[发明专利]井下井筒高功率激光加热压裂增产处理和方法

说明书

一种用于压裂地层(40)的系统包括：激光地面单元(50)，其构造成产生激光束；电力电缆(65)，其电连接到电源(60)；流体管线(75)，其连接到冷却流体源(70)；保护轴(80)，其延伸到井筒(10)中；电动机(200)，其构造成旋转电动机轴(210)；以及热冲击工具(300)，其包括：保护壳(305)；旋转轴(310)，其连接到电动机轴；激光递送装置(330)，其从旋转轴延伸，构造成将激光束转换成聚焦激光束，聚焦激光束可操作地用于将地层的温度升高到压裂温度；以及冷却系统(320)，其在激光递送装置的相反侧从旋转轴延伸，构造成将冷却流体流引入到地层，使得冷却流体流降低地层的温度，以便发生热冲击并且在地层中形成裂缝。

技术领域

本发明公开了用于井筒增产处理的装置和方法。更具体地，实施例涉及包含了用于井筒增产处理应用的激光器的装置和方法。

背景技术

使井筒增产的方法旨在提供流体从地层流到井筒的路径。水力压裂是一种使井筒增产的方法。传统的水力压裂将高压水注入井筒，导致地层被压裂。在传统的水力压裂中，使用炸药来对套管进行穿孔和固井。炸药是一种高冲击技术，可以导致压实、孔变形以及打磨和压碎岩石材料的颗粒。破碎的岩石材料颗粒可能被推入地层，阻塞地层并减少产量。

另外，在常规水力压裂中使用的水与某些类型的地层(例如页岩)不相容。页岩中的水会导致粘土膨胀，从而阻止从地层到井筒的流动。

发明内容

本发明公开了用于井筒增产处理的装置和方法。更具体地，实施例涉及包含了用于井筒增产处理应用的激光器的装置和方法。

在第一方面，提供了一种用于从井筒压裂地层的系统，所述井筒从地面延伸到地层中。所述系统包括：激光地面单元，其位于所述地面上，并且构造成产生激光束；光缆，其光学连接到热冲击工具的激光递送装置，并且构造成将所述激光束传输到所述激光递送装置以产生聚焦激光束；电力电缆，其电连接到所述地面上的电源，并且构造成将电能传输到电动机；流体管线，其连接到所述地面上的冷却流体源，并且构造成将冷却流体供应到所述热冲击工具的冷却系统以产生冷却流体流；保护轴，其延伸到所述井筒中，其中，所述光缆、所述电力电缆和所述流体管线容纳在所述保护轴内；电动机，其构造成使电动机轴旋转；以及所述热冲击工具，其物理连接到所述电动机。所述热冲击工具包括：保护壳，其构造成包围所述激光递送装置和所述冷却系统；旋转轴，其连接到所述电动机轴，使得当所述电动机轴旋转时，所述旋转轴旋转；所述激光递送装置，其从所述旋转轴延伸，并且构造成将所述激光束转换成聚焦激光束，其中，所述聚焦激光束可操作地用于将所述地层的温度升高到压裂温度；以及所述冷却系统，其在所述激光递送装置的相反侧从所述旋转轴延伸，所述冷却系统包括延伸穿过所述保护壳的一个或多个冷却喷嘴，使得所述一个或多个冷却喷嘴构造成将所述冷却流体流引入到所述地层，以便所述冷却流体流降低所述地层的温度，其中，当所述旋转轴旋转时，所述激光递送装置和所述冷却系统围绕所述井筒旋转，所述旋转轴的旋转构造成在增加所述地层的温度和降低所述地层的温度之间交替，使得发生热冲击并且在所述地层中形成裂缝。

在某些方面，该系统还包括吹扫喷嘴(purge nozzle)，所述吹扫喷嘴位于所述地面和所述电动机之间，其中，所述吹扫喷嘴构造成防止碎屑沉积在所述电动机上。在某些方面，所述冷却流体选自氮气、液氮、氦气、空气、二氧化碳和水所构成的组。在某些方面，所述压裂温度为2000℃。在某些方面，该系统还包括声学能力设备。在某些方面，所述聚焦激光束能够在不到1秒的时间内将所述地层的温度升高到所述压裂温度。在某些方面，所述激光递送装置能够定位成以预定角度将所述聚焦激光束引入所述地层。