MX2011001908A - Metodo y sistema para hacer avanzar un pozo de perforacion utilizando un laser de potencia alta. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema, aparato y método para la perforación láser de un orificio de pozo en la tierra; adicionalmente se proporciona en el sistema un medio para suministrar energía láser de potencia alta hacia abajo a una perforación de pozo profundo, mientras se mantiene la potencia alta para hacer avanzar dicha profundidad de pozos de perforación en la tierra y a índices de avance altamente eficientes, un ensamble de pozo de fondo láser, y técnicas y ensambles de dirección de fluido para remover el material desplazado del pozo de perforación.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA HACER AVANZAR UN POZO DE PERFORACIÓN UTILIZANDO UN LÁSER DE POTENCIA ALTA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta solicitud reclama el beneficio de prioridad de las solicitudes provisionales: número de serie 61/090,384 que se presentó el 20 de agosto de 2008, titulada System and Methods for Borehole Drilling; número de serie 61/102,730 presentada el 3 de octubre de 2008, titulada Systems and Methods to Optically Pattern Rock to Chip Rock Formations; número de serie 61/106,472 presentada el 17 de octubre de 2008, titulada Transmission of High Optical Power Levéis via Optical Fibers for Applications such as Rock Drilling and Power Transmission; y número de serie 61/153,271 presentada el 17 de febrero de 2009, titulada Method and Apparatus for an Armored High Power Optical Fiber for Providing Boreholes in the Earth, las descripciones de las cuales están incorporadas den la presente descripción como referencia.

La presente invención se refiere a métodos, aparatos y sistemas para suministrar avance de perforación de pozos utilizando energía láser de potencial alta que es suministrada a grandes distancias, mientras que se mantiene la potencia de la energía láser para realizar las tareas deseadas. En particular, la presente invención se refiere a proporcionar energía láser de alta potencia para crear y hacer avanzar un pozo de perforación en la tierra y realizar otras tareas en el pozo de perforación.

La presente invención es útil con y puede emplearse en conjunto con los sistemas, aparatos y métodos que se describen con mayor detalle en la Solicitud de Patente co-pendiente de E.UA No. de serie 12/544,136, titulada Method and Apparatus for Delivering High Power Láser Energy Over Long Distances, la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 12/544,038, titulada Apparatus for Advancing a Wellbore using High Power Láser Energy, la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 12/544,094, titulada Methods and Apparatus for Delivering High Power Láser Energy to a Surface, y la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 12/543,968, titulada Methods and Apparatus for Removal and Control of Material in Láser Drilling of a Borehole, presentada en forma contemporánea con la misma, las descripciones de las cuales están incorporadas en su totalidad a la presente descripción como referencia.

En general, los pozos de perforación se han formado sobre la superficie de la tierra y la tierra, es decir, el suelo, para tener acceso a recursos que están localizados en y debajo de la superficie. Dichos recursos podrían incluir hidrocarburos, tales como petróleo y gas natural, agua y fuentes de energía geotérmica, incluyendo pozos hidrotérmicos. Los pozos de perforación también se han formado en la tierra para estudiar, tomar muestras y explorar materiales y formaciones que están localizadas debajo de la superficie. Estos también se han formado en la tierra para crear pasajes para la colocación de cables y otros artículos similares debajo de la superficie de la tierra.

El término pozo de perforación incluye cualquier abertura que es creada en la tierra que es substancialmente más larga que su ancho, tal como un pozo, una perforación de pozo, un orificio de pozo y otros términos utilizados comúnmente o conocidos en la técnica para definir estos tipos de pasajes largos estrechos en la tierra. Aunque los pozos de perforación generalmente están orientados de manera substancial verticalmente, éstos también pueden estar orientados sobre un ángulos desde la vertical, hacia e incluyendo la horizontal. Por consiguiente, utilizando una linea de nivel como representando la orientación horizontal, un pozo de perforación puede variar en orientación de 0°, es decir, un pozo de perforación vertical, hasta 90°, es decir un pozo de perforación horizontal y mayor que 90, por ejemplo, tal como un paso lento. Los pozos de perforación adicionalmente pueden tener segmentos o secciones que tienen orientaciones diferentes, estas pueden ser arqueadas, y pueden tener otras formas que se encuentran comúnmente cuando se emplea la perforación de dirección. Por consiguiente, como se utilizan en la presente descripción a menos que sea provisto en forma expresa de otra forma, el "fondo" del pozo de perforación, la superficie "inferior" del pozo de perforación y los términos similares se refieren al extremo del pozo de perforación, es decir, aquella porción del pozo de perforación más lejana a lo largo de la trayectoria del pozo de perforación desde la abertura del pozo de perforación, la superficie de la tierra, o el inicio del pozo de perforación.

Hacer avanzar un medio de perforación de pozo es incrementar la longitud del pozo de perforación. Por consiguiente, haciendo avanzar una perforación de pozo, aquel diferente del horizontal, la profundidad del pozo de perforación también se incrementa. Los pozos de perforación generalmente se forman y hacen avanzar utilizando equipo de perforación mecánico que tiene una broca de perforación giratoria. La broca de perforación se extiende hacia y dentro de la tierra y se hace girar para crear un orificio en la tierra. En general, para realizar la operación de perforación se utiliza una herramienta con punta de diamante. Esa herramienta debe forzarse contra la roca o tierra a ser cortadas con una fuerza suficiente para exceder la fuerza de corte de ese material. Por consiguiente, en la actividad de perforación convencional, deben aplicarse las fuerzas mecánicas que exceden la fuerza de corte de la roca o tierra. El material que es cortado de la tierra generalmente se conoce como cortes, es decir, desperdicio, el cual puede ser pedacitos de roca, polvo, fibras de roca y otros tipos de materiales y estructuras que pueden ser creados por las interacciones térmicas o mecánicas con la tierra. Estos cortes normalmente son removidos del pozo de perforación mediante el uso de fluidos, duchos fluidos pueden ser líquidos, espumas o gases.

Además de hacer avanzar el pozo de perforación, se realizan otras actividades en o relacionadas con la formación de pozo de perforación, tal como, trabajar y completar actividades. Estos tipos de actividades podrían incluir, por ejemplo, el corte y perforación de cubierta y la remoción de un tapón de pozo. La cubierta del pozo, o cubierta se refiere a los tubulares u otros materiales que son utilizados para aplicar un recubrimiento a un pozo de perforación. Un tapón de pozo es una estructura, o material que se coloca en un pozo de perforación para llenar y bloquear el pozo de perforación. Un tapón de pozo pretende evitar o restringir que los materiales fluyan en el pozo de perforación.

