CN110905413A - 一种泥浆钻井环境下的激光-机械联合破岩系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泥浆钻井环境下的激光‑机械联合破岩系统，主要包括：机架，电力系统，气体/清水泵，钻井液泵，电缆，双通道钻杆，激光发生装置，潜油电机，减速装置，激光‑机械钻头。电力系统产生整个系统所需的电力，并由电缆输送至潜油电机等用电装置；气体/清水由气体/清水泵增压，后与电缆一起通过双通道钻杆的内通道传输到井下，钻井液从双通道钻杆外通道通入井底。本发明利用激光的热效应，结合钻头的机械作用，对井底岩石进行联合破碎。本发明将激光发生装置置于井下并耦合机械破岩装置，通过双通道钻杆突破激光技术不能用于泥浆钻井的限制，避免了激光的传输损耗，减小了顶驱钻井的能耗，大大提升了钻井效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥浆钻井环境下的激光-机械联合破岩系统，具体的涉及用于强研磨性地层、深层、超深层、复杂难钻地层等油气资源钻探开采领域。
背景技术
激光破岩是近年来兴起的一项新技术，研究表明：利用激光光束直接作用岩石,将对岩石造成破坏和损伤作用，致使岩石的内应力得到一定释放，岩石的强度将会降低，可钻性会得到改善。若进一步结合机械方法破碎岩石，可以大大节约破岩成本，在超深地层，难钻地层均可以提高钻进速度，减少钻头的磨损，提高牙齿的寿命，是目前钻井技术的发展方向之一。
为解决在深井、超深井以及复杂地层时，能够将激光-机械联合破岩技术运用到泥浆钻井环境中，实现节能环保、安全高效的破岩，提出了一种泥浆钻井环境下激光-机械联合破岩系统。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种泥浆钻井环境下激光-机械联合破岩系统。
本发明采用下述的技术方案：
一种泥浆钻井环境下的激光-机械联合破岩系统，包括机架、电力系统、气体/清水泵、钻井液泵、电缆、双通道钻杆、激光发生装置、潜油电机、减速装置、激光-机械钻头。所述电力系统，气体/清水泵，钻井液泵放置在地面，激光发生装置，潜油电机，减速装置，激光-机械钻头设置在井底，进一步通过地面指令控制井底钻井操作。
所述双通道钻杆由地面通到井底，设有内通道与外通道，隔离泥浆、钻井液、清水/气体和电缆，实现不同循环介质的输送、隔离，并进一步保护电缆。
所述电力系统输送电缆，气体/清水泵输送气体/清水，一起由双通道钻杆的内通道传输到井下。
所述钻井液泵输送钻井液，从双通道钻杆的外通道输送到井底。
所述激光-机械钻头以旋转方式刮切钻井过程中产生的泥浆，通过双通道钻杆的外侧输送到地面。
所述激光发生装置由电缆提供能量，激光发生装置产生激光，利用激光的热效应，借助清水/气体介质环境，对井底岩石进行预破碎。
所述潜油电机由电缆提供能量，通过减速装置带动激光-机械钻头以旋转刮切方式对岩石进行进一步的破碎过程。
所述激光-机械钻头设有让激光传输的内部通道以及钻井液传输的流道，钻井液从激光-机械钻头的喷嘴射出，携带破碎的岩屑进入环空并返回地面。
所述激光发生装置、减速装置和潜油电机共同设置于与激光-机械钻头联结的一节钻杆内部，激光发生装置、激光-机械钻头保持同步运转，以便矩形激光束实时通过激光-机械钻头内部的激光光束通道。
所述潜油电机、激光发生装置与双通道钻杆内部的电缆以电刷方式联结，以便电机工作时，上部电缆保持相对静止。
本发明的有益效果是：
(1)由电缆给潜油电机供电，通过地面指令控制钻井操作，通过减速装置带动激光-机械钻头旋转破碎岩石，能够科学控制井眼轨迹，避免了顶部驱动钻井带来的钻杆振动和扭转破坏，并大大减小了顶部驱动钻井的能耗。
(2)将激光发生装置置于井下，有效避免了激光的传输损耗。
