[发明专利]一种激光机械联合钻井装置

说明书

本发明涉及一种激光机械联合钻井装置，它主要包括：潜油电动机、电缆、电刷滑环器、电动机主轴、钻铤、钻杆、激光发生器、光纤、激光头、一体筒下端、一体筒中端、一体筒上端、激光头保护罩、旋转壳、隔离管、单向阀、镜筒、凹镜片、平面镜片、钻头。电流通过电缆时激光发生器产生激光束，激光束沿周向分布。经过镜筒调整各光束的分布，再到达岩石表面呈圆形光斑。利用激光的热效应辅助钻头破岩，同时高压气流清理岩屑。本发明的激光机械联合破岩装置能改善纯机械破岩钻遇高研磨性的地层时效率低的情况。同时减少钻具的磨损，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及一种激光机械联合钻井装置，用于强研磨性地层、难钻地层油气资源钻探开采等领域。

背景技术

随着在钻井深度增加，钻井难度越来越大，目前单纯的旋转钻井技术在钻进强研磨性地层时，机械钻速很低所导致的建井周期加长。同时钻头的冠顶易发生磨损损坏、切削齿易发生磨损和冲击损坏，需要频繁的起下钻。

研究表明，当高强度激光能量聚焦在导热系数很低的岩石上时,会导致局部岩石温度瞬间升高，产生的局部热应力可快速削弱岩石强度。若将激光引入到钻井中，可以有效降低钻头损坏提高钻井效率。

但目前受制于激光长距离传输损耗、高功率激光设备体积太大、高功率可入井工作激光器需要上千瓦电能的短板，因此开发一种地面电源为井下供电的激光辅助机械钻井的装置。

发明内容

为避免以上问题本发明提出了一种激光机械联合钻井装置：地面往井下通电缆给潜油电动机和激光发生器供电，潜油电动机为钻头提供动能激光发生器提供光能，激光加机械共同作用于岩石，高压气流吹走岩屑，保护镜片冷却破碎齿的温度。这种装置可以有效的提高钻探效率和减少钻头磨损。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种激光机械联合钻井装置，由潜油电动机、电缆、特制电缆-高压气通管、电刷滑环器、电动机主轴、钻铤、钻杆、激光发生器、光纤、激光头、激光头安装套、体筒下端、体筒中端、体筒上端、激光头保护罩、旋转壳、隔离管、单向阀、镜筒、凹镜片、平面镜片、钻头组成。钻铤内设置有高压气道与激光通道，隔离管防止激光头和镜筒粉尘污染。镜筒上的平台与体筒下端的凸台环向接触，实现镜筒的定位。体筒下端有外有螺纹与体筒中端的内螺纹配合固定，体筒下端的外螺纹为顺时针旋转。体筒上端和体筒中端是分段配合固定在钻铤内。体筒上端、体筒中端和体筒下端的轴向移动由钻头的平台和体筒上端的中心平面接触限制。激光头的数量与高压气道是数量一致，一束激光搭配一束高压气，光路在隔离管内高压气在隔离管外。高压气道内设置单向阀，单向阀安装在隔离管外并且在体筒中端内。激光头产生激光通过镜筒由镜筒上的凹镜片和平面镜片折射进入激光-高压气道到达岩石表面，高压气流吹走岩屑，保护镜片，冷却破碎齿的温度。激光发生器和潜油电动机由电缆提供电力，激光发生器的电缆设置在钻铤内跟随电动机主轴同向转动，电刷滑环安装在特制电缆-高压气通管和旋转壳内。电刷滑环与特制电缆-高压气通管固定，旋转壳与电动机主轴同角速度转动，特制电缆-高压气通管内的电缆无转动，钻铤内的电缆与电动机主轴同角速度转动。实现钻铤内的电缆无相对钻铤无转动。特制电缆-高压气通管和旋转壳有“Z”字形的间隙，避免特制电缆-高压气通管和旋转壳的相对转动，潜油电动机内密封。激光提前作用在主要破碎齿所对应的破碎区域，对岩石造成一定损伤作用，再利用钻头的切削齿机械破碎岩石。PDC钻头优选4束激光。A方向有两种实施方式第一种：4个气孔和4个激光通孔。第二种：6个气孔和6个激光通孔。B方向有两种实施方式与B方向实施方式对应第一种：4个气孔和4个激光通孔。第二种：6个气孔和6个激光通孔。

本发明具有以下优点：

本发明的激光机械联合钻井装置可以降低钻头在钻进强研磨性地层时钻头的磨损、增加机械钻速、避免了频繁的起下钻、延长钻头寿命、提高钻进效率。

附图说明

图1是本发明的纵剖结构示意图。