CN112534117A - 被配置成用于井下光束产生的激光工具 - Google Patents

Abstract

一种被配置成用于井下激光束产生的激光工具(18)，其可在井眼(11)内操作。所述激光工具包括用以产生激光束的发生器(20)。所述发生器(20)被配置成装配在所述井眼(11)内，耐受所述井眼内的至少一些环境条件，并且从所述井眼内产生所述激光束。所述激光束具有至少一千瓦(1kW)的光学功率。控制系统(28)被配置成控制所述激光工具的至少一部分的移动以使得所述激光束在所述井眼(11)内移动。

Description

被配置成用于井下光束产生的激光工具

技术领域

本说明书描述被配置成在井下产生激光束并在井下输出激光束的激光工具的示例。

背景技术

激光工具可用以在井眼(wellbore)内输出激光束。激光束可用于多个应用，包括井眼激励。然而，光学功率损耗可能会限制激光束的有效性。举例来说，诸如光纤等光学传输介质可将激光束从表面处的发生器传输到井下激光工具。随着激光束沿着光学传输介质行进，激光束的光学功率减小。产生的光学功率损耗随着激光束行进距离的增加而增加。在一些井下应用中，光学功率损耗可能相当大。此光学功率损耗可能会不利地影响井下激光束的使用。此外，在一些情况下，激光束的传输可能会加热光学传输介质。这会在井下引起损坏——例如，介质和其它井下部件可能燃烧——由此影响井眼内部件的操作。

发明内容

一种示例激光工具被配置成用于井下激光束产生。所述激光工具可在井眼内操作。所述激光工具包括用以产生激光束的发生器。所述发生器被配置成装配(fit within)在所述井眼内，耐受所述井眼内的至少一些环境条件，并且从所述井眼内产生所述激光束。所述激光束具有至少一千瓦(1kW)的光学功率。控制系统被配置成控制所述激光工具的至少一部分的移动以使得所述激光束在所述井眼内移动。所述激光工具可单独地或组合地包括以下特征中的一者或多者。

所述发生器可包括用以输出所述激光束的头部。所述发生器可以是或包括直接二极管激光器。所述发生器可被配置成耐受包括所述井眼内的温度、压力、振动或材料组成中的至少一者的环境条件。

所述控制系统可被配置成使所述头部围绕枢轴点旋转以在所述井眼的底部产生圆形图案。

所述激光工具可包括光学组件，所述光学组件被配置成装配在所述井眼内，从所述井眼内接收所述激光束，并且朝向目标输出所述激光束。所述光学组件可在所述井眼内旋转。所述光学组件的旋转可围绕所述井眼的纵向轴线。光学组件还可沿着所述井眼的所述纵向轴线移动。

所述光学组件可包括用以改变所述激光束的方向的反射器，以及用以在输出之前对所述激光束进行整形的一个或多个透镜。对所述激光束进行整形可包括对所述激光束进行聚焦。对所述激光束进行整形可包括对所述激光束进行准直。对所述激光束进行整形可包括对所述激光束进行扩散。所述一个或多个透镜可包括用以控制所述激光束的大小或形状中的至少一者的光学控制透镜，以及至少保护所述控制透镜的覆盖透镜。所述一个或多个透镜可包括用以使所述激光束的定向在竖直定向与水平定向之间变化的定向透镜。所述覆盖透镜还可保护所述定向透镜。

所述激光工具可包括相对于所述激光束成角度地倾斜的清洗刀。所述清洗刀可被配置成在所述激光束的方向上输出清洗介质。所述清洗介质可包括惰性气体或液体。

一种在井下产生激光束的示例方法包括使激光发生器在井眼中降低到井下，以及使用所述激光发生器以在井下产生所述激光束。所述激光束具有至少1kW的光学功率。所述方法还包括将所述激光束引导到所述井眼的内表面以从所述井眼内切穿结构的至少一部分。所述方法可单独地或组合地包括以下特征中的一者或多者。

