[发明专利]一种井下光源钻井系统

说明书

本发明公开了一种井下光源钻井系统，其包括外界电源、传输电缆、设置于井下用于向井下工作面发射激光束的井下光源、沿激光束发射方向依次设置的激光钻铤和激光钻头，所述外界电源通过传输电缆与井下光源、激光钻铤及激光钻头连接。本发明中的井下光源采用半导体激光器光纤耦合并合束，满足井下光源钻井小型化及高效率的要求，同时解决了光源小型化及复杂井下环境适应性的问题，通过随钻测量设备和井控系统提高激光钻井的信息化及智能化，同时配置钻井配套，为激光钻井提供辅助气流及岩屑输运，保证激光钻井的顺利进行。

技术领域

本发明属于激光破岩应用技术领域，具体地说涉及一种井下光源钻井系统。

背景技术

地下储藏的丰富油气资源是支撑人类社会进步和发展的重要能量来源。随着长时间的开采，油气勘探开发目的层由中浅层向深层、超深层快速延伸，其所面临的硬度高、可钻性差、地质结构复杂等问题使传统钻井面临巨大挑战，突破现有钻井技术瓶颈，寻求新技术研发，实现更深深度、更复杂工况、更快效率的同时，降低成本，是石油和天然气行业一直以来追求的目标。

随着科技的进步和发展，很多破岩技术及装备应运而生，如水射流、激光、超声波破岩等技术。其中，利用高能激光束直接作用于岩石表面，使岩石表面局部受热而弱化、碎化直至熔融甚至达到汽化的状态，再利用机械破岩，显著提高了破岩效率。激光钻井通常采用两种技术方案，一种技术方案为将激光器作为光源，并将光源放置于井口地面，通过传能光纤光缆将激光束传输至井下，需要解决高功率激光的远距离传输光缆、不可中断的连续光缆对钻井系统带来的工程复杂化等问题。另外一种方案为将激光器系统小型化做成井眼大小筒状结构，整体放入井下钻头后方，通过井下马达供电或者高压电缆从地面供电。这将面临光源小型化及复杂井下环境适应性等问题。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

针对现有技术的种种不足，现提出一种井下光源钻井系统，以解决井下光源小型化及复杂井下环境适应性等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种井下光源钻井系统，其包括外界电源、传输电缆、设置于井下用于向井下工作面发射激光束的井下光源、沿激光束发射方向依次设置的激光钻铤和激光钻头，所述外界电源通过传输电缆与井下光源、激光钻铤及激光钻头连接。

进一步地，所述井下光源包括：

光学模块，其包括级联激光器，所述级联激光器至少包括一组级联激光器组，且级联激光器组至少包括两个子激光器；

驱动模块，其与子激光器一对一连接，且驱动模块通过开关电源与控制模块连接，所述光学模块和驱动模块封装于壳体内部，所述壳体设为筒状结构，且壳体尺寸与井眼尺寸匹配；

和温控模块，其位于壳体外部且与控制模块连接，所述温控模块采用两级温控结构，通过循环介质对光学模块和驱动模块产生的热量进行一次换热，通过冷却介质与循环介质进行二次换热，最终将热量排出。

进一步地，位于同组的子激光器之间通过第一光纤合束器进行一次合束形成第一合束激光，且级联激光器组之间通过第二光纤合束器进行二次合束形成第二合束激光，所述第二合束激光作为输出光束。

进一步地，所述激光钻头包括钻头本体，所述钻头本体内设置有与井下光源对应的光路、与光路连通的气路及传感测量模块，沿钻头本体内光路上设置有光束整形镜组及光束运动控制镜组，所述钻头本体端部设置有用于光学防护的窗口。

进一步地，所述激光钻铤上连接有用于实现激光钻铤及激光钻头移动的机器人。

进一步地，所述井下光源钻井系统还包括钻井配套，所述钻井配套包括与气路连通用于向气路供气的压缩空气气源及岩屑输运系统、高压供电系统及用于与地面通信的通信系统，所述压缩空气气源通过管路与激光钻头和激光钻铤连通，所述高压供电系统与外界电源连接。