專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油井射孔完井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置。
背景技術(shù)：
射孔技術(shù)屬于一種油井完井技術(shù)，具體是指打通井管、水泥層和地層，建立地層與井管之間的流動(dòng)通道。目前普遍使用子彈或聚能炸藥等方法來(lái)進(jìn)行石油井下射孔作業(yè)，但這些方法射孔深度淺、射孔方向不可控，且會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生壓實(shí)效應(yīng)，顯著降低了地層的滲透性。這些問(wèn)題一直影響著射孔完井作業(yè)，限制著油井產(chǎn)能的提升。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，利用高功率激光源產(chǎn)生高能激光束進(jìn)行石油井下射孔作業(yè)的研究越來(lái)越多，但是井下的復(fù)雜環(huán)境和射孔洞內(nèi)的雜物給激光射孔作業(yè)帶來(lái)了很大的影響，嚴(yán)重限制了激光射孔作業(yè)的效率。相關(guān)技術(shù)報(bào)道如 US4227582 :Well perforating apparatus and method，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種石油井下激光射孔裝置，該裝置中采用了一種安置在激光射孔器前端的氣體噴嘴， 起到有效清潔射孔通道，提高激光射孔作業(yè)效率的目的。但是該裝置中氣體噴嘴只能沿水平方向噴出高壓氣體，無(wú)法改變氣體噴射角度。此外，該裝置中的氣體噴嘴是整套設(shè)備中的一個(gè)組成部分，不能靈活拆卸以配合其他激光射孔裝置進(jìn)行射孔作業(yè)，即在相關(guān)領(lǐng)域無(wú)通用性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，該裝置能靈活調(diào)整氣體噴射角度，為激光射孔作業(yè)提供一清潔通道，提高激光射孔作業(yè)效率。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案
本發(fā)明的基本構(gòu)思為發(fā)明裝置包括高壓氣源、高壓氣管、固定外殼、旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)外殼控制器；其中高壓氣源、高壓氣管與固定外殼依次連接，固定外殼上安裝有可相對(duì)于固定外殼滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼，且該旋轉(zhuǎn)外殼上設(shè)有噴嘴，旋轉(zhuǎn)外殼控制器安裝于固定外殼上并與旋轉(zhuǎn)外殼相連接控制旋轉(zhuǎn)外殼的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)固定外殼與石油井下激光射孔器相連接，高壓氣體由高壓氣管傳入裝置內(nèi)部，再經(jīng)由運(yùn)動(dòng)方向可控的噴嘴射出將干擾激光通路的雜質(zhì)帶出射孔通道。具體技術(shù)方案為
一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，該裝置包括高壓氣源、高壓氣管、固定外殼、旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)外殼控制器；其中
高壓氣管一端經(jīng)固定外殼與氣體清掃裝置內(nèi)部相通，另一端與高壓氣源相連接； 固定外殼為其中一側(cè)壁上設(shè)有敞口的殼體，在敞口處安裝有可相對(duì)于固定外殼滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼，該旋轉(zhuǎn)外殼上設(shè)有噴嘴，在與敞口所在側(cè)壁相對(duì)的固定外殼的側(cè)壁上設(shè)有透光窗，該設(shè)有透光窗的側(cè)壁與激光射孔器相連接；所述旋轉(zhuǎn)外殼控制器安裝于固定外殼上并與旋轉(zhuǎn)外殼連接。本發(fā)明的裝置還具有下列特征
