CN102155198B

CN102155198B - 一种石油井下激光射孔器气体清扫装置

Info

Publication number: CN102155198B
Application number: CN 201110034473
Authority: CN
Inventors: 白晋涛; 张云博; 陈浩伟; 陆宝乐; 许冠军; 任兆玉
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: CN102155198A

Abstract

本发明属于石油井射孔完井技术领域，具体公开了一种石油井下激光射孔器气体清扫装置。该装置包括高压气源、高压气管、固定外壳、旋转外壳和旋转外壳控制器；其中高压气源、高压气管与固定外壳依次连接，固定外壳上安装有可相对于固定外壳滑动的旋转外壳，且该旋转外壳上设有喷嘴，旋转外壳控制器安装于固定外壳上并与旋转外壳相连接控制旋转外壳的运动，同时固定外壳与石油井下激光射孔器相连接，高压气体由高压气管传入装置内部，再经由运动方向可控的喷嘴射出将干扰激光通路的杂质带走，进而为石油井下激光射孔器射孔作业提供清洁通道，提高石油井下激光射孔作业效率。

Description

一种石油井下激光射孔器气体清扫装置

技术领域

本发明属于石油井射孔完井技术领域，具体涉及一种石油井下激光射孔器气体清扫装置。

背景技术

射孔技术属于一种油井完井技术，具体是指打通井管、水泥层和地层，建立地层与井管之间的流动通道。目前普遍使用子弹或聚能炸药等方法来进行石油井下射孔作业，但这些方法射孔深度浅、射孔方向不可控，且会对地层产生压实效应，显著降低了地层的渗透性。这些问题一直影响着射孔完井作业，限制着油井产能的提升。随着激光技术的发展，利用高功率激光源产生高能激光束进行石油井下射孔作业的研究越来越多，但是井下的复杂环境和射孔洞内的杂物给激光射孔作业带来了很大的影响，严重限制了激光射孔作业的效率。相关技术报道如US4227582：Well perforating apparatus and method，该专利公开了一种石油井下激光射孔装置，该装置中采用了一种安置在激光射孔器前端的气体喷嘴，起到有效清洁射孔通道，提高激光射孔作业效率的目的。但是该装置中气体喷嘴只能沿水平方向喷出高压气体，无法改变气体喷射角度。此外，该装置中的气体喷嘴是整套设备中的一个组成部分，不能灵活拆卸以配合其他激光射孔装置进行射孔作业，即在相关领域无通用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种石油井下激光射孔器气体清扫装置，该装置能灵活调整气体喷射角度，为激光射孔作业提供一清洁通道，提高激光射孔作业效率。

为实现上述技术任务，本发明采取如下技术解决方案：

本发明的基本构思为：发明装置包括高压气源、高压气管、固定外壳、旋转外壳和旋转外壳控制器；其中高压气源、高压气管与固定外壳依次连接，固定外壳上安装有可相对于固定外壳滑动的旋转外壳，且该旋转外壳上设有喷嘴，旋转外壳控制器安装于固定外壳上并与旋转外壳相连接控制旋转外壳的运动，同时固定外壳与石油井下激光射孔器相连接，高压气体由高压气管传入装置内部，再经由运动方向可控的喷嘴射出将干扰激光通路的杂质带出射孔通道。

具体技术方案为：

一种石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，该装置包括高压气源、高压气管、固定外壳、旋转外壳和旋转外壳控制器；其中：

高压气管一端经固定外壳与气体清扫装置内部相通，另一端与高压气源相连接；

固定外壳为其中一侧壁上设有敞口的壳体，在敞口处安装有可相对于固定外壳滑动的旋转外壳，该旋转外壳上设有喷嘴，在与敞口所在侧壁相对的固定外壳的侧壁上设有透光窗，该设有透光窗的侧壁与激光射孔器相连接；

所述旋转外壳控制器安装于固定外壳上并与旋转外壳连接。

本发明的装置还具有下列特征：

所述石油井下激光射孔器气体清扫装置还包括一气体阀门，该气体阀门与高压气管连接并安装于固定外壳上。

所述的透光窗上镀有激光增透膜层。

所述喷嘴设在旋转外壳的中心位置。

所述喷嘴为锥形喷嘴。

所述旋转外壳控制器包括伺服电机、传动杆和齿轮，且伺服电机、传动杆和齿轮依次连接，其中齿轮与旋转外壳的侧面相啮合。

本发明的技术特点在于该发明装置有效地控制了高压气体的喷射方向，利用高压气体将射孔通道内射孔作业产生的固体颗粒等杂物排出，为激光射孔作业提供一清洁通道，以提高激光射孔作业效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为实施例的结构示意图。

