè)有光束通道以及泥漿流道。本發(fā)明耦合激光機械聯(lián)合破巖，通入氣體/清水保證激光有效作用到巖石表面，進一步的，氣體/清水協(xié)同泥漿共同清洗井底，為激光破巖技術(shù)用于泥漿鉆井提供了方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光-機械聯(lián)合破巖動力鉆具，具體涉及用于深層、復(fù)雜難鉆地層的石油鉆井領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國作為能源需求大國，油氣勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場已逐步向深層、復(fù)雜難鉆地層轉(zhuǎn)移，鉆井難度成倍增長，就當(dāng)前看來，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)鉆井依靠高鉆壓、高扭矩、高轉(zhuǎn)速的方式增大機械鉆速，已難以滿足我國綠色環(huán)保、安全高效的破巖指標(biāo)和油氣低成本開發(fā)的需要。

激光鉆井技術(shù)是近年來興起的一項新技術(shù)，研究表明：利用激光光束直接作用巖石,將對巖石造成破壞和損傷作用，巖石的強度將會降低，可鉆性會得到改善，若進一步結(jié)合機械方法破碎巖石，在復(fù)雜難鉆地層可以提高鉆井速度，節(jié)約鉆井成本。激光鉆井結(jié)合機械鉆井方式，是目前激光鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。

在石油鉆井領(lǐng)域，泥漿鉆井能夠有效平衡鉆壓、防止井塌、擬制井漏，是較為安全的鉆井方式，是當(dāng)前鉆探的主流方向。激光聯(lián)合機械鉆井能夠降低破巖難度，減少鉆頭磨損，節(jié)約破巖能源，是較為高效的破巖方式，是未來鉆探的發(fā)展方向。因此，若能將未來新型的激光聯(lián)合機械鉆井運用到當(dāng)前的泥漿鉆井條件中，一同實現(xiàn)鉆探的安全與高效，將具有十分重要的意義。

然而，泥漿鉆井過程中，激光光學(xué)元件作為精密儀器，如何適用于井下高溫、高污染的工況環(huán)境；激光光束如何克服泥漿，有效作用井底表面；機械破巖工具又如何配套激光光學(xué)元件耦合設(shè)計，是當(dāng)前研究的難點。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種激光-機械聯(lián)合破巖動力鉆具。考慮將潛油電機置于井下，通過潛油電機帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖石的方式替代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤鉆井，以有效保證線纜的輸送，降低鉆井的振動。進一步的，考慮將清水/氣體作為激光光束的傳輸介質(zhì)，和泥漿分通道隔離，共同清洗井底，以保證激光光學(xué)元件的潔凈，為激光破巖技術(shù)用于泥漿鉆井提供了新方法。

本發(fā)明立足于當(dāng)前的泥漿鉆井，將機械破巖工具配套激光光學(xué)元件，進行結(jié)構(gòu)的耦合設(shè)計，對于發(fā)展激光-機械聯(lián)合鉆井技術(shù)，實現(xiàn)泥漿鉆井的安全高效，具有重要的意義。

本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種激光-機械聯(lián)合破巖動力鉆具，主要由潛油電機(1)、激光光束短節(jié)(2)、激光頭(7)、光束整形鏡組(8)、激光鉆頭(3)組成；其特征在于：所述潛油電機(1)上部設(shè)有螺紋接頭(11)，螺紋接頭(11)端面設(shè)有密封凹槽(12)，可用金屬密封以實現(xiàn)清水/氣體與泥漿的隔離；潛油電機(1)內(nèi)部設(shè)有兩個通道，內(nèi)通道(4)中空，貫穿潛油電機(1)中心，外通道(5)截面設(shè)為兩個扇形；潛油電機(1)下部設(shè)有轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)，轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)連接在潛油電機(1)的內(nèi)通道(4)內(nèi)，連接部分設(shè)有角接觸軸承(13)，保證轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)的旋轉(zhuǎn)運動；進一步的，轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)內(nèi)部設(shè)有兩個通道，內(nèi)通道(4)中空，外通道(5)截面設(shè)為4個扇形，轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)外端設(shè)有6個均布的螺栓孔(14)，連接固定激光光束短節(jié)(2)。

所述激光光束短節(jié)(2)上端設(shè)有6個螺栓孔(14)，與轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)的螺栓孔(14)相配，激光光束短節(jié)(2)上端面設(shè)有密封凹槽(12)，與轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)的密封凹槽(12)相配；激光光束短節(jié)(2)內(nèi)部設(shè)有內(nèi)、外兩個通道，與轉(zhuǎn)子法蘭盤(6)的內(nèi)、外通道相配；其中，激光光束短節(jié)(2)的外通道(5)截面設(shè)為2個扇形，用于傳輸泥漿；激光光束短節(jié)(2)的內(nèi)通道(4)中空，設(shè)為階梯狀，保證激光光束短節(jié)(2)的內(nèi)通道(4)上端直徑小于下端直徑；