[发明专利]一种激光钻井破岩装置及方法

权利要求书

1.一种激光钻井破岩装置，主要包括水泵(1)、供电箱(2)、空压机(3)、钻机卡盘(7)、井口密封装置(9)、钻杆(10)、钻头(12)、电缆(5)、高压气体通道(6)、高压水流通道(4)和泥浆输出通道(14)，激光发射器(13)；其特征在于：

a.为防止钻杆(10)连接或转动时，所述电缆(5)受到损坏，每节钻杆(10)内部拥有电缆(5)，在钻杆两端连接处(11)均设有电导片(11-1)；进而通过导电片(11-1)和电缆(5)给3个激光发射器(13)供电；所述电缆(5)设置成3条独立的给3个激光发射器(13)供电，或者设置成1条，在传递到激光发射器(13)前分成3条支路给3个激光发射器(13)分别供电；

b.所述钻杆(10)内部设有位于钻杆(10)中心的一条高压水流通道(4)和三条环绕高压水流通道(4)设置的高压气体通道(6)；钻杆(10)内部设置的电缆(5)，高压气体通道(6)、高压水流通道(4)在空间位置上相互独立；

c.所述三个激光发射器(13)环绕设置在钻头(12)内部，激光发射器(13)下端连接光纤(12-2)；光纤(12-2)通过光纤套管(12-3)，旋转接头(12-5)和镜筒(12-7-4)连接到镜头(12-7-9)，使高能光束直接照射于岩面；

d.激光头(12-7)位于气流—激光通道(12-4)中，在激光高能光束熔化岩石的同时，高压气流吹走熔融混合物，使激光持续作用于岩面而非熔融混合物上，并且气流起到冷却破碎齿和激光头(12-7)的作用。

2.根据权利要求1中所述的一种激光钻井破岩装置，其特征在于，所述激光头(12-7)与光纤套管(12-3)用旋转接头(12-5)连接，激光头(12-7)中部位置环绕扇叶(12-6)，利用气流带动扇叶(12-6)转动，继而使激光头(12-7)自转；同时设置在激光头(12-7)内的直线电机(12-7-3)使得镜头(12-7-9)左右往复匀速移动；使得高能光束从单点照射到大面积整体照射。

3.根据权利要求2中所述的一种激光钻井破岩装置，其特征在于，在镜头(12-7-9)端口位置的镜片(12-7-8)四周设有光敏传感器(12-7-10)，当镜片(12-7-8)受到污渍无法正常照射时，光敏传感器(12-7-10)受到光信号传递电信号给喷头(12-7-7)前端位置处的阀门(12-7-11)，阀门(12-7-11)打开，喷头(12-7-7)喷射水流清洗镜面，使得激光的照射能高效持续碎岩工作。

4.一种激光钻井破岩方法，其特征在于，所述一种激光钻井破岩方法基于一种激光钻井破岩装置，所述一种激光钻井破岩装置主要包括水泵、供电箱、空压机、钻机卡盘、井口密封装置、钻杆、钻头、电缆、高压气体通道、高压水流通道和泥浆输出通道，激光发射器；所述一种激光钻井破岩装置通过激光辅助破碎岩石；所述一种激光钻井破岩方法，其主要包括如下过程：

S1：供电箱(2)通过电缆(5)提供给激光发射器(13)和直线电机(12-7-3)提供电力，激光发射器(13)通过光纤(12-2)发射高能光束作用于岩面，在直线电机(12-7-3)使高能光束径向运动的同时激光头(12-7)自转，使得高能光束大面积作用岩面；当高能激光束的能量密度大于岩石的临界密度，岩石即发生破坏，同时钻头转动进行破岩；

S2：在激光辅助钻头进行破岩的同时，水泵(1)提供的高压水射将碎岩屑和泥浆通过泥浆输出管道(14)带回底面。

5.根据权利要求4中所述的一种激光钻井破岩方法，其特征在于，在S1和/或S2过程中，当镜片(12-7-8)受到污渍无法正常照射时，光敏传感器(12-7-10)接收到光信号传递电信号给喷头(12-7-7)的阀门(12-7-11)，喷头(12-7-7)喷射水流清洗镜面，使得激光持续高效地破岩。