所述石油井下激光射孔器氣體清掃裝置還包括一氣體閥門(mén)，該氣體閥門(mén)與高壓氣管連接并安裝于固定外殼上。所述的透光窗上鍍有激光增透膜層。所述噴嘴設(shè)在旋轉(zhuǎn)外殼的中心位置。所述噴嘴為錐形噴嘴。所述旋轉(zhuǎn)外殼控制器包括伺服電機(jī)、傳動(dòng)桿和齒輪，且伺服電機(jī)、傳動(dòng)桿和齒輪依次連接，其中齒輪與旋轉(zhuǎn)外殼的側(cè)面相嚙合。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于該發(fā)明裝置有效地控制了高壓氣體的噴射方向，利用高壓氣體將射孔通道內(nèi)射孔作業(yè)產(chǎn)生的固體顆粒等雜物排出，為激光射孔作業(yè)提供一清潔通道，以提高激光射孔作業(yè)效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的A向視圖3為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明的裝置包括高壓氣源101、高壓氣管102、固定外殼105、 旋轉(zhuǎn)外殼104和旋轉(zhuǎn)外殼控制器108 ；
所述高壓氣管102 —端經(jīng)固定外殼105與氣體清掃裝置內(nèi)部103相通，另一端與高壓氣源101相連接；
所述固定外殼105為其中一側(cè)壁上設(shè)有敞口的殼體，即固定外殼105中的一側(cè)壁上有開(kāi)口，固定外殼105為半封閉式殼體，在敞口處安裝有可相對(duì)于固定外殼105滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼104，該旋轉(zhuǎn)外殼104上設(shè)有噴嘴114，在與敞口所在側(cè)壁相對(duì)的固定外殼105的另一側(cè)壁上設(shè)有透光窗107，該設(shè)有透光窗107的側(cè)壁與激光射孔器111相連接，且透光窗107與噴嘴114和激光射孔器111中的激光出射方向相對(duì)；為進(jìn)一步地優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)，該噴嘴114 設(shè)在旋轉(zhuǎn)外殼104的中心位置處，除此之外，為進(jìn)一步地提高噴嘴的工作性能，噴嘴114為錐形噴嘴；
所述旋轉(zhuǎn)外殼控制器108安裝于固定外殼105上并與旋轉(zhuǎn)外殼104相連接；一種較易實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)外殼控制器108包括伺服電機(jī)110、傳動(dòng)桿113和齒輪109，且伺服電機(jī)110、傳動(dòng)桿113和齒輪109依次連接，其中齒輪109與旋轉(zhuǎn)外殼104的側(cè)面相嚙合。所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置還包括一氣體閥門(mén)106，該氣體閥門(mén) 106與高壓氣管102連接并固定于固定外殼105上。該裝置可通過(guò)地面操作控制臺(tái)調(diào)控，其中旋轉(zhuǎn)外殼控制器108中的伺服電機(jī)110 與該地面操作控制臺(tái)連接，工作人員根據(jù)作業(yè)要求，通過(guò)地面操作控制臺(tái)控制旋轉(zhuǎn)外殼104 的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，氣體閥門(mén)106也與該地面操作控制臺(tái)連接，方便控制高壓氣流的開(kāi)關(guān)和流量。裝置工作時(shí)，高壓氣源101位于地面，這樣一方面避免了井下復(fù)雜環(huán)境可能對(duì)儀器產(chǎn)生的影響，另一方面排除了井管尺寸對(duì)儀器大小、體積的限制。高壓氣源101內(nèi)部存儲(chǔ)有高壓氣體，通過(guò)輸氣管道102傳輸至氣體清掃裝置內(nèi)部103。輸氣管道102與氣體清掃裝置內(nèi)部103相通，地面上高壓氣源101內(nèi)的高壓氣體由輸氣管道102進(jìn)入氣體清掃裝置內(nèi)部103，并由氣體清掃裝置前方的旋轉(zhuǎn)外殼104上的噴嘴114處噴出進(jìn)入射孔洞112，噴出的高壓氣體一方面把井下的液體排開(kāi)，為激光射孔提供清潔的通道，另一方面將激光射孔產(chǎn)生的雜物帶出射孔洞112，避免激光與液體和雜物作用，提高了激光射孔效率。旋轉(zhuǎn)外殼控制器108固定在固定外殼105上，旋轉(zhuǎn)外殼控制器 108包括伺服電機(jī)110、連桿113和齒輪109，該伺服電機(jī)110、連桿113與齒輪109依次連接，其中齒輪109與旋轉(zhuǎn)外殼104的側(cè)面相嚙合，伺服電機(jī)110通過(guò)連桿113帶動(dòng)齒輪109 旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)外殼104滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)氣體噴射方向靈活可控。工作時(shí)透光窗 107位于氣體清掃裝置側(cè)面，并且與石油井激光射孔器111的激光出射口位置相對(duì)，氣體清掃裝置噴射出氣流的方向與激光出射方向始終保持一致，有效地起到清潔射孔洞112的目的。實(shí)施例