所述激光发生器可包括用以输出所述激光束的头部。所述方法可包括使所述头部围绕枢轴点旋转以在所述井眼的底部产生圆形图案。所述方法可包括使光学组件连同所述激光发生器一起在所述井眼中降低到井下。所述光学组件可用于引导所述激光束。所述方法可包括使光学组件在所述井眼内旋转。所述光学组件在所述井眼内的旋转可围绕所述井眼的纵向轴线。所述方法可包括沿着所述井眼的所述纵向轴线平移所述光学组件。所述光学组件可包括用以改变所述激光束的方向的镜子，以及用以在输出之前对所述激光束进行整形的一个或多个透镜。

本说明书中描述的任何两个或更多个特征，包括此发明内容部分中的特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施方案。

在本说明书中描述的系统和过程的至少一部分可通过在一个或多个处理装置上执行存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令来控制。非暂时性机器可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器、光盘驱动器、存储器磁盘驱动器和随机存取存储器。在本说明书中描述的系统和过程的至少一部分可使用计算系统来控制，所述计算系统包括一个或多个处理装置和存储可由所述一个或多个处理装置执行的指令以执行各种控制操作的存储器构成。

一个或多个实施方案的细节阐述于附图和具体实施方式中。根据说明书、附图和权利要求书，其它特征和优点将明显。

附图说明

图1是系统的框图以及井眼中井下示例激光工具的部件的剖面侧视图。

图2是示出示例激光工具的操作的流程图。

图3是井眼中井下示例激光工具的部件的剖面侧视图。

图4是井眼中井下示例激光工具的部件的剖面侧视图。

图式中的相同附图标记指示相同的元件。

具体实施方式

本说明书描述用于烧蚀位于井下的结构(例如岩层、套管和碎屑)的激光工具的示例。激光工具的实施方案包括用以产生激光束的激光发生器(或简称为“发生器”)。发生器被配置成装配在井眼内，耐受井眼内的至少一些环境条件，并且从井眼内产生激光束。在井眼内产生的激光束可以是高功率激光束。在一些实施方案中，如果激光束具有一千瓦(1kW)或更大的光学功率，则其可被分类为高功率激光束。

控制系统被配置成控制激光工具的至少一部分的移动以使得激光束在井眼内移动。举例来说，可控制激光束循环移动以瞄准井眼的底部。举例来说，可控制激光束围绕井眼的纵向轴线旋转以便瞄准井眼的圆周。举例来说，可控制激光束沿着井眼的纵向轴线移动以便瞄准井眼的线性区段。举例来说，可控制激光束同时围绕纵向轴线旋转并沿着纵向轴线移动，以便瞄准沿着纵向轴线延伸的井眼的圆周。激光工具可被配置成平行于包括井头(wellhead)的表面引导激光束或以不平行于该表面的角度引导激光束。

在一些实施方案中，光学组件可从发生器的头部接收激光束。光学组件可包括光学器件，例如镜子、透镜，或镜子和透镜两者，用以引导激光束，对激光束进行整形，并且确定激光束的尺寸。在一些实施方案中，光学组件从发生器直接接收激光束。举例来说，激光束在其处于发生器与光学组件之间的路径上不会穿过光学传输介质，例如光纤线缆。因此，可消除或减少由光学传输介质引起的功率损耗的降低。

示例激光工具还可包括一个或多个传感器，用以监测井眼中的环境条件并输出指示该环境条件的信号。传感器的示例可包括用以测量井下温度的温度传感器、用以测量井下压力的压力传感器和用以测量井下振动水平的振动传感器。还可使用其它传感器，例如声学传感器。从传感器接收到的信号可指示井眼内部存在问题或激光工具存在问题。钻井工程师可基于这些信号采取校正措施。举例来说，如果井下温度或压力使得类似激光工具的设备可能损坏，则可从井眼中取出那个设备。

图1示出包括前述段落中所描述的类型的激光工具的实施方案的示例系统10的部件。系统10的至少一部分位于井眼11内。在此示例中，井眼11穿过含烃岩层12(“岩层12”)。岩层12可包括各种材料，例如石灰岩、页岩或沙岩。