Normalmente, la perforación, es decir, la actividad de perforación, involucra el uso de una herramienta de perforación para crear aberturas, por ejemplo, ventanas o una porosidad en el recubrimiento y el pozo de perforación para permitir la búsqueda después de que el recurso fluye dentro del pozo de perforación. Por consiguiente, los lados de perforación del pozo de perforación para crear dichas aberturas o porosidades.

Las formas convencionales mencionadas anteriormente para formar y hacer avanzar un pozo de perforación son denominadas como técnicas mecánicas o técnicas de perforación mecánicas, debido a que requieren una interacción mecánica entre el equipo de perforación, por ejemplo, la broca de perforación o la herramienta de perforación, y la tierra o recubrimiento para transmitir la fuerza necesaria para cortar la tierra o recubrimiento.

Se ha teorizado que los rayos láser podrían adaptarse para utilizarse para formar y hacer avanzar un pozo de perforación. Por consiguiente, se ha teorizado que la energía láser de una fuente láser podría utilizarse para cortar roca y tierra a través de astillado, disociación térmica, fundición, vaporización y combinaciones de estos fenómenos. La fundición involucra la transición de roca y tierra desde un estado sólido a un liquido. La vaporización involucra la transición de roca y tierra de cualquier estado sólido o liquido a un estado gaseoso. El astillado involucra la fragmentación de roca a partir de los efectos de esfuerzo inducidos por calor localizado. La disociación térmica involucra la ruptura de los enlaces químicos en el nivel molecular.

Hasta la fecha, se considera que nadie ha tenido éxito al desarrollar e implementar estas teorías de perforación por rayo láser para proporcionar un aparato, método y sistema que puede hacer avanzar un pozo de perforación a través de la tierra utilizando un láser, o realizar perforaciones en un pozo utilizando un rayo láser. Adicionalmente, hasta la fecha se considera que nadie ha desarrollado los parámetros y el equipo necesarios para cumplir con esos parámetros, para el corte y remoción efectivos de rocas y tierra del fondo de un pozo de perforación utilizando un rayo láser, ni tampoco, alguien ha desarrollado los parámetros y equipo necesarios para cumplir con esos parámetros para la perforación efectiva de un pozo utilizando un rayo láser. Adicionalmente, se considera que nadie ha desarrollado los parámetros, equipo o métodos necesarios para hacer avanzar un pozo de perforación profundo en la tierra, hasta profundidades que exceden aproximadamente 300 pies (0.09 km), 500 pies (0.15 km), 1000 pies (0.30 km), 3,280 pies (1 km), 9,840 pies (3 km) y 16,400 pies (5 km), utilizando una rayo láser. En particular, se considera que nadie ha desarrollado los parámetros, equipos o métodos no ha implementado el suministro de energía láser de potencia altas, es decir, que excede 1 kW o más para hacer avanzar un pozo de perforación dentro de la tierra.

Aunque la perforación mecánica ha avanzado y es eficiente en muchos tipos de formaciones geológicas, se considera que un medio altamente eficiente para crear pozos de perforación a través de formaciones geológicas más duras, tales como basalto y granito, todavía se tiene que desarrollar. Por consiguiente, la presente invención proporciona soluciones a esta necesidad proporcionando parámetros, equipo y técnicas para utilizar un rayo láser para hacer avanzar una perforación de pozo en una forma altamente eficiente a través de formaciones de roca más duras, tales como basalto y granito.

El ambiente y grandes distancias que están presentes dentro de un pozo de perforación en la tierra pueden ser muy ásperos y demandantes sobre las fibras ópticas, ópticas y empaques. Por consiguiente, existe una necesidad de métodos y un aparato para el despliegue de fibras ópticas, ópticas y empaque dentro de un pozo de perforación, y en particular, los pozos de perforación muy profundos, que permitirán que éstos y todos los componentes asociados soporten y resistan la suciedad, presión y temperatura presentes en el pozo de perforación y superan o mitigan las pérdidas de potencia que ocurren cuando transmite rayos láser de potencia alta sobre distancias largas. La presente invención se dirige a estas necesidades proporcionando un medio de transmisión de rayo láser de alta potencia a gran distancia.

Ha sido deseable, aunque la presente invención considera que no se ha obtenido nunca, suministrar un rayo láser de potencia alta sobre una distancia dentro de pozo de perforación mayor que aproximadamente 300 pies (0.09 km), de aproximadamente 500 pies (0.15 km), aproximadamente 1000 pies (0.30 km), aproximadamente 3,280 pies (1 km), aproximadamente 9,8430 (3 km) y aproximadamente 16,400 pies (5 km) debajo de una fibra óptica en un pozo de perforación, para reducir al mínimo las pérdidas de potencia óptica debido al fenómeno no lineal. Por consiguiente, la transmisión eficiente de potencia alta desde el punto A al punto B en donde la distancia entre el punto A y el punto B dentro de un pozo de perforación es mayor de aproximadamente 1 ,640 pies (0.5 km) se ha deseado desde hace mucho, aunque antes de la presente invención se considera no haberse obtenido nunca y se considera de manera específica no haberse obtenido nunca en una actividad de perforación de pozo de perforación.

Un equipo de perforación convencional, la cual suministra potencia desde la superficie a través de medios mecánicos, debe crear una fuerza sobre la roca que excede la fuerza de corte de la roca que está siendo perforada. Aunque se ha mostrado un rayo láser para fragmentar y picar de manera efectiva dichas rocas duras en el laboratorio bajo condiciones de laboratorio, y se ha teorizado que un rayo láser podría cortar rocas duras a índices netos superiores que la perforación mecánica, hasta la fecha se ha considerado que nadie ha desarrollados los aparatos, sistemas o métodos que podrían permitir el suministro del rayo láser al fondo de un pozo de perforación que es mayor que aproximadamente 1 ,640 pies (0.5 km) en profundidad con potencia suficiente para cortar dichas rocas duras, permitiendo que se corte dichas rocas duras a índices que fueron equivalentes con y más rápidos que la perforación mecánica convencional. Se considera que esta falla de la técnica fue un problema fundamental y que ha durado mucho para el cual, la presente invención proporciona una solución.

