一種激光鉆井系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及的是一種使用激光進(jìn)行破巖的激光鉆井系統(tǒng)，包括地面光纜和激光器及其控制單元，地面供電單元和電纜，連續(xù)管滾筒和連續(xù)管，連續(xù)管注入頭和連續(xù)管防噴單元，井下動力鉆具和激光鉆頭，其中：連續(xù)管為敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，在連續(xù)管內(nèi)預(yù)先敷設(shè)有電纜和光纜，其光纜和電纜的兩端分別通過光、電滑環(huán)接頭與地面光纜、電纜和井下動力鉆具、激光鉆頭連接。該系統(tǒng)主要解決現(xiàn)有常規(guī)鉆井在鉆遇較硬地層時效率低、機(jī)械鉆速低等難題。
【專利說明】一種激光鉆井系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆井領(lǐng)域中鉆井技術(shù)，尤其是一種使用激光進(jìn)行鉆井的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)是目前石油天然氣勘探開發(fā)中廣泛應(yīng)用的鉆井方式，但隨著鉆井難度越來越大，特別是在地層情況復(fù)雜和鉆井深度增加之后，鉆井成本呈指數(shù)上升趨勢；另夕卜，鉆井過程中經(jīng)常會遇到較難鉆的地層，如在鉆遇火成巖等堅(jiān)硬地層時，機(jī)械鉆速很低，最高僅能達(dá)到I米/小時，導(dǎo)致建井周期加長，無法達(dá)到施工計(jì)劃要求。因此，急需要發(fā)展一種新的和更加有效的替代方法。研究表明，激光破巖技術(shù)在降低鉆井成本、提高鉆井速度和安全性等方面都大大優(yōu)于傳統(tǒng)鉆井工藝的潛力，具有廣闊的發(fā)展前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)降低鉆井成本、提高鉆井速度的激光鉆井系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0005]一種激光鉆井系統(tǒng)，包括:地面光纜3和激光器及其控制單元4，地面供電單元5和電纜6，連續(xù)管滾筒8和連續(xù)管9，連續(xù)管注入頭10和連續(xù)管防噴單元11，井下動力鉆具12和激光鉆頭13，其特征是:所述連續(xù)管9為敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，在連續(xù)管9內(nèi)預(yù)先敷設(shè)有電纜和光纜，其光纜和電纜的兩端分別通過光、電滑環(huán)接頭與地面光纜3、電纜6和井下動力鉆具12、激光鉆頭13連接。
[0006]上述方案還包括高壓供氣單元2和高壓氣管1，高壓氣管I的輸出端通過旋轉(zhuǎn)接頭與連續(xù)管9，高壓供氣單元2所使用的氣體介質(zhì)為氮?dú)?、二氧化碳或其他不宜燃燒的氣體；所述的井下動力鉆具12為氣壓或液壓、電力驅(qū)動。
[0007]所述的連續(xù)管滾筒8設(shè)在連續(xù)管鉆井車7上，連續(xù)管9的地上端設(shè)在連續(xù)管滾筒8的轉(zhuǎn)軸上。
[0008]所述的激光器及其控制單元4所使用的激光器為光纖激光器。
[0009]所述的激光鉆頭13與井下動力鉆具12的連接為光滑環(huán)接頭連接，包括鉆頭本體和設(shè)在鉆頭本體上的數(shù)個激光頭、激光頭保護(hù)閥門和氣體流道。
[0010]本實(shí)用新型的工作過程是:地面動力單元啟動后，電力經(jīng)地面電纜、連續(xù)管滾筒的光電滑環(huán)、敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，傳輸?shù)骄聞恿︺@具和測量儀器，動力鉆具帶動激光鉆頭工作，與此同時，地面的激光器及其控制系統(tǒng)、高壓供氣單元啟動，高能激光束經(jīng)地面光纜、連續(xù)管滾筒的光電滑環(huán)、敷纜復(fù)合材料連續(xù)管內(nèi)光纖、井下動力鉆具和測量儀器、激光鉆頭光滑環(huán)，傳輸?shù)郊す忏@頭上，在激光鉆頭上的激光頭聚焦，光束最終照射在井底巖石上，完成破巖；此時高壓氣體經(jīng)連續(xù)管內(nèi)管、井下動力鉆具和測量儀器內(nèi)腔，從激光鉆頭射出，用于冷卻激光鉆頭，同時將破碎巖石攜帶到地面。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]1、本實(shí)用新型所述的激光鉆井系統(tǒng)中，激光破巖效果不受巖石類型限制，相比傳統(tǒng)機(jī)械破巖方式，激光更容易穿透巖石，從而大大提高鉆井速度，縮短建井時間，節(jié)約鉆井成本。