參考圖1和圖2并如圖3所示，本實(shí)施例中的激光射孔器111結(jié)構(gòu)包括激光源115、激光控制單元，其中
激光控制單元包括外殼117、光纖116和安裝于外殼117內(nèi)的聚焦透鏡118、反射鏡119 及反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120，該反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120安裝于外殼117底面，反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120內(nèi)部安裝有電機(jī)和傳動(dòng)裝置，該電機(jī)和傳動(dòng)裝置連接，其中傳動(dòng)裝置與反射鏡119連接控制反射鏡119的俯仰角；其中外殼117 —側(cè)壁上設(shè)有第一透光窗121 ；光纖116 —端從激光控制單元的外殼117頂端進(jìn)入激光控制單元，另一端與激光源115相連接；聚焦透鏡 118位于光纖116下方，起到聚焦光束的作用；反射鏡119安裝于反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120上并位于聚焦透鏡118下方，該反射鏡119可繞反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120頂端變動(dòng)俯仰角，以實(shí)現(xiàn)在大角度范圍內(nèi)進(jìn)行射孔作業(yè)，并且反射鏡119變動(dòng)俯仰角時(shí)鏡面朝著第一透光窗121 ； 激光束經(jīng)反射鏡119反射經(jīng)第一透光窗121射出，照射在待射孔地層上；為減少激光能量損耗，聚焦透鏡118表面和第一透光窗121上均鍍有激光增透膜層，反射鏡119表面鍍有激光高反射膜層；
本實(shí)施例中的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，該裝置包括高壓氣源101、高壓氣管 102、氣體閥門(mén)106、固定外殼105、旋轉(zhuǎn)外殼104和旋轉(zhuǎn)外殼控制器108 ；
其中高壓氣源101位于地面上，氣體閥門(mén)106安裝于高壓氣管102和固定外殼105之間，即氣體閥門(mén)106與高壓氣管102連接并固定于外殼105上；高壓氣管102 —端與高壓氣源101相連，高壓氣管102另一端、氣體閥門(mén)106、固定外殼105頂端依次連接，高壓氣體經(jīng)高壓氣管102、氣體閥門(mén)106和固定外殼105頂端道進(jìn)入氣體清掃裝置內(nèi)；固定外殼105為其中一側(cè)壁上設(shè)有敞口的殼體，進(jìn)一步說(shuō)，該固定外殼105包括一具有敞口的側(cè)壁，在敞口處安裝有可相對(duì)于固定外殼105上下滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼104，該旋轉(zhuǎn)外殼104中心位置處設(shè)有噴嘴114，且該噴嘴114為錐形噴嘴，在與敞口所在側(cè)壁相對(duì)的固定外殼105的側(cè)壁上設(shè)有透光窗107，該設(shè)有透光窗107的側(cè)壁與外殼117中設(shè)有第一透光窗121的另一側(cè)壁相連接，且透光窗107同時(shí)與噴嘴114和第一透光窗121相對(duì)，為減少激光能量損耗，透光窗 107上鍍有激光增透膜層；旋轉(zhuǎn)外殼控制器108安裝于固定外殼105底部并與旋轉(zhuǎn)外殼104 相連接，該旋轉(zhuǎn)外殼控制器108內(nèi)部安裝有伺服電機(jī)110、傳動(dòng)桿113和齒輪109，且伺服電機(jī)110、傳動(dòng)桿113和齒輪109依次連接，其中齒輪109與旋轉(zhuǎn)外殼104的側(cè)面相嚙合控制旋轉(zhuǎn)外殼104沿縱向上下滑動(dòng)，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終保持高壓氣體噴射方向與激光出射方向相一致；