Por consiguiente, la presente invención se orienta y proporciona soluciones a estas y otras necesidades en las técnicas de perforación, entre otras cosas: deteriorando la coherencia del fenómeno de Dispersión de Brillioun Estimulada (SBS), por ejemplo, un fuente láser con ancho de banda ensanchado, tal como un rayo láser modulado FM o un rayo espectral de fuentes láser combinadas, para suprimir la SBS, lo cual permite la transmisión de potencia alta hacia abajo una fibra óptica larga >1000 pies (0.30 km); el uso de una fibra de rayo láser, disco láser, o láser semiconductor de luminosidad alta para perforar roca con el ancho de banda ensanchado para permitir el suministro eficiente de potencia alta por medio de una fibra óptica larga > 1000 pies (0.30 km); el uso de fuentes láser de arreglo en fase con su ancho de banda ensanchado para suprimir la Ganancia de Brillioun Estimulada (SBG) para transmisión de potencia bajo fibras que son de >1000 pies (0.30 km) de longitud, una técnica para embobinar la fibra que permite que la fibra sea alimentada desde el eje central de la bobina mediante una rayo láser mientras que la bobina está girando; un método para embobinar la fibra sin tener que utilizar un componente mecánicamente móvil; un método para combinar fibras múltiples en una cubierta única con la capacidad de soportar las presiones hacia abajo del orificio; el uso de una fibra flotante para soportar el peso de la fibra, una cabeza de láser y el embalaje hacia debajo de un orificio de perforación; el uso de micro-lentes, ópticas esféricas, axicons u ópticas de difracción para crear un patrón previamente determinado sobre la roca para lograr eficiencias de perforación superiores; y el uso de un motor de calor o una adecuación de celda fotovoltaica para volver a convertir la potencia óptica en potencia eléctrica después de transmitir la potencia > 1000 pies (0.30 km) por medio de una fibra óptica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es deseable desarrollar sistemas y métodos que proporcionan el suministro de energía láser de potencia alta al fondo de un pozo de perforación profundo para hacer avanzar ese pozo de perforación a un índice de costo efectivo, y en particular, tener la capacidad de suministrar dicha energía láser de potencia alta para perforar a través de las formaciones de capa de roca que incluyen granito, basalto, piedra arenisca, dolomita, arena, sal, piedra caliza, riolita, cuarcita y roca esquisto a un índice de costo efectivo. Más particularmente, es deseable desarrollar sistemas y métodos que proporcionan la capacidad de suministrar dicha energía láser de potencia alta para perforar a través de formaciones de capa de roca dura, tales como granito y basalto, a un índice que es superior a las operaciones de perforación mecánicas convencionales. La presente invención, entre otras cosas, resuelve estas necesidades proporcionando el sistema, aparato y métodos enseñados en la presente descripción.

Por consiguiente, se proporciona un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizar en asociación con una equipo de perforación, una grúa de perforación, una plataforma de rechazo o una grúa de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación, en roca dura, el sistema comprende: una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser teniendo la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos de 10 kW de potencia, por lo menos aproximadamente 20 kW de potencia o más; un ensamble de fondo de pozo, el ensamble de fondo de pozo teniendo un ensamble óptico, el ensamble óptico configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado a una superficie del pozo de perforación y el ensamble óptico configurado para proporcionar un patrón de disparo láser previamente determinado; un medio para hacer avanzar el ensamble de fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación; un cable de transmisión láser de potencia alta hacia abajo del pozo, el cable de transmisión teniendo una longitud de por lo menos aproximadamente 154.2 metros, por lo menos aproximadamente 304.8 metros, por lo menos aproximadamente 914.4 metros, por lo menos aproximadamente 1 ,219.2metros o más; el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con la fuente láser; y el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble del fondo del pozo.

Adicionalmente, se proporciona un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizarse en asociación con una equipo de perforación, plataforma de perforación, plataforma de desecho, grúa de perforación o plataforma de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación, el sistema comprende: una fuente de energía láser de potencia alta; la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 5 kW, por lo menos aproximadamente 10 kW, por lo menos aproximadamente 15 kW y por lo menos aproximadamente 20 kW o más de potencia; la fuente láser comprende por lo menos un rayo láser; un ensamble de fondo de pozo; configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado de energía láser a una superficie del pozo de perforación; configurado para proporcionar un patrón de disparo láser previamente determinado; que comprende un ensamble óptico; y, que comprende un medio para remover mecánicamente el material de pozo de perforación; un medio para hacer avanzar el ensamble de fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación; una fuente de fluido para utilizar la hacer avanzar un pozo de perforación; un cable de transmisión láser de potencia alta del fondo del pozo, el cable de transmisión teniendo una longitud de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con la fuente láser; el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble óptico; y, el ensamble del fondo del pozo en comunicación de fluido con la fuente de fluido; mediante lo cual la energía láser de potencia alta puede ser provista a una superficie de un pozo de perforación que se localiza dentro del pozo de perforación por lo menos a 304.8 metros desde la abertura del pozo de perforación.

Todavía adicionalmente se proporciona un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizarse en asociación con un equipo de perforación, plataforma de perforación, torre de perforación, una plataforma de desecho o una equipo de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación, el sistema comprende: una fuente de energía láser de potencia alta; un ensamble de fondo del pozo; el ensamble de fondo del pozo teniendo un ensamble óptico; el ensamble óptico configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía a una superficie del pozo de perforación; y , el ensamble óptico configurado para proporcionar un patrón de disparo láser; que comprende un medio para dirigir un fluido; un medio para hacer avanzar el ensamble de fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación, una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar el pozo de perforación; un cable de transmisión láser de potencia alta del fondo del pozo; el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con la fuente láser; el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble del fondo del pozo; y , el medio para dirigir en comunicaciones de fluido con la fuente de fluido; en donde el sistema tiene la capacidad de cortar, astillar, o picar de roca al iluminar una superficie del pozo de perforación con energía láser y remover el material de desperdicio creado a partir de dicho corte, astillado o picado, desde el pozo de perforación y el área de iluminación láser mediante la acción de los medios de dirección. En donde los medios para dirección pueden ser, uno o más de y combinaciones de un amplificador de fluido, un puerto de salida, un medio de dirección de gas, un medio de dirección de fluido y un cuchilla de aire.