激光工具组件14可通过盘绕管(coiled tubing)单元15或缆线降低到井下。在此示例中，激光工具组件14包括线缆17、线缆套管16和激光工具18。激光工具18包括激光发生器(“发生器”)20，其在激光工具的操作期间驻留在井下并从井下产生激光束。示例激光发生器是直接二极管激光器。直接二极管激光器包括在应用中直接使用激光二极管的输出的激光系统。这与使用激光二极管的输出对另一激光器进行泵浦以产生输出的其它类型的激光器不同。直接二极管激光器的示例包括产生直线光束形状的系统和产生圆形光束形状的系统。直线光束形状包括直接从一个点行进到另一点的激光。直线光束形状还包括直径在行进期间保持相同或变化的激光。通过使直线光束围绕轴线旋转以在激光束冲击其目标的点处产生圆形图案来产生圆形光束形状。示例激光器包括镱激光器、铒激光器、钕激光器、镝激光器、镨激光器和铥激光器。

激光工具18还包括用以输出由发生器产生的激光束的头部21。头部21可固定到发生器或可相对于发生器移动。在一些实施方案中，发生器和头部两者都可被配置成用于在井眼内旋转移动、平移移动、或同时旋转移动和平移移动。在一些实施方案中，发生器可不旋转；替代地，头部可被配置成用于相对于发生器旋转。在一些实施方案中，旋转可围绕如图3中所示的井眼的纵向轴线66。在一些实施方案中，旋转可包括围绕如图1中所示的井眼的纵向轴线22进动(precession)。

光学器件可位于头部21的输出处。在一些实施方案中，光学器件可确定激光束的大小，对光束进行整形，或者同时确定光束大小并对光束进行整形。光学器件的示例包括用以引导光束的镜子和用以确定光束大小或对光束进行整形的透镜。然而，在图1的示例中，在头部与井眼内的光束目标之间不存在光学器件。

激光工具18可包括一个或多个清洗刀。清洗刀24被配置成通过在头部21上或附近排放清洗介质而清理通向激光束目标25的路径。在一些实施方案中，清洗刀被配置成与激光头或发生器一起旋转。旋转在图1中由箭头26以图形方式示出。要使用的清洗介质(例如液体或气体)的选择可基于地层的类型或岩石以及与地层相关联的储集区的压力。在一些实施方案中，清洗介质可以是或包括非反应性、非破坏性气体，例如氮气或卤烃。卤烃包括例如氯氟烃的化合物，该化合物包括与一种或多种卤素结合的碳。卤烃的示例包括在100华氏度(°)(37.8摄氏度)下具有在0.8厘泊(cP)卤烃油到1000cP卤烃油的范围内的黏度的卤烃油。当井眼中的流体压力减小(例如，小于50000千帕、小于25000千帕、小于10000千帕、小于5000千帕、小于2500千帕、小于1000千帕或小于500千帕)时，气体清洗介质可能是适当的。在一些实施方案中，清洗可以是周期性的。例如，清洗可能仅在激光束开启时进行。

激光工具组件14还包括控制系统28。在此示例中，控制系统28被配置成控制激光工具的全部或部分的移动以使得激光束在井眼内移动。控制系统可包括例如液压系统、电力系统或电机操作系统以移动激光工具。举例来说，控制系统可包括电机或其它机械机构以使得头部、发生器、或头部和发生器两者旋转，从而使得输出激光束在井眼11的底部处或附近产生圆形图案30。在示例中，输出激光束围绕轴线22进动以在输出激光束处于井眼11的底部处的冲击点处形成圆形图案30。

激光工具组件14还包括向井上延伸到井眼的表面的线缆17。在示例中，线缆可包括用以将电功率输送到发生器的功率线缆。在一些实施方案中，电功率可在井上产生。在示例中，线缆可包括通信线缆，例如以太网或用以向激光工具和从激光工具携带命令的其它布线。

命令可由位于表面的计算系统32产生。命令可控制激光工具的操作。举例来说，命令可包括用以开启或关闭激光发生器、用以调整激光束的强度、或用以控制激光束在井眼内的移动的命令。在一些实施方案中，这些命令中的全部或一些可无线地传达。虚线箭头33表示激光工具与计算系统之间的通信。套管16也可为激光工具组件的一部分。套管可由金属或陶瓷制成，并且可保护线缆的全部或部分免受井下条件的影响。

