專利名稱：一種井下激光輔助破巖的鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉆井工具領(lǐng)域，尤其是一種井下激光輔助破巖的鉆具。
背景技術(shù)：
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，鉆井方式一直并無較大變革，僅是通過利用新材料和改進(jìn)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。激光鉆井的破巖機(jī)理是利用高能激光破碎、熔化和蒸發(fā)巖石。激光鉆井無疑是未來鉆井發(fā)展的方向，較之常規(guī)鉆井具有無可比擬的優(yōu)勢，有望給鉆井帶來一場革命。但目前激光鉆井仍處于室內(nèi)試驗(yàn)階段，要投入商業(yè)化應(yīng)用，還有很多技術(shù)或其它問題需要解決。2010年美國天然氣工藝研究院發(fā)布專利“LASER ASSISTANTED DRILLING”提出一種與機(jī)械鉆進(jìn)結(jié)合的激光輔助鉆井技術(shù)及裝備(US20100078414);美國Argonne實(shí)驗(yàn)室的 “METHODS OF USING A LASER TO SPALL AND DRILL HOLES IN ROCKS”提出一種利用激光在巖石上切割和鉆孔的方法與裝備(US7416258);“WELLB0RE LASER OPERATIONS”提供鉆井、完井井眼激光操作的一種方法與裝備系統(tǒng)(US20100326659 )。2007年以前，我國先后完成了“激光破巖機(jī)理與射孔技術(shù)的研究”、“激光射孔破巖的儲層物性研究”和“激光破巖的排屑機(jī)理與溫度場特性研究”，研究表明:高能激光束穿透泥質(zhì)砂巖和頁巖試樣的室內(nèi)試驗(yàn)速度可高達(dá)105 115 m/h，巖石受激光作用后，熱影響區(qū)附近的巖石存在著宏觀裂紋發(fā)育現(xiàn)象，其孔隙度增加，滲透率提高4倍左右。同時(shí)，巖石有變脆的趨勢，其強(qiáng)度極限降低，彈性模量減小。另外巖石受激光作用后，熱影響區(qū)附近的巖石表面出現(xiàn)致密的釉化層，同時(shí)也會有微裂紋產(chǎn)生。當(dāng)激光能量以矩形脈沖的形式注入時(shí)，光斑作用區(qū)的平均溫度增加，其汽化核加大，被蒸發(fā)的巖石量增加。但是作為將激光直接應(yīng)用于鉆井的鉆具還處于空白。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于將現(xiàn)有的激光技術(shù)和鉆井技術(shù)有效結(jié)合，提供一種可提高高硬地層的機(jī)械鉆速的井下激光輔助破巖的鉆具。本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種井下激光輔助破巖的鉆具，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭和鉆桿內(nèi)分別設(shè)有相互貫通的噴嘴和泥漿通道，噴嘴的外圍鉆頭體內(nèi)封裝1-5個(gè)激光頭，在鉆頭體內(nèi)與每個(gè)激光頭對應(yīng)開設(shè)光纖通道。上述方案進(jìn)一步包括:在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置供電模塊與激光發(fā)生模塊，激光發(fā)生模塊與激光頭由光纖連接。在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置，光纖通道內(nèi)的光纖連接激光頭后引出鉆桿，并與地面激光發(fā)生模塊和供電模塊連接。供電模塊與激光發(fā)生模塊通過接口模塊連接，激光發(fā)生模塊與光纖之間采用光纖接口連接。本實(shí)用新型的有益效果是:激光頭直接安裝在鉆頭上，鉆頭在破巖切削的同時(shí)，激光同時(shí)對巖層進(jìn)行熔化破巖，改變巖石特性的同時(shí)，有一定的主動破巖效果，可以提高可鉆性差的高硬地層機(jī)械鉆速。