Adicionalmente, se proporciona un ensamble láser de fondo de pozo que comprende: un primer alojamiento giratorio; un segundo alojamiento fijo; el primer alojamiento estando asociado en forma giratoria con el segundo alojamiento; un cable de fibra óptica para transmitir un rayo láser, el cable teniendo un extremo próximo y un extremo distal, el extremo próximo adaptado para recibir un rayo láser desde una fuente láser, el extremo distal, asociado en forma óptica con un ensamble óptico; por lo menos una porción del ensamble óptico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante el cual la porción fija gira con el primer alojamiento; un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, la porción fija gira con el primer alojamiento; un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, el ensamble gira con el primer alojamiento y tiene la capacidad de aplicar fuerzas mecánicas a una superficie de un pozo de perforación a partir de la rotación; y, una trayectoria de fluido asociada con el primer y segundo alojamiento, la trayectoria de fluido teniendo una abertura distal y próxima, la abertura distal adaptada para descargar el fluido hacia la superficie del pozo de perforación, mediante lo cual el fluido para la remoción de material de desperdicio es transmitidos por la trayectoria de fluido y es descargado desde la abertura distal hacia la superficie del pozo de perforación para remover el material de desperdicio del pozo de perforación.

Adicionalmente, se proporciona un ensamble láser de fondo de pozo que comprende: un primer alojamiento giratorio; un segundo alojamiento fijo; el primer alojamiento siendo asociado en forma giratoria con el segundo alojamiento; un ensamble óptico, el ensamble teniendo una primera porción y una segunda porción; un cable de fibra óptica para transmitir un rayo láser, el cable teniendo un extremo próximo y un extremo distal, el extremo próximo adaptado para recibir un rayo láser desde una fuente láser, el extremo distal asociado en forma óptica con el ensamble óptico, los extremos de fibra próximo y distal fijos al segundo alojamiento; la primera porción del ensamble óptico fijo al primer alojamiento giratorio; la segunda porción del ensamble óptico fija al segundo alojamiento fijo, mediante lo cual, la primera porción del ensamble óptico gira con el primer alojamiento; un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual el ensamble gira con el primer alojamiento y tiene la capacidad de aplicar fuerzas mecánicas a una superficie de un pozo de perforación a partir de rotación; y, una trayectoria de fluido asociada con el primer y segundo alojamientos, la trayectoria de fluido teniendo una abertura próxima y una distal, la abertura distal adaptada para descargar el fluido hacia la superficie del pozo de perforación, la abertura distal fija al primera alojamiento giratorio, mediante el cual, el fluido para remoción de material de desperdicio es transmitido por la trayectoria de fluido y descargada desde la abertura distal hacia la superficie del pozo de perforación para remover el material de desperdicio del pozo de perforación; en donde a partir de la rotación del primer alojamiento, la primera porción del ensamble óptico, el ensamble mecánico y la abertura de fluido próxima gran substancialmente en forma simultánea.

Adicionalmente, se proporciona un ensamble láser de fondo del pozo que comprende: un alojamiento; un medio para proporcionar un rayo láser de potencia alta; un ensamble óptico, el ensamble óptico proporcionando una trayectoria óptica sobre la cual se desplaza el rayo láser; y, un flujo de aire y cámara para crear un área de presión alta a lo largo de la trayectoria óptica; y un flujo de aire a través de un alojamiento del ensamble de fondo del pozo con puestos que funcionan como un bombeo por aspiración para la remoción de material de desperdicio del área de presión alta.

Adicionalmente, estos sistemas y ensambles pueden adicionalmente tener ópticas láser giratorias, un dispositivo de interacción mecánica giratorio, un medio de suministro de fluido giratorio, uno o los tres de estos dispositivos giran juntos, la óptica que conforma el rayo, los alojamientos, un medio para dirigir un fluido para la remoción de material de desperdicio, un medio para mantener una trayectoria láser libre de escombros, un medio para reducir la interferencia de material de desperdicio con el rayo láser, óptica que comprende un explorador digital; un dispositivo mecánico a distancia, un dispositivo cónico a distancia, un ensamble mecánico que comprende un taladro de perforación, un ensamble mecánico que comprende una broca de perforación de tres conos, un ensamble mecánico que comprende una broca PDC, una herramienta PDC o una herramienta de corte PDC.

Todavía adicionalmente, se proporciona un sistema para crear un pozo de perforación en la tierra que tiene una fuente láser de potencia alta, un ensamble del fondo del pozo, y una fibra que conecta en forma óptica la fuente láser con el ensamble de fondo del pozo, de manera que una rayo láser de la fuente láser es transmitido al ensamble de fondo del pozo, el ensamble de fondo del pozo comprende: un medio para proporcionar el rayo láser a una superficie del fondo del pozo de perforación; los medios de suministro comprenden óptica de deposición de potencia láser; en donde el rayo láser como es suministrado desde el ensamble de fondo del pozo ilumina la superficie del fondo del pozo de perforación con un perfil de deposición de energía substancialmente uniforme.

Todavía se proporciona adicionalmente un método para avanzar en un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: hacer avanzar un medio de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro de un pozo de perforación; el pozo de perforación teniendo una superficie de fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; los medios de transmisión comprenden un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal siendo avanzado hacia abajo del pozo de perforación; los medios de transmisión comprenden un medio para transmitir energía láser de potencia alta; proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; transmitir substancialmente toda la potencia del rayo láser hacia abajo en la longitud del medio de transmisión de manera que el rayo sale del extremo distal; transmitir el rayo láser desde el extremo distal a un ensamble óptico en un ensamble láser del fondo del pozo, el ensamble láser del fondo del pozo dirigiendo el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación; y, proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado al fondo del pozo de perforación; mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación se incrementa, en parte con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación.

Adicionalmente, se proporciona un método para remover los residuos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: dirigir un rayo láser que comprende una longitud de onda, y que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 10 kW, hacia debajo de un pozo de perforación y hacia una superficie de un pozo de perforación; la superficie siendo de por lo menos 304.8 metros dentro del pozo de perforación; el rayo láser iluminando un área de la superficie; el rayo láser desplazando el material de la superficie en el área de iluminación; dirigiendo un fluido dentro del pozo de perforación y a la superficie del pozo de perforación; el fluido siendo substancialmente transmisor a la longitud de onda láser; el fluido dirigido que tiene una primera y una segunda trayectoria de flujo; el fluido fluyendo en la primera trayectoria de flujo removiendo el material desplazado desde el área de iluminación a un índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser del área de iluminación; y, el fluido que fluye en la segundo trayectoria de flujo removiendo el material desplazado del pozo de perforación. Adicionalmente, el método anterior puede también tener el área de iluminación girada, el fluido en la primera trayectoria de flujo dirigido en la dirección de la rotación, el fluido en la primera trayectoria de flujo de fluido dirigido en una dirección opuesta de la rotación, una tercera trayectoria de flujo de fluido, la tercera trayectoria de flujo de fluido y la primera trayectoria de flujo de fluido en una dirección opuesta a la dirección de rotación, el fluido dirigido directamente en el área de iluminación, el fluido en la primera trayectoria de flujo dirigida cerca del área de iluminación, y el fluido en la primera trayectoria de flujo de fluido dirigido cerca del área de iluminación, cuya área está delante de la rotación.