本實(shí)施例的裝置通過(guò)地面操作控制臺(tái)調(diào)控，旋轉(zhuǎn)外殼控制器108中的伺服電機(jī)110、反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)控制架120中的電機(jī)和氣體閥門(mén)106均與該地面操作控制臺(tái)連接，工作人員根據(jù)作業(yè)要求，通過(guò)地面操作控制臺(tái)控制旋轉(zhuǎn)外殼104的運(yùn)動(dòng)、反射鏡119的俯仰角的變換以及高壓氣流的開(kāi)關(guān)和流量。工作過(guò)程中，由旋轉(zhuǎn)外殼104上的噴嘴114噴出的高壓氣體一方面把井下的液體排開(kāi)，為激光射孔提供清潔的通道，另一方面將激光射孔產(chǎn)生的雜物帶出射孔洞112，這樣避免了激光與液體和雜物作用，提高射孔效率。本發(fā)明采用高壓氣體為石油井激光射孔器射孔作業(yè)提供清潔通道，并將射孔通道內(nèi)射孔作業(yè)產(chǎn)生的固體顆粒等雜物排出，可顯著提高激光射孔作業(yè)效率。
權(quán)利要求
1.一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，該裝置包括高壓氣源(101 )、 高壓氣管(102)、固定外殼(105)、旋轉(zhuǎn)外殼(104)和旋轉(zhuǎn)外殼控制器(108)；其中高壓氣管(102) —端經(jīng)固定外殼(105)與氣體清掃裝置內(nèi)部(103)相通，另一端與高壓氣源(101)連接；固定外殼(105)為一側(cè)壁上設(shè)有敞口的殼體，在敞口處安裝有可相對(duì)于固定外殼 (105)滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼(104)，該旋轉(zhuǎn)外殼(104)上設(shè)有噴嘴(114)，在與敞口所在側(cè)壁相對(duì)的固定外殼(105)的另一側(cè)壁上設(shè)有透光窗(107)，該設(shè)有透光窗(107)的側(cè)壁與激光射孔器(111)相連接；旋轉(zhuǎn)外殼控制器(108)安裝于固定外殼(105)上并與旋轉(zhuǎn)外殼(104)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，該裝置還包括一氣體閥門(mén)(106)，該氣體閥門(mén)(106)與高壓氣管(102)連接并固定于固定外殼(105)上。
3.如權(quán)利要求1所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，所述的透光窗(107)上鍍有激光增透膜層。
4.如權(quán)利要求1所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，所述噴嘴 (114)設(shè)在旋轉(zhuǎn)外殼(104)的中心位置。
5.如權(quán)利要求1所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，所述噴嘴 (114)為錐形噴嘴。
6.如權(quán)利要求1所述的石油井下激光射孔器氣體清掃裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)外殼控制器(108)包括伺服電機(jī)(110)、傳動(dòng)桿(113)和齒輪(109)，且伺服電機(jī)(110)、傳動(dòng)桿 (113)和齒輪(109)依次連接，其中齒輪(109)與旋轉(zhuǎn)外殼(104)的側(cè)面相嚙合。
全文摘要
本發(fā)明屬于石油井射孔完井技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種石油井下激光射孔器氣體清掃裝置。該裝置包括高壓氣源、高壓氣管、固定外殼、旋轉(zhuǎn)外殼和旋轉(zhuǎn)外殼控制器；其中高壓氣源、高壓氣管與固定外殼依次連接，固定外殼上安裝有可相對(duì)于固定外殼滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)外殼，且該旋轉(zhuǎn)外殼上設(shè)有噴嘴，旋轉(zhuǎn)外殼控制器安裝于固定外殼上并與旋轉(zhuǎn)外殼相連接控制旋轉(zhuǎn)外殼的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)固定外殼與石油井下激光射孔器相連接，高壓氣體由高壓氣管傳入裝置內(nèi)部，再經(jīng)由運(yùn)動(dòng)方向可控的噴嘴射出將干擾激光通路的雜質(zhì)帶走，進(jìn)而為石油井下激光射孔器射孔作業(yè)提供清潔通道，提高石油井下激光射孔作業(yè)效率。
文檔編號(hào)E21B43/116GK102155198SQ20111003447
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者任兆玉, 張?jiān)撇? 白晉濤, 許冠軍, 陸寶樂(lè), 陳浩偉 申請(qǐng)人:西北大學(xué)