圖1為兩種激光輔助破巖的鉆具的組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)記:1_供電模塊；2_激光發(fā)生模塊；3_專用鉆頭；4-鉆桿；5_泥漿通道；6-光纖通道；7-接口模塊；8-光纖接口；9-光纖；10-噴嘴；11-激光頭。圖中供電模塊I和激光發(fā)生模塊2分別為地面設(shè)置和鉆桿內(nèi)設(shè)置兩種狀態(tài)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。井下激光輔助破巖的鉆具包括供電模塊1、激光發(fā)生模塊2和專用鉆頭3組成，供電模塊I聯(lián)接激光發(fā)生模塊2，鉆桿4與專用鉆頭3內(nèi)部均設(shè)有光纖通道6，內(nèi)部安裝有光纖9，激光發(fā)生模塊2通過光纖9聯(lián)接激光頭11。參見圖1，供電模塊I與激光發(fā)生模塊2是激光輔助破巖鉆頭的能量來源，可布置在地面(圖1中右上角標(biāo)注部分)，也可以直接安裝于井下鉆桿4中。激光發(fā)生模塊2作為激光源，其輸出通過光纖與激光頭11相連。地面布置供電模塊I與激光發(fā)生模塊2時(shí),在激光頭11與激光發(fā)生模塊2之間有光纖9需要穿過鉆桿4中布置的較長的光路通道6，將激光能量傳遞到專用鉆頭3上安裝的激光頭11。若將供電模塊I與激光發(fā)生模塊2通過接口模塊7連接并安裝于井下即鉆桿4中，經(jīng)由光纖通道6內(nèi)部的光纖9將激光能量傳遞至專用鉆頭3上安裝的激光頭11。鉆具4內(nèi)部帶有泥漿通道5，泥漿經(jīng)過泥漿通道5流向?qū)Ｓ勉@頭3上安裝的噴嘴10，形成具有一定流速的泥漿射流，與激光頭11發(fā)射的激光共同作用，輔助鉆頭破巖。上述實(shí)施例圍繞在在旋轉(zhuǎn)鉆井體系工況下的一種井下激光輔助破巖的鉆具?；诒緦?shí)用新型所給出的技術(shù)方案也可以采用的其它形式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種井下激光輔助破巖的鉆具，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭和鉆桿內(nèi)分別設(shè)有相互貫通的噴嘴和泥漿通道，其特征在于:噴嘴的外圍鉆頭體內(nèi)封裝1-5個(gè)激光頭，在鉆頭體內(nèi)與每個(gè)激光頭對應(yīng)開設(shè)光纖通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下激光輔助破巖的鉆具，其特征在于:在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置供電模塊與激光發(fā)生模塊，激光發(fā)生模塊與激光頭由光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下激光輔助破巖的鉆具，其特征在于:在鉆桿與泥漿通道之間的環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置，光纖通道內(nèi)的光纖連接激光頭后引出鉆桿，并與地面激光發(fā)生模塊和供電模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的井下激光輔助破巖的鉆具，其特征在于:供電模塊與激光發(fā)生模塊通過接口模塊 連接，激光發(fā)生模塊與光纖之間采用光纖接口連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及鉆井工具領(lǐng)域的一種井下激光輔助破巖的鉆具，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭和鉆桿內(nèi)分別設(shè)有相互貫通的噴嘴和泥漿通道，噴嘴的外圍鉆頭體內(nèi)封裝1-5個(gè)激光頭，在鉆頭體內(nèi)與每個(gè)激光頭對應(yīng)開設(shè)光纖通道。本實(shí)用新型的有益效果是激光頭直接安裝在鉆頭上，鉆頭在破巖切削的同時(shí)，激光同時(shí)對巖層進(jìn)行熔化破巖，改變巖石特性的同時(shí)，有一定的主動破巖效果，可以提高可鉆性差的高硬地層機(jī)械鉆速。
文檔編號E21B7/15GK203081295SQ20122073529
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者謝慧, 周燕, 羅熙, 陳志禮, 李亞偉 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院