计算系统可被配置——例如被编程——以控制激光工具的定位和操作。本说明书中描述了可使用的计算系统的示例。可经由有线或无线连接在计算系统与控制系统之间交换信号。在一些实施方案中，可经由光纤介质在计算系统与控制系统之间交换信号。替代地或另外，控制系统可包括电路或机载计算系统，以实施对激光工具的定位和操作的控制。机载计算系统还可与计算系统32通信。

在一些实施方案中，由激光发生器20输出的激光束具有足以将至少一些岩石加热到其升华点的能量密度。在这点上，激光束的能量密度是激光束输出期间激光发生器的平均功率输出的函数。在一些实施方案中，激光发生器20的平均功率输出处于以下示例范围中的一者或多者内：大于1kW、在1kW与1.5kW之间、在1.5kW与2kW之间、在2kW与2.5kW之间、在2.5kW与3kW之间、在3kW与3.5kW之间、在3.5kW与4kW之间、在4kW与4.5kW之间、在4.5kW与5kW之间、在5kW与5.5kW之间、在5.5kW与6kW之间、在6kW与6.5kW之间或在6.5kW与7kW之间。

在一些实施方案中，激光工具组件的全部或部分可被配置成耐受井眼内的至少一些环境条件。举例来说，激光工具组件的全部或部分可由耐受井眼内的环境条件的材料制成，该环境条件例如井眼内的压力、井眼内的温度、井眼内的振动、井眼内的碎屑和井眼内的流体。构成激光工具组件的部件的材料可包括以下各项中的一种或多种：铁、镍、铬、锰、钼、铌、钴、铜、钛、硅、碳、硫、磷、硼、钨、钢、钢合金、不锈钢或碳化钨。

在一些实施方案中，激光工具组件可包括用以监测井下条件的一个或多个环境传感器或其它传感器。传感器可包括一个或多个温度传感器、一个或多个振动传感器、一个或多个压力传感器，或者这些或其它传感器的某种组合。

在示例实施方案中，激光工具18包括温度传感器，其被配置成测量其当前位置处的温度且输出表示该温度的信号。信号可输出到位于表面上的计算系统。响应于从温度传感器接收到的信号，计算系统可控制系统的操作。举例来说，如果信号指示井下温度大到足以引起井下设备的损坏，则计算系统可指示采取措施。举例来说，可从井眼中取出包括激光工具的全部或一些井下设备。在一些实施方案中，从温度传感器采集的数据可用以监测激光束的强度。此类测量还可用以调整激光束的能量。举例来说，可无线地或经由线缆将信号发送到井下以控制激光发生器的操作。信号可基于由计算系统产生的命令。

在一些实施方案中，传感器信号可指示超过已针对激光工具或井下设备建立的设定点的温度。举例来说，设定点可表示激光工具可耐受而不会过热的最大温度。如果达到设定点，则可关闭激光工具。例如，设定点的值可基于正使用的激光器的类型或用于制造激光工具的材料而变化。设定点的示例包括1000摄氏度(℃)、1200℃、1400℃、1600℃、1800℃、2000℃、2500℃、3000℃、3500℃、4000℃、4500℃、5000℃、5500℃和6000℃。在示例实施方案中，设定点在1425℃与1450℃之间。