Todavía adicionalmente se proporciona un método para remover residuos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: dirigir un rayo láser que tiene por lo menos aproximadamente 10 kW de potencia hacia una superficie del pozo de perforación; iluminando un área de la superficie del pozo de perforación; desplazar el material del área de iluminación; proporcionar un fluido, dirigir el fluido hacia una primera área dentro del pozo de perforación; dirigir el fluido hacia una segunda área; el fluido dirigido removiendo el material desplazado del área de iluminación a un Índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser; y, el fluido que remueve el material desplazado forma el pozo de perforación. Este método también puede tener adicionalmente la primera área como el área de iluminación, la segunda área sobre una pared lateral de un ensamble de fondo del pozo, la segunda área cerca de la primera área y la segunda área localizada sobre una superficie del fondo del pozo de perforación, la segunda área cerca de la primera área cuando la segunda área está localizada sobre una superficie del fondo del pozo de perforación, un primer fluido dirigido al área de iluminación y un segundo fluido dirigido a la segunda área, el primer fluido como nitrógeno, el primer fluido como un gas, el segundo fluido como un líquido, y el segundo fluido como un liquido acuoso.

Todavía adicionalmente se proporciona un método para remover residuos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: dirigir un rayo láser hacia una superficie del pozo de perforación; iluminar un área de la superficie del pozo de perforación; desplazar el material desde el área de iluminación; proporcionar un fluido; dirigir el fluido en una primera trayectoria hacia una primera área dentro del pozo de perforación; dirigir el fluido en una segunda trayectoria hacia una segunda área; amplificar el flujo del fluido en la segunda trayectoria; el fluido dirigido removiendo el material desplazado desde el área de iluminación a un índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser; y el fluido amplificado removiendo el material desplazado del pozo de perforación.

Además, se proporciona un ensamble láser de fondo del pozo para perforar un pozo de perforación en la tierra, que comprende: un alojamiento; óptica para conformar un rayo láser; una abertura para suministrar un rayo láser para iluminar la superficie de un pozo de perforación; una primera abertura de fluido en el alojamiento; una segunda abertura de fluido en el alojamiento; y, la segunda abertura de fluido comprendiendo un amplificador de fluido.

Todavía adicionalmente, un sistema de perforación láser de potencia alta para hacer avanzar un pozo de perforación es provista comprendiendo: una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser, un ensamble de tubería, el ensamble de tubería que tiene por lo menos 154.2 metros de tubería, que tiene un extremo distal y un extremo próximo; una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar un pozo de perforación; el extremo próximo de la tubería estando en comunicación de fluido con la fuente del fluido, mediante lo cual, el fluido es transportado en asociación con la tubería desde el extremo próximo de la tubería al extremo distal de la tubería; el extremo distal de la tubería estando en comunicación óptica con la fuente láser, medíante lo cual, el rayo láser puede ser transportado en asociación con la tubería; la tubería comprende un cable de transmisión láser de potencia alta, el cable de transmisión teniendo un extremo distal y un extremo próximo, el extremo distal estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser es transmitido por el cable desde el extremo próximo al extremo distal del cable; y, un ensamble láser de fondo del pozo en comunicación óptica y de fluido con el extremo distal de la tubería; y, el ensamble láser de fondo del pozo comprendiendo; un alojamiento; un ensamble óptico; y, una abertura para dirigir el fluido. Este sistema puede ser complementado también teniendo la abertura de dirección de fluido como un cuchilla de aire, el fluido dirigiendo la abertura como un amplificador de fluido, la abertura que dirige el fluido es un amplificador de aire, una pluralidad de aparatos de dirección de fluido, el ensamble de fondo del pozo comprende una pluralidad de aberturas para dirigir el fluido, el alojamiento comprende un primer alojamiento y un segundo alojamiento; la abertura que dirige el fluido localizada en el primer alojamiento, y un medio para hacer girar el primer alojamiento, tal como un motor.

También se proporciona adicionalmente un sistema de perforación láser de potencia alta para hacer avanzar un pozo de perforación que comprende: una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser, un ensamble de tubería, el ensamble de tubería teniendo por lo menos 152.4 metros de tubería, que tiene un extremo distal y un extremo próximo; una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar el pozo de perforación; el extremo próximo de la tubería estando en comunicación de fluido con la fuente de fluido, mediante el cual, el fluido es transportado en asociación con la tubería desde el extremo próximo de la tubería al extremo distal de la tubería; el extremo próximo de la tubería estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser puede ser transportado en asociación con la tubería; la tubería comprendiendo un cable de transmisión láser de potencia alta, el cable de transmisión teniendo un extremo distal y un extremo próximo, el extremo próximo estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual el rayo láser es trasmitido por el cable desde el extremo próximo al extremo distal del cable; y, un ensamble láser de fondo del pozo en comunicación óptica y de fluido con el extremo distal de la tubería; y un medio de dirección de fluido para la remoción del material de desperdicio.

Además, dichos sistemas pueden adicionalmente tener el medio de dirección de fluido localizado en el ensamble láser de fondo del pozo, el ensamble láser de fondo del pozo teniendo un medio para reducir la interferencia del material de desperdicio con el rayo láser, el ensamble láser de fondo del pozo con ópticas láser de rotación el ensamble láser del fondo del pozo con óptica láser de rotación y medios que dirigen el fluido giratorio.

Un experto en la materia reconocerá, con base en las enseñanzas establecidas en estas especificaciones y dibujos, que existen diversas modalidades e implementaciones de estas enseñanzas para practicar la presente invención. Por consiguiente, las modalidades en esta breve descripción no pretenden limitar estas enseñanzas en sentido alguno.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 , es una vista en sección transversal de la tierra, un pozo de perforación y un ejemplo de un sistema de la presente invención para hacer avanzar un pozo de perforación.

La figura 2, es una vista de una bobina.

Las figuras 3A y 3B, son vistas de un pote.