(3)激光借助双通道钻杆内通道的气体/清水介质进行传输，能够对井底岩石造成破坏和损伤作用，可以有效的提高钻探效率和减少钻头磨损。
(4)气体/清水配合钻井液携带岩屑，能够解决激光技术不能用于泥浆钻井的限制问题。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明双通道钻杆结构示意图。
图中所示：、电力系统(1)、气体/清水泵(2)、钻井液泵(3)、双通道钻杆(4)、电缆(5)、气体/清水(6)、钻井液(7)、潜油电机(8)、减速装置(9)、激光发生装置(10)、激光-机械钻头(11)、机架(12)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明做更进一步说明。
如图1所示，机架(12)用于升降双通道钻杆(4)和激光-机械钻头(11)等井下工具。双通道钻杆(4)的外通道与钻井液泵(3)相连，为井底提供充足的钻井液(7)，并携带岩屑带出井外；双通道钻杆(4)的内通道与气体/清水泵(2)相连，为激光提供充足的传输介质气体/清水(6)，并配合钻井液携带岩屑。电力系统(1)输送电缆(5)，电缆(5)通过双通道钻杆(4)的内通道传输到井下，为井下的激光发生装置(10)和潜油电机(8)提供能量。激光发生装置(10)产生激光，激光借助双通道钻杆(4)内通道的气体/清水(6)介质进行传输到井底岩石上，利用激光的热效应，对井底岩石造成破坏和损伤作用，能够解决激光技术不能用于泥浆钻井的限制问题。潜油电机(8)通过减速装置(9)带动激光-机械钻头(11)进行机械运动，对井底岩石进行联合破碎，可以有效的提高钻探效率和减少钻头磨损。钻进过程中产生的泥浆通过双通道钻杆(4)外侧流出井外，并流经钻井液循环系统对泥浆进行处理，重复使用钻井液，可以有效节约资源和成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种泥浆钻井环境下的激光-机械联合破岩系统，包括机架(12)、电力系统(1)、气体/清水泵(2)、钻井液泵(3)、电缆(5)、双通道钻杆(4)、激光发生装置(10)、潜油电机(8)、减速装置(9)、激光-机械钻头(11)。所述电力系统(1)，气体/清水泵(2)，钻井液泵(3)放置于地面，激光发生装置(10)，潜油电机(8)，减速装置(9)，激光-机械钻头(11)置于井底。
2.根据权利要1所述的连接电力系统(1)的电缆(5)，气体/清水泵(2)输送的气体/清水(6)，一起由双通道钻杆(4)的内通道传输到井下，钻井液泵(3)输送钻井液(7)，从双通道钻杆(4)的外通道输送到井底，激光-机械钻头(11)工作过程中产生的泥浆，通过双通道钻杆(4)的外侧输送到地面。
3.根据权利要1所述的激光发生装置(10)和潜油电机(8)由电缆提供能量，激光发生装置(10)产生激光，利用激光的热效应，借助清水/气体介质环境，对井底岩石进行热作用预破碎，潜油电机(8)通过减速装置(9)带动激光-机械钻头(11)以旋转刮切方式进行进一步的岩石破碎过程。
4.根据权利要1所述的激光-机械钻头(11)具有多通道的内部结构，能够隔离激光矩形光束与钻井液。
5.根据权利要1所述的激光发生装置(10)、潜油电机(8)、减速装置(9)共同固定在与激光-机械钻头(11)相联结的一节钻杆内部，可有效减少激光的传输损耗。
6.根据权利要1所述的激光发生装置(10)与激光-机械钻头(11)保持同步运转，以便矩形激光束实时通过激光-机械钻头(11)内部的激光光束通道。
7.根据权利要1所述的潜油电机(8)、激光发生装置(10)与双通道钻杆(4)内部的电缆(5)以电刷方式联结，以便电机工作时，上部电缆保持相对静止。
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