举例来说，压力和振动传感器也可输出影响系统操作(例如激光束的能量变化或系统的关闭操作)的传感器读数。

参考图2，在示例操作40中，包括激光发生器的激光工具组件14在井眼中降低(41)到井下。如所描述，可使用盘绕管或缆线使激光工具组件从表面降低。可从表面处的功率源提供(42)操作激光发生器的功率。如所解释，可经由线缆17提供功率。命令可发送到井下且由激光发生器接收(43)。如所解释，命令可由计算系统输出且可指示激光工具的操作和配置。举例来说，命令可指定激光工具的运动、激光工具的定位或激光束的光学功率。响应于命令，激光发生器在井下产生(44)激光束。在一些实施方案中，激光束具有至少一千瓦(1kW)的光学功率。激光束被引导(45)到目标，例如井眼的内表面，以从井眼内切穿结构的至少一部分。举例来说，结构可包括井眼内的岩石、井眼内的金属管或套管、或者井眼内的碎屑。在此背景下，切穿该结构可包括使该结构的全部或部分升华。在图1的示例中，头部围绕枢轴点旋转以在井眼的底部产生圆形图案。举例来说，枢轴点可靠近井眼的纵向轴线与输出激光束的头部的相交点。操作可继续(47)直到激光工具被指示停止为止或直到井下条件需要操作停止为止。

图3示出包括光学组件48的示例激光工具46。图3中示出的示例激光工具18的其它部件包括控制系统49、发生器50和头部51。这些部件可具有与图1的对应部件类似的结构和功能。图3中未示出的图1的部件(例如线缆17和套管16)也可与激光工具46一起使用。类似于激光工具18，激光工具46可从表面接收电功率，并且可从表面处的计算装置接收控制命令。

在示例激光工具46中，发生器50是在井下产生具有各种光束形状的激光束的直接二极管激光器。在此示例中，由发生器50产生的汇聚激光束53具有在4kW到10kW范围内的光学功率。光学组件48被配置成从井眼内接收激光束且朝向岩层或其它目标输出激光束。在此示例中，光学组件48包括可为镜子的反射器52，以从头部51接收激光束且成角度地并朝向光学组件中的其它光学器件引导激光束。在此示例中，其它光学器件包括光学控制透镜54和覆盖透镜55。光学控制透镜被配置(例如，被整形、被布置或同时被整形和布置)以改变激光束的形状。举例来说，光学控制透镜可对激光束进行聚焦、对激光束进行准直或对激光束进行扩散。覆盖透镜55保护光学控制透镜、反射器和可与外壳56一起存在的任何其它光学器件。覆盖透镜不需要影响激光束的大小或形状。

清洗刀58被配置成通过在激光工具的输出端61处或附近排放清洗介质而清理通向激光束目标60的路径。要使用的清洗介质(例如液体或气体)的选择可基于地层的类型或岩石以及与地层相关联的储集区的压力。在一些实施方案中，清洗介质可以是或包括非反应性、非破坏性气体，例如卤烃。清洗喷嘴62被配置成从光学组件内部排出灰尘或蒸气。在一些实施方案中，清洗喷嘴62在外壳56内且被配置成将流体或气体排放到光学组件内的透镜表面上或跨越该表面排放流体或气体。可使用的气体的示例包括空气和氮气。在一些实施方案中，清洗刀58和清洗喷嘴62的组合操作产生用于将激光束从光学组件传输到目标60(例如岩层或套管表面)的无阻碍路径。

控制系统49被配置成使激光工具在井眼内旋转。旋转由箭头64描绘。举例来说，旋转可围绕井眼67的纵向轴线66。在井下激光束输出期间的此旋转可用以烧蚀目标60的内圆周59。举例来说，在井下激光束输出期间的旋转可用以烧蚀井眼的内表面或套管的内表面。旋转速率、旋转程度和旋转次数可通过从表面处的计算系统接收到的命令或通过存储于控制系统内的计算机存储器中的预编程命令来控制。

在操作中，激光发生器50产生由头部51输出的直线激光束53。在图3的示例中，直线激光束竖直地行进到反射器52。反射器52朝向光学控制透镜54引导直线激光束。光学控制透镜54可改变激光束的大小、形状、或大小和形状两者。大小和形状可基于激光工具待执行的操作，例如，使套管穿孔、加热井眼或使岩石升华。如所描述的，覆盖透镜55保护光学组件内的光学器件。举例来说，覆盖透镜可防止碎屑或颗粒不利地影响光学器件。清洗喷嘴62和清洗刀58也可被操作用以保护光学器件、用以冷却光学器件、用于清理光束路径、且用以冷却激光束的目标。为此目的，在与激光束相同的方向上输出清洗介质。可控制激光工具在井眼内旋转以将激光束施加到目标60的内圆周59，如图3中所示。