La figura 4, es un diagrama esquemático para una configuración de rayos láser.

La figura 5, es un diagrama esquemático para una configuración de rayos láser.

La figura 6, es un corte en perspectiva de una bobina y un acoplador óptico giratorio.

La figura 7, es un diagrama esquemático de un amplificador de fibra láser.

La figura 8, es un corte en perspectiva de un ensamble de fondo del pozo.

La figura 9, es una vista en sección transversal de una porción de un LBHA.

La figura 10, es una vista en sección transversal de una porción de un LBHA.

La figura 1 1 , es un LBHA La figura 12, es una vista en perspectiva de una salida de fluido.

La figura 13, es una vista en perspectiva de una salida de fluido de cuchilla de aire.

La figura 14A, es una vista en perspectiva de un LBHA.

La figura 14B, es una vista en sección transversal del LBHA de la figura 14A tomado a lo largo de B-B.

Las figuras 15A y 15B, son una representación gráfica de un ejemplo de una iluminación de basalto de rayo láser Las figuras 16A y 16B, ilustran el perfil de deposición de energía de un pote elíptico que se hace girar alrededor de su punto central para un rayo que es ya sea uniforme o Gaussiano.

La figura 17A, muestra el perfil de deposición de energía sin rotación.

La figura 17B, muestra el perfil de deposición de energía substancialmente igual y uniforme a partir de la rotación del rayo que proporciona el perfil de deposición de energía de la figura 17A.

Las figuras 18A a 18D, ilustran un ensamble óptico.

La figura 19, ilustra un ensamble óptico.

La figura 20, ilustra un ensamble óptico.

Las figuras 21 A a 21 B, ilustran un ensamble óptico.

La figura 22, ilustra un patrón de disparo láser de rotación múltiple.

La figura 23, ilustra un disparo con forma elíptica La figura 24, ilustra un punto con forma rectangular.

La figura 25, ilustra un patrón de disparo de múltiples disparos.

La figura 26, ilumina un patrón de disparo.

Las figuras 27 a 36, ilustran LBHAs.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En general, la presente invención se refiere a métodos, aparatos y sistemas para utilizar en la perforación láser de un pozo de perforación en la tierra, y adicionalmente, al equipo, métodos y sistemas para el avance por láser de dichos pozos de perforación profundos dentro de la tierra y a índices de avance altamente eficientes. Estos índices de avance altamente eficientes se pueden obtener debido a que la presente invención proporciona un medio para obtener energía láser de potencia alta hasta el fondo del pozo de perforación, aun cuando el fondo está a una gran profundidad.

Por consiguiente, en general, y a modo de ejemplo, se proporciona en la figura 1 un sistema de perforación láser de eficiencia alta 1000 para crear un pozo de perforación 1001 en la tierra 1002. Como se utiliza en la presente descripción, el término "tierra" debe recibir su significado más amplio posible (a menos que se establezca de forma expresa de lo contrario) y podría incluir, sin limitación, la tierra, todos los materiales naturales, tales como roca, y los materiales artificiales, tales como concreto, que están o pueden encontrarse en la tierra, incluyendo sin limitación formaciones de capas de rocas, tales como granito, basalto, piedra arenisca, dolomita, arena, sal, piedra caliza, riolita, cuarcita y piedra de esquisto.

La figura 1 , proporciona una vista en perspectiva cortada que muestra la superficie de la tierra 1030 y un corte de la tierra debajo de la superficie 1002. En general y a modo de ejemplo, se proporciona una fuente de potencia eléctrica 1003, la cual proporciona potencia eléctrica mediante cables 1004 y 1005 a un láser 1006 y un enfriador 1007 para el láser 1006. El láser proporciona un rayo láser, es decir, energía láser, que puede ser transportada por un medio de transmisión de rayo láser 1008 a una bobina de tubería embobinada 1009. Se proporciona una fuente de fluido 1010. El fluido es transportado por los medios de transportación de fluido 10 1 a la bobina de tubería embobinada 1009.

La bobina de tubería embobinada 1009 se hace girar para avanzar y retraer la tubería embobinada 1012. Por consiguiente, el medio de transmisión de rayo láser 1008 y el medio de transportación de fluido 1011 están unidos a la bobina de tubería embobinada 1009 por medio de los medios de acoplamiento giratorios 1013. La tubería embobinada 1012 contiene un medio para transmitir el rayo láser a lo largo de la longitud completa de la tubería embobinada, es decir, "medios de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia" hasta el ensamble de fondo del pozo, 1014. La tubería embobinada 1012 también contiene un medio para transportar el fluido a lo largo de la longitud completa de la tubería embobinada 1012 hasta el ensamble de fondo del pozo 1014.

Adicionalmente, se proporciona una estructura de soporte 1015, la cual sostiene un inyector 1016, para facilitar el movimiento de la tubería embobinada 1012 en el pozo de perforación 1001. Adicionalmente, se pueden emplear otras estructuras de soporte, por ejemplo, dichas estructuras podrían ser un mástil de carga, una grúa, un mástil, un trípode, u otro tipo similar de estructura o híbrido y combinaciones de estos. A medida que el pozo de perforación avanza a profundidades mayores desde la superficie 1030, el uso de un desviador 1017, un bloqueador de estallido (BOP) 1018, y un sistema de manejo de fluido y/o corte 1019, se pueden volver necesarios. La tubería embobinada 1012 pasa desde el inyector 1016 a través del desviador 1017, el BOP 1018, una boca de pozo 1020 y dentro del pozo de perforación 1001.

El fluido es transportado al fondo 1021 del pozo de perforación 1001. En ese punto el fluido sale en o cerca del ensamble de fondo del pozo 1014 y se utiliza, entre otras cosas, para transportar los cortes, que son creados al hacer avanzar el pozo de perforación, de regreso y fuera del pozo de perforación. Por consiguiente, el desviador 1017 dirige el fluido a medida que regresa transportando los cortes del fluido y/o cortes del sistema de manejo 1019 a través del conecto 1022. Este sistema de manejo 1019 pretende evitar que los productos de desperdicio escapen al interior del ambiente y separa y limpia los productos de desperdicio y cualesquiera conductos de ventilación son limpiados de fluido al aire, si es permisible ambientalmente y económicamente, como podría ser el caso si el fluido fuera nitrógeno, o regresa el fluido limpio a la fuente de fluido 1010 o de otra manera contiene el fluido utilizado para tratamiento posterior y/o desecho.