[0013]2、該系統(tǒng)使用敷纜復(fù)合材料連續(xù)管作為光纜和動力電纜的傳輸載體，鉆井過程中不需要接單根，可以節(jié)約大量起下鉆時間。
[0014]3、該系統(tǒng)中的井下動力鉆具和隨鉆測量儀器的動力來地面電力，動力鉆具可以獲得常規(guī)鉆井所無法獲得的大功率電力，隨鉆測量儀器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)降孛?，地面控制信號可以?shí)時傳輸?shù)骄聢?zhí)行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能鉆井。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]1-高壓氣管；2_高壓供氣單元；3_光纜；4_激光器及其控制單元；5_供電單元；
6-電纜；7_連續(xù)管鉆井車；8_連續(xù)管滾筒；9_連續(xù)管；10_連續(xù)管注入頭；11-連續(xù)管防噴單元；12-井下動力鉆具(及井下隨鉆測量儀器)；13_激光鉆頭。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0018]實(shí)施例1
[0019]參見附圖1，該激光鉆井系統(tǒng)主要包括:高壓氣體管路1、高壓供氣單元2、地面光纜3、激光器及其控制單元4、地面供電單元5、電纜6、連續(xù)管鉆井車7、連續(xù)管滾筒8、連續(xù)管9、連續(xù)管注入頭10、連續(xù)管防噴單元11、井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12、激光鉆頭13，其中高壓供氣單元2和高壓氣體管路I連接后再與連續(xù)管滾筒8連接；激光器及其控制單元4和地面光纜3連接后再與連續(xù)管滾筒8連接；地面供電單元5和電纜6連接后再與連續(xù)管滾筒8連接；連續(xù)管鉆井車7和連續(xù)管滾筒8連接；連續(xù)管滾筒8和連續(xù)管9連接、連續(xù)管9和連續(xù)管注入頭10連接、連續(xù)管注入頭10和連續(xù)管防噴單元11連接、連續(xù)管防噴單元11和井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12連接、井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12和激光鉆頭13連接。
[0020]上述實(shí)施例中所述的激光器及其控制單元4所使用的激光器為高能光纖激光器；控制單元為激光器控制系統(tǒng)，主要用于控制外部電能輸入、激光的發(fā)射和停止、激光器的冷卻；激光器及其控制單元為一個整體，安裝布置在一個工作撬上，該工作撬放置在地面上。
[0021]上述實(shí)施例中所述的連續(xù)管9盤繞在連續(xù)管滾筒8上，連續(xù)管9在連續(xù)管滾筒8有兩個接頭，一頭與地面光纜3、電纜6連接，連接方式為光電滑環(huán)接頭，另一頭與井下隨鉆測量儀器12和激光鉆頭13連接，連接方式為連續(xù)管光電接頭。
[0022]上述實(shí)施例中所述的連續(xù)管9為敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，在連續(xù)管管壁內(nèi)預(yù)先敷設(shè)有動力電纜和光纜，其中電纜用于給井下動力鉆具及測量儀器提供電力，光纜用于將地面激光器發(fā)出的高能激光傳輸?shù)骄录す忸^。
[0023]上述實(shí)施例中所述的井下動力鉆具井下隨鉆測量儀器12的驅(qū)動方式為液壓或電力驅(qū)動。
[0024]上述實(shí)施例中所述的激光鉆頭13與井下動力鉆具12的連接為光滑環(huán)，多個激光頭安裝在機(jī)械鉆頭上。
[0025]上述方案中所述的激光鉆頭13為特制，其特征為與井下隨鉆測量儀器12采用光電滑環(huán)連接，激光頭與鉆頭設(shè)計(jì)成一體，激光頭布置在鉆頭本體內(nèi)；激光鉆頭13主要由光電滑環(huán)接頭、鉆頭本體，激光頭、激光頭保護(hù)閥門、氣體流道組成。