图4示出包括光学组件71的示例激光工具70。图4中示出的示例激光工具70的其它部件包括控制系统74、发生器75、头部76、反射器77、光学控制透镜78、清洗刀79、清洗喷嘴80和覆盖透镜81。这些部件可具有与图1和3的对应部件类似的结构和功能。图4中未示出的图1的部件(例如线缆和套管)也可与激光工具70一起使用。类似于激光工具18和46，激光工具70可从表面接收电功率，并且可从表面处的计算装置接收控制命令。

在此实施方案中，光学组件71包括光学定向透镜(orientation lens)83。在此示例中，光学定向透镜是光束路径中的第一透镜。因此，光学定向透镜是激光束87在离开激光工具时遇到的第一个透镜。光学定向透镜使激光束的定向从竖直定向变成水平定向。举例来说，激光束的偏振可变化90°。

在此示例中，包括光学组件的激光工具70可围绕如先前所描述的井眼的纵向轴线85旋转。旋转由箭头84在概念上示出。激光工具70还被配置成用于沿着井眼的纵向轴线85平移运动。平移运动由箭头86在概念上示出。举例来说，控制系统74被配置成使包括光学组件的激光工具沿着井眼的纵向轴线85移动。为了实施此类移动，整个激光工具组件可被配置成沿着盘绕管移动或与其一起移动。沿着井眼的纵向轴线的此平移运动——在一些情况下是竖直移动——可被实施以将激光束87施加到目标89(例如井眼或套管的内表面)的竖直带88。在一些实施方案中，激光工具还可在平移移动期间围绕纵向轴线85旋转。旋转和平移移动的此组合可用以处理目标的不同部分。

在本说明书中所描述的示例激光工具可在竖直的井或者完全或部分非竖直的井中操作。举例来说，激光工具可在斜井、水平井或部分水平井中操作，其中水平是相对于地球表面测量的。

示例激光工具可在井下操作以激励井眼。举例来说，激光工具可在井下操作以产生穿过岩层的流体流动路径。可通过控制激光工具以朝向岩层引导激光束来产生流体流动路径。在示例中，激光束的能量密度大到足以使岩层中的至少一些岩石升华。升华包括从固相直接变成气相，而不会首先变成液相。在此示例中，岩石的升华产生穿过岩层的通道或裂缝。可将流体(例如水)引入到那些通道或裂缝中以使岩层断裂，并且由此促使生产流体(例如油)从岩层流动到井眼中。在一些情况下，仅来自激光束的热量就可在地层中产生裂缝，烃类可通过该裂缝流动。因此，可在不使用液体压裂流体(例如水)的情况下实现激励。

示例激光工具可在井下操作以在井眼中的套管中产生开口从而修复固井(cementing)缺陷。在示例中，井眼包括套管，套管被固井在适当位置以加固井眼抵抗岩层。在固井期间，在套管与岩层之间注入水泥浆料。在水泥层中可能出现缺陷，这可能需要补救固井。补救固井可涉及将额外的水泥浆料挤压到套管与岩层之间的空间中。示例激光工具可用以将激光束引导到套管以在固井缺陷上或附近的套管中产生一个或多个开口。开口可为固井工具提供通道以通过开口将水泥浆料挤压到缺陷中。

示例激光工具可在井下操作以在井眼中的套管中产生开口从而为井眼钻井工具提供通道。在示例中，现有的单个井眼被转换为多分支井(multilateral well)。多分支井是具有从主要井眼延伸的一个或多个井眼分支的单个井。为了从现有井眼开始在岩层中钻探分支井(lateral well)，在现有井眼的套管中产生开口。示例激光工具可用以在井眼分支点的所需位置处在套管中产生开口。开口可为钻井设备提供通道以钻探分支井眼。