El BOP 1018 sirve para proporcionar niveles múltiples de apagado de emergencia y/o contención del pozo de perforación podría ocurrir un evento de presión alta en el pozo de perforación, tal como un estallido potencial del pozo. El BOP se fija a la boca del pozo 1020. La boca del pozo a su vez, puede unirse al revestimiento Con el propósito de simplificación, no se muestran los componentes estructurales de un pozo de perforación tal como un recubrimiento, soportes colgantes y cemento. Se debe comprender que estos componentes se pueden utilizar y variará con base en la profundidad, tipo y geología del pozo de perforación, así como también, otros factores.

El extremo del fondo del pozo 1023 de la tubería embobinada 1012 se conecta al ensamble de fondo del pozo 1014. El ensamble del fondo del pozo 1014 contiene ópticas para suministrar el rayo láser 1024 hasta su objeto buscado, en el caso de la figura 1 , el fondo 1021 del pozo de perforación 1001. El ensamble de fondo del pozo 1014, por ejemplo, también contiene medios para suministrar el fluido.

Por consiguiente, en general, este sistema opera para crear y/o hacer avanzar un pozo de perforación que tiene la energía láser de creación de láser en la forma de un rayo láser. El rayo láser es transmitido entonces desde el láser a través de la bobina y dentro de la tubería embobinada. En cuyo punto, el rayo láser es transmitido entonces al ensamble de fondo del pozo en donde se dirige hacia las superficies de la tierra y/o pozo de perforación. Al hacer contacto con la superficie de la tierra y/o el pozo de perforación, el rayo láser tiene potencia suficiente para cortar, o efectuar de otra forma, la roca y tierra para crear y/o hacer avanzar el pozo de perforación. El rayo láser en el punto de contacto, tiene potencia suficiente y está dirigido a la roca y tierra de manera que tiene la capacidad de creación del pozo de perforación que se puede comparar con o ser superior que una operación de perforación mecánica convencional. Dependiendo del tipo de tierra y roca y las propiedades del rayo láser, este corte ocurre a través del fragmentado, disociación térmica, fundición, vaporización y combinaciones de estos fenómenos.

Aunque no estamos atados a la teoría presente, actualmente se considera que la interacción con material láser implica la interacción del láser y un fluido o medio para despejar el área de iluminación láser. Por consiguiente, la iluminación láser crea un evento de superficie y el impacto de fluido sobre la superficie trasporta rápidamente los desechos, es decir, los cortes y desperdicio, fuera de la región de iluminación. El fluido adicionalmente se considera que remueva el calor, ya sea a macro o micro escala, desde el área de iluminación, el área posterior a la iluminación, así como también el pozo de perforación, u otros medios que están siendo cortados, tal como en el caso de la perforación.

El fluido transporta entonces los cortes hacia arriba y fuera del pozo de perforación. A medida que se hace avanzar el pozo de perforación, la tubería embobinada es desembobínada y se hace descender adicionalmente dentro del pozo de perforación. De esta forma, se puede mantener la distancia adecuada entre el ensamble del fondo del pozo y el fondo del pozo de perforación. Si el ensamble de fondo del pozo necesita ser removido del pozo de perforación, por ejemplo, la cubierta del pozo, la bobina es embobinada, dando como resultado que la tubería embobinada es extraída del pozo de perforación. Adicionalmente, el rayo láser puede ser dirigido mediante el ensamble del fondo del pozo u otra herramienta de dirección de láser que se coloca debajo del pozo de perforación para realizar las operaciones tales como perforación, perforación controlada, corte de recubrimiento y remoción de tapones. Este sistema puede ser montado sobre los remolques o camiones que se pueden mover fácilmente, debido a que el tamaño y peso son substancialmente menores que las grúas mecánicas convencionales.

Para los sistemas del tipo general ilustrados en la figura 1 , que tienen el láser localizado fuera del pozo de perforación, el láser puede ser cualquier láser de energía alta que tiene la capacidad de proporcionar energía suficiente para realizar las funciones deseadas, tales como hacer avanzar el pozo de perforación dentro y a través de la tierra y roca considerados presentes en la geología que corresponde al pozo de perforación. La fuente láser de elección es un láser de modo único o láser de modos múltiples de orden bajo con un M2 bajo para facilitar el lanzamiento dentro de una fibra óptica de núcleo pequeño, es decir, de aproximadamente 50 miras. Sin embargo, las fibras de núcleo mayor son preferidas. Los ejemplos de una fuente láser incluyen láser de fibra, láser químico, láser de disco, láser de bloque delgado, láser di diodo de alta luminosidad, así como también, la combinación de rayo espectral de estas fuentes láser o un láser con arreglo en fases coherente de estas fuentes para incrementar la luminosidad de la fuente láser individual.

Por ejemplo, la figura 4, ilustra una combinación de rayo espectral de fuentes láser para permitir la transmisión de potencia alta bajo una fibra asignando una cantidad previamente determinada de potencia por color, limitada por el fenómeno de Dispersión de Brillioun Estimulada (SBS). Por consiguiente, en la figura 4 se proporciona una primera fuente láser 4001 que tiene una primera longitud de onda de "x", en donde x es menor de 1 miera. Se proporciona un segundo láser 4002 que tiene una segunda longitud de onda de x +51 mieras, en donde 61 es un cambio previamente determinado en la longitud de onda, cuyo cambio podría ser positivo o negativo. Se proporciona un tercer láser 4003 que tiene una tercera longitud de onda de x+61+62 mieras y un cuarto láser 4004 que tiene una longitud de onda de x+61 +62+03 mieras. Los rayos láser son combinados mediante un dispositivo de combinación de rayos 4005 y son transmitidos mediante una fibra óptica 4006. El rayo combinado tiene un espectro mostrado en 4007.

Por ejemplo, la figura 5, ilustra un grupo de láser en fase de frecuencia modulada. Por consiguiente, se proporcionan un oscilador maestro que puede ser de frecuencia modulada, directa o indirectamente que se utiliza entonces para láser de compuerta de inyección o amplificadores para crear un rayo compuesto de potencia superior que pueden lograrse mediante cualquier láser individual. Por consiguiente, se proporcionan los rayos láser 5001, 5002, 5003 y 5004, los cuales tienen la misma longitud de onda. Los rayos láser son combinados mediante un dispositivo de combinación de rayos 5005 y son transmitidos mediante una fibra óptica 5006. Los láser 5001 , 5002, 5003 y 5004 están asociados con un oscilador maestro 5008 que es modulado por FM. El rayo combinado que tiene un espectro mostrado en 5007, en donde d es la excursión de frecuencia de la modulación FM. Dichos láser están descritos en la Patente de E.U.A. No. 5,694,408, la descripción de la cual está incorporada en la presente descripción como referencia en su totalidad.