以下结合实施例与附图对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的装置包括高压气源101、高压气管102、固定外壳105、旋转外壳104和旋转外壳控制器108；

所述高压气管102一端经固定外壳105与气体清扫装置内部103相通，另一端与高压气源101相连接；

所述固定外壳105为其中一侧壁上设有敞口的壳体，即固定外壳105中的一侧壁上有开口，固定外壳105为半封闭式壳体，在敞口处安装有可相对于固定外壳105滑动的旋转外壳104，该旋转外壳104上设有喷嘴114，在与敞口所在侧壁相对的固定外壳105的另一侧壁上设有透光窗107，该设有透光窗107的侧壁与激光射孔器111相连接，且透光窗107与喷嘴114和激光射孔器111中的激光出射方向相对；为进一步地优化装置结构，该喷嘴114设在旋转外壳104的中心位置处，除此之外，为进一步地提高喷嘴的工作性能，喷嘴114为锥形喷嘴；

所述旋转外壳控制器108安装于固定外壳105上并与旋转外壳104相连接；一种较易实现的驱动结构，所述旋转外壳控制器108包括伺服电机110、传动杆113和齿轮109，且伺服电机110、传动杆113和齿轮109依次连接，其中齿轮109与旋转外壳104的侧面相啮合。

所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置还包括一气体阀门106，该气体阀门106与高压气管102连接并固定于固定外壳105上。

该装置可通过地面操作控制台调控，其中旋转外壳控制器108中的伺服电机110与该地面操作控制台连接，工作人员根据作业要求，通过地面操作控制台控制旋转外壳104的运动，当然，气体阀门106也与该地面操作控制台连接，方便控制高压气流的开关和流量。

装置工作时，高压气源101位于地面，这样一方面避免了井下复杂环境可能对仪器产生的影响，另一方面排除了井管尺寸对仪器大小、体积的限制。高压气源101内部存储有高压气体，通过输气管道102传输至气体清扫装置内部103。

输气管道102与气体清扫装置内部103相通，地面上高压气源101内的高压气体由输气管道102进入气体清扫装置内部103，并由气体清扫装置前方的旋转外壳104上的喷嘴114处喷出进入射孔洞112，喷出的高压气体一方面把井下的液体排开，为激光射孔提供清洁的通道，另一方面将激光射孔产生的杂物带出射孔洞112，避免激光与液体和杂物作用，提高了激光射孔效率。旋转外壳控制器108固定在固定外壳105上，旋转外壳控制器108包括伺服电机110、连杆113和齿轮109，该伺服电机110、连杆113与齿轮109依次连接，其中齿轮109与旋转外壳104的侧面相啮合，伺服电机110通过连杆113带动齿轮109旋转，进而可以带动旋转外壳104滑动，从而实现气体喷射方向灵活可控。工作时透光窗107位于气体清扫装置侧面，并且与石油井激光射孔器111的激光出射口位置相对，气体清扫装置喷射出气流的方向与激光出射方向始终保持一致，有效地起到清洁射孔洞112的目的。

实施例：

参考图1和图2并如图3所示，本实施例中的激光射孔器111结构包括激光源115、激光控制单元，其中：

激光控制单元包括外壳117、光纤116和安装于外壳117内的聚焦透镜118、反射镜119及反射镜转动控制架120，该反射镜转动控制架120安装于外壳117底面，反射镜转动控制架120内部安装有电机和传动装置，该电机和传动装置连接，其中传动装置与反射镜119连接控制反射镜119的俯仰角；其中外壳117一侧壁上设有第一透光窗121；光纤116一端从激光控制单元的外壳117顶端进入激光控制单元，另一端与激光源115相连接；聚焦透镜118位于光纤116下方，起到聚焦光束的作用；反射镜119安装于反射镜转动控制架120上并位于聚焦透镜118下方，该反射镜119可绕反射镜转动控制架120顶端变动俯仰角，以实现在大角度范围内进行射孔作业，并且反射镜119变动俯仰角时镜面朝着第一透光窗121；激光束经反射镜119反射经第一透光窗121射出，照射在待射孔地层上；为减少激光能量损耗，聚焦透镜118表面和第一透光窗121上均镀有激光增透膜层，反射镜119表面镀有激光高反射膜层；