[0026]實(shí)際使用時，地面動力單元啟動后，電力經(jīng)地面電纜、連續(xù)管滾筒的光電滑環(huán)、敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，傳輸?shù)骄聞恿︺@具和測量儀器，動力鉆具帶動激光鉆頭工作，與此同時，地面的激光器及其控制系統(tǒng)啟動，高能激光束經(jīng)地面光纜、連續(xù)管滾筒的光電滑環(huán)、敷纜復(fù)合材料連續(xù)管內(nèi)光纖、井下動力鉆具和測量儀器、激光鉆頭光滑環(huán)，傳輸?shù)郊す忏@頭上，在激光鉆頭上的激光頭聚焦，光束最終照射在井底巖石上，完成破巖；此時鉆井液經(jīng)連續(xù)管內(nèi)管、井下動力鉆具和測量儀器內(nèi)腔，從激光鉆頭噴射出，用于冷卻激光鉆頭，同時將破碎巖石經(jīng)連續(xù)管與井壁之間的環(huán)空攜帶到地面。
[0027]實(shí)施例2
[0028]在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，簡化了高壓氣管1、高壓供氣單元2，即包括地面光纜3、激光器及其控制單元4、地面供電單元5、電纜6、連續(xù)管鉆井車7、連續(xù)管滾筒8、連續(xù)管9、連續(xù)管注入頭10、連續(xù)管防噴單元11、井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12、激光鉆頭13。其中激光器及其控制單元4和地面光纜3連接后再與連續(xù)管滾筒8連接；地面供電單元5和電纜6連接后再與連續(xù)管滾筒8連接；連續(xù)管鉆井車7和連續(xù)管滾筒8連接；連續(xù)管滾筒8和連續(xù)管9連接、連續(xù)管9和連續(xù)管注入頭10連接、連續(xù)管注入頭10和連續(xù)管防噴單元11連接、連續(xù)管防噴單元11和井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12連接、井下動力鉆具及井下隨鉆測量儀器12和激光鉆頭13連接。
[0029]上述實(shí)施例中所述的高壓供氣單元2所使用的設(shè)備為目前現(xiàn)有空氣鉆井技術(shù)所使用的設(shè)備中的高壓空氣壓縮機(jī)；作業(yè)中所使用的氣體介質(zhì)為氮?dú)?、二氧化碳或其他不宜燃燒的氣體，該氣體主要用于冷卻井下激光鉆頭13和將井底激光鉆頭13破碎的巖屑攜帶到地面。
【權(quán)利要求】
1.一種激光鉆井系統(tǒng)，包括:地面光纜(3)和激光器及其控制單元(4),地面供電單元(5)和電纜(6)，連續(xù)管滾筒(8)和連續(xù)管(9),連續(xù)管注入頭(10)和連續(xù)管防噴單元(11),井下動力鉆具(12)和激光鉆頭(13),其特征是:所述連續(xù)管(9)為敷纜復(fù)合材料連續(xù)管，在連續(xù)管(9)內(nèi)預(yù)先敷設(shè)有電纜和光纜，其光纜和電纜的兩端分別通過光、電滑環(huán)接頭與地面光纜(3^電纜(6)和井下動力鉆具(12^激光鉆頭(13)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光鉆井系統(tǒng)，其特征在于:還包括高壓供氣單元(2)和高壓氣管(1),高壓氣管(1)的輸出端通過旋轉(zhuǎn)接頭與連續(xù)管(9),高壓供氣單元(2)所使用的氣體介質(zhì)為氮?dú)?、二氧化碳或其他不宜燃燒的氣體；所述的井下動力鉆具(12)為氣壓或液壓、電力驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光鉆井系統(tǒng)，其特征在于:所述的連續(xù)管滾筒(8)設(shè)在連續(xù)管鉆井車(7)上，連續(xù)管(9)的地上端設(shè)在連續(xù)管滾筒(8)的轉(zhuǎn)軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光鉆井系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光器及其控制單元(4)所使用的激光器為光纖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光鉆井系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光鉆頭(13)與井下動力鉆具(12)的連接為光滑環(huán)接頭連接，包括鉆頭本體和設(shè)在鉆頭本體上的數(shù)個激光頭、激光頭保護(hù)閥門和氣體流道。
【文檔編號】E21B21/16GK204200080SQ201420559103
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】尹文波, 王新峰, 曲剛, 高煜, 李亞偉, 羅熙, 謝慧, 曾飛舟 申請人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院