示例激光工具可在井下操作以在井眼中的套管中产生开口从而实现砂石控制。在井的操作期间，砂石或其它颗粒可能进入井眼，导致生产速率减小或井下设备损坏。示例激光工具可用以在套管中产生砂石筛。举例来说，激光工具可用以通过在套管中产生多个孔来使套管穿孔，这些孔小到足以防止或减少砂石或其它颗粒进入井眼，同时维持生产流体流动到井眼中。

示例激光工具可在井下操作以重新打开阻塞的流体流动路径。在这点上，生产流体通过井眼套管和水泥层中的孔从岩层中的通道或裂缝流动到井眼中。这些生产流体流动路径可能会被生产流体中包含的碎屑堵塞。示例激光工具可用以产生激光束，激光束的能量密度大到足以使流动路径中的碎屑液化或升华，从而允许碎屑与生产流体一起移出。举例来说，激光工具可用以使可能已在套管中的砂石筛周围紧密地填充的砂石或其它颗粒液化或升华，由此重新打开通向井眼中的生产流体流动路径。

示例激光工具可在井下操作以焊接井眼套管或井眼的其它部件。在操作期间，井眼的一个或多个金属部件可能会生锈、结垢(scaled)、被腐蚀、被侵蚀或有其它缺陷。可使用焊接技术修复此类缺陷。激光工具可用以产生激光束，激光束的能量密度大到足以使金属或其它材料液化从而产生焊接。在一些实施方案中，井眼部件材料(例如套管材料)可使用激光工具熔化。所得熔化的材料可例如由于重力而流动经过或进入缺陷，从而在冷却和硬化后覆盖或修复缺陷。在一些实施方案中，激光工具可与将填充物材料提供到缺陷的工具组合使用。激光工具可用以熔化位于缺陷上或附近的一定量的填充物材料。熔化的填充物材料可流动经过或进入缺陷，从而在冷却和硬化后覆盖或修复缺陷。

示例激光工具可在井下操作以加热井眼中的固体或半固体沉积物。在生产井中，固体或半固体物质可沉积在井眼壁上或井下设备上，从而导致井眼或生产设备中的流动减少或引起堵塞。沉积物可以是或包括冷凝物(固化烃类)、沥青质(主要包括碳、氢、氮、氧和硫的固体或半固体物质)、焦油、水合物(困在冰中的烃分子)、蜡、垢(由化学反应引起的沉淀物，例如碳酸钙垢)或砂石。示例激光工具可用以产生激光束，激光束的能量密度大到足以熔化沉积物或足以减小沉积物黏度。液化沉积物可与井眼中存在的生产流体或其它流体一起移出。

在一些实施方案中，激光工具具有小于5.5英寸(约14厘米)的最大横向直径，从而允许激光工具装配在最小直径为5.5英寸的井下管或其它结构内。

示例激光工具及其各种修改的至少一部分可受控于计算机程序产品，例如有形地实施于一个或多个信息形成载体中的计算机程序。信息载体包括一个或多个有形的机器可读存储介质。计算机程序产品可由数据处理设备执行。数据处理设备可以是可编程处理器、计算机或多个计算机。

计算机程序可以由包括编译或解译语言的任何形式的编程语言编写。计算机程序可按任何形式部署，包括作为单独程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在多个计算机上执行。一个计算机或多个计算机可在一个站点处或跨越多个站点分布且通过网络互连。

与实施系统相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行。系统的全部或部分可被实施为专用逻辑电路系统，例如现场可编程门阵列(FPGA)、或ASIC专用集成电路(ASIC)、或这两者。

适合于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储区域或随机接入存储区域或这两者接收指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区域装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大容量存储装置，例如磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦合以从该一个或多个机器可读存储介质接收数据，或将数据传输到该一个或多个机器可读存储介质，或进行这两种操作。适于实现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，包括例如半导体存储区域装置(例如EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、和快闪存储区域装置)、磁盘(例如内部硬盘或可移动磁盘)、磁光盘、以及CD-ROM(只读光盘存储器)和DVD-ROM(数字多功能光盘只读存储器)。

所描述的不同实施方案的元件可组合以形成先前未具体阐述的其它实施方案。可从所描述的系统中省去元件而不会对其操作或总体上对整个系统的操作产生不良影响。此外，各种单独元件可组合成一个或多个单独元件以执行本说明书中所描述的功能。