本实施例中的石油井下激光射孔器气体清扫装置，该装置包括高压气源101、高压气管102、气体阀门106、固定外壳105、旋转外壳104和旋转外壳控制器108；

其中高压气源101位于地面上，气体阀门106安装于高压气管102和固定外壳105之间，即气体阀门106与高压气管102连接并固定于外壳105上；高压气管102一端与高压气源101相连，高压气管102另一端、气体阀门106、固定外壳105顶端依次连接，高压气体经高压气管102、气体阀门106和固定外壳105顶端道进入气体清扫装置内；固定外壳105为其中一侧壁上设有敞口的壳体，进一步说，该固定外壳105包括一具有敞口的侧壁，在敞口处安装有可相对于固定外壳105上下滑动的旋转外壳104，该旋转外壳104中心位置处设有喷嘴114，且该喷嘴114为锥形喷嘴，在与敞口所在侧壁相对的固定外壳105的侧壁上设有透光窗107，该设有透光窗107的侧壁与外壳117中设有第一透光窗121的另一侧壁相连接，且透光窗107同时与喷嘴114和第一透光窗121相对，为减少激光能量损耗，透光窗107上镀有激光增透膜层；旋转外壳控制器108安装于固定外壳105底部并与旋转外壳104相连接，该旋转外壳控制器108内部安装有伺服电机110、传动杆113和齿轮109，且伺服电机110、传动杆113和齿轮109依次连接，其中齿轮109与旋转外壳104的侧面相啮合控制旋转外壳104沿纵向上下滑动，并且在转动过程中始终保持高压气体喷射方向与激光出射方向相一致；

本实施例的装置通过地面操作控制台调控，旋转外壳控制器108中的伺服电机110、反射镜转动控制架120中的电机和气体阀门106均与该地面操作控制台连接，工作人员根据作业要求，通过地面操作控制台控制旋转外壳104的运动、反射镜119的俯仰角的变换以及高压气流的开关和流量。

工作过程中，由旋转外壳104上的喷嘴114喷出的高压气体一方面把井下的液体排开，为激光射孔提供清洁的通道，另一方面将激光射孔产生的杂物带出射孔洞112，这样避免了激光与液体和杂物作用，提高射孔效率。

本发明采用高压气体为石油井激光射孔器射孔作业提供清洁通道，并将射孔通道内射孔作业产生的固体颗粒等杂物排出，可显著提高激光射孔作业效率。

Claims

1.一种石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，该装置包括高压气源（101）、高压气管（102）、固定外壳（105）、旋转外壳（104）和旋转外壳控制器（108）；其中：

高压气管（102）一端经固定外壳（105）与气体清扫装置内部（103）相通，另一端与高压气源（101）连接；

固定外壳（105）为一侧壁上设有敞口的壳体，在敞口处安装有可相对于固定外壳（105）滑动的旋转外壳（104），该旋转外壳（104）上设有喷嘴（114），在与敞口所在侧壁相对的固定外壳（105）的另一侧壁上设有透光窗（107），该设有透光窗（107）的侧壁与激光射孔器（111）相连接；

旋转外壳控制器（108）安装于固定外壳（105）上并与旋转外壳（104）连接。

2.如权利要求1所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，该装置还包括一气体阀门（106），该气体阀门（106）与高压气管（102）连接并固定于固定外壳（105）上。

3.如权利要求1所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，所述的透光窗（107）上镀有激光增透膜层。

4.如权利要求1所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，所述喷嘴（114）设在旋转外壳（104）的中心位置。

5.如权利要求1所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，所述喷嘴（114）为锥形喷嘴。

6.如权利要求1所述的石油井下激光射孔器气体清扫装置，其特征在于，所述旋转外壳控制器（108）包括伺服电机（110）、传动杆（113）和齿轮（109），且伺服电机（110）、传动杆（113）和齿轮（109）依次连接，其中齿轮（109）与旋转外壳（104）的侧面相啮合。