La fuente láser puede ser una fuente de modo de orden bajo (m2<2), de manera que puede enfocarse dentro de una fibra óptica con un diámetro de modo de <100 mieras. Las fibras ópticas con diámetros de campo de modo pequeño que varían desde 50 mieras hasta 6 mieras tienen las más bajas pérdidas de transmisión. Sin embargo, esto podría equilibrarse mediante el inicio del fenómeno no lineal y el daño físico de la cara de la fibra óptica que requiere que el diámetro de fibra sea tan largo como sea posible mientras que las pérdidas de transmisión tienen que ser tan pequeñas como sea posible.

Por consiguiente, la fuente láser debe tener la potencia total de por lo menos aproximadamente 1 kW, desde aproximadamente 1 kW hasta aproximadamente 20 kW, desde aproximadamente 10 kW hasta aproximadamente 20 kW, por lo menos de aproximadamente 10 kW, y preferentemente de aproximadamente 20 o más kW. Además, las combinaciones de varios rayos láser pueden utilizarse para proporcionar los intervalos de potencia total anteriores. Adicionalmente, la fuente láser debe tener parámetros de rayo en mm milirad, tan grandes como sea factible con respecto a su capacidad para doblarse y longitudes substanciales de fabricación de la fibra, por consiguiente, los parámetros de rayo pueden ser menores que aproximadamente 100 mm milirad, desde el modo único hasta aproximadamente 50 mm milirad, menor que aproximadamente 50 mm milirad, menor que aproximadamente 15 mm milirad, y más preferentemente de aproximadamente 12 mm milirad. Adicionalmente, la fuente láser tendrá por lo menos un 10% de eficiente óptica eléctrica, y por lo menos aproximadamente el 50% de eficiencia óptica, por lo menos aproximadamente el 70% de eficiencia óptica, mediante lo cal se debe comprender que la mayor eficiencia óptica, todos los demás factores siendo iguales, se prefiere, y preferentemente por lo menos aproximadamente el 25%. La fuente láser puede ser operada en el modo de onda, ya sea por pulsos o continua (CW). La fuente láser preferentemente tiene la capacidad de ser acoplada con fibra.

Para hacer avanzar los pozos de perforación en geologías que contienen formaciones de roca dura tales como granito y basalto, se prefiere utilizar el YB IPG 20000 que tiene las siguientes especificaciones establecidas en el Cuadro 1 siguiente.

CUADRO 1 Características ópticas • Potencia de salida probada en el conector a una distancia no mayor de 50 metros desde el láser Para cortar la cubierta, la remoción de tapones y las operaciones de perforación, el láser puede ser cualquiera de los láser a los que se hizo referencia anteriormente, y puede adicionalmente ser cualesquiera láser menores que únicamente podrían utilizarse para trabajar y completar las actividades del fondo del pozo.

Además de la configuración de la figura 1 , y los ejemplos preferidos anteriores de los rayos láser para utilizar con la presente invención, están contemplados otras configuraciones de láser para utilizar en un sistema de perforación láser de alta eficiencia. Por consiguiente, la selección de láser generalmente puede basarse en la aplicación pretendida o los parámetros de operación deseados. La potencia promedio, la potencia especifica, irradiación, longitud de onda de operación, fuente de bombeo, tamaño de punto de rayo, tiempo de exposición, y energía especifica asociada pueden ser consideraciones para seleccionar un láser. El material a ser perforado, tal como un tiempo de formación de roca, también puede influir en la selección del láser. Por ejemplo, el tipo de roca puede estar relacionado con el tipo de recurso que se está buscando. Las rocas duras, tales como la piedra caliza y el granito, generalmente pueden estar asociadas con las fuentes hidrotérmicas, mientras que la piedra arenisca y el esquisto, generalmente pueden estar asociadas con las fuentes de gas o petróleo. Por consiguiente, a modo de ejemplo, el láser puede ser un láser de estado sólido, este puede ser un gas, químico, láser de troquel o vapor de metal, o puede ser un láser semiconductor. Adicionalmente, el láser puede producir un rayo láser de nivel de kilowatt, y puede ser un láser por pulsos. El láser puede adicionalmente ser un láser Nd:YAG, un láser C02, un láser de diodo, tal como un láser de diodo infrarrojo, o un láser de fibra, tal como un láser de fibra de blindajes múltiples mezclado por iterbio. El láser de fibra infrarroja emite luz en los intervalos de longitud de onda desde 800 hasta 1600 nm. El láser de fibra está mezclado con un medio de ganancia activa que comprende elementos de tierras raras, tales como holmio, erbio, iterbio, neodimio, disprosio, praseodimio, tulio y combinaciones de los mismos. Se pueden implementar las combinaciones de uno o más tipos de láser.

Los rayos láser de fibra del tipo útil en la presente invención generalmente son construidos alrededor de fibras de núcleo dual. El núcleo interior puede estar compuesto de elementos de tierras raras; iterbio, erbio, tulio, holmio o una combinación. El medio de ganancia óptica emite longitudes de onda de 1064 nm, 1360 nm, 1455 nm y 1550 nm, y puede ser de difracción limitada. Un diodo óptico puede estar acoplado dentro del núcleo exterior (generalmente denominado como revestimiento interior) para bombear los iones de tierras raras en el núcleo interior. El núcleo exterior puede ser una guia de onda de modos múltiples El núcleo interior sirve a dos propósitos: guiar el láser de potencia alta; y, para proporcionar ganancia al láser de potencia alta por medio de los iones de tierras raras excitadas. El revestimiento exterior del núcleo exterior puede ser un polímero de índice bajo para reducir las pérdidas y proteger la fibra. Los diodos láser bombeados típicos emiten en el intervalo de aproximadamente 915-980 nm (generalmente - 940 nm). Los rayos láser de fibra son fabricados por IPG photonics o Southhampton Photonics. Las fibras de potencia alta, se demostró que producen 50 kW por IPG Photonics cuando son multiplexados.

Durante el uso, uno o más rayos láser generados o iluminados por el uno o más láser pueden astillar, vaporizar o fundir material, tal como roca. El rayo láser puede ser por pulsos, mediante una