在本说明书中未具体描述的其它实施方案也在所附权利要求的范围内。

要求保护的方案如权利要求所记载。

Claims (22)

1.一种激光工具，其被配置成在井眼内操作，所述激光工具包括：

发生器，所述发生器用以产生激光束，所述发生器被配置成装配在所述井眼内，耐受所述井眼内的至少一些环境条件，并且从所述井眼内产生所述激光束，所述激光束具有至少一千瓦(1kW)的光学功率；以及

控制系统，所述控制系统用以控制所述激光工具的至少一部分的移动以使得所述激光束在所述井眼内移动。

2.根据权利要求1所述的激光工具，其中所述发生器包括用以输出所述激光束的头部，所述控制系统被配置成使所述头部围绕枢轴点旋转以在所述井眼的井下产生圆形图案。

3.根据权利要求1所述的激光工具，其进一步包括：

光学组件，所述光学组件被配置成装配在所述井眼内，从所述井眼内接收所述激光束，并且朝向目标输出所述激光束。

4.根据权利要求2所述的激光工具，其中所述光学组件能在所述井眼内旋转，并且其中所述光学组件的旋转围绕所述井眼的纵向轴线。

5.根据权利要求2所述的激光工具，其中所述光学组件能沿着所述井眼的纵向轴线移动。

6.根据权利要求2所述的激光工具，其中所述光学组件包括：

反射器，所述反射器用以改变所述激光束的方向；以及

一个或多个透镜，所述一个或多个透镜用以在输出之前对所述激光束进行整形。

7.根据权利要求6所述的激光工具，其中对所述激光束进行整形包括对所述激光束进行聚焦。

8.根据权利要求6所述的激光工具，其中对所述激光束进行整形包括对所述激光束进行准直。

9.根据权利要求6所述的激光工具，其中对所述激光束进行整形包括对所述激光束进行扩散。

10.根据权利要求6所述的激光工具，其进一步包括：

清洗刀，所述清洗刀相对于所述激光束成角度地倾斜，所述清洗刀被配置成在所述激光束的方向上输出清洗介质。

11.根据权利要求10所述的激光工具，其中所述清洗介质包括惰性气体。

12.根据权利要求10所述的激光工具，其中所述清洗介质包括液体。

13.根据权利要求6所述的激光工具，其中所述一个或多个透镜包括：

光学控制透镜，所述光学控制透镜用以控制所述激光束的大小或形状中的至少一者；以及

覆盖透镜，所述覆盖透镜用以至少保护所述控制透镜。

14.根据权利要求13所述的激光工具，其中所述一个或多个透镜包括定向透镜，所述定向透镜用以使所述激光束的定向在竖直定向与水平定向之间变化；并且

其中所述覆盖透镜还保护所述定向透镜。

15.根据权利要求1所述的激光工具，其中所述至少一些环境条件包括所述井眼内的温度、压力、振动或材料组成中的至少一者。

16.根据权利要求1所述的激光工具，其中所述发生器包括直接二极管激光器。

17.一种方法，其包括：

使激光发生器在井眼中降低到井下；

使用所述激光发生器以在井下产生激光束，所述激光束具有至少一千瓦(1kW)的光学功率；以及

将所述激光束引导到所述井眼的内表面以从所述井眼内切穿结构的至少一部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述激光发生器包括用以输出所述激光束的头部；并且

其中所述方法包括使所述头部围绕枢轴点旋转以在所述井眼的底部产生圆形图案。

19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：

使光学组件连同所述激光发生器一起在所述井眼中降低到井下，所述光学组件用于引导所述激光束。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使所述光学组件在所述井眼内旋转；

其中所述光学组件的旋转围绕所述井眼的纵向轴线。

21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括沿着所述井眼的纵向轴线平移所述光学组件。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述光学组件包括：

镜子，所述镜子用以改变所述激光束的方向；以及

一个或多个透镜，所述一个或多个透镜用以在输出之前对所述激光束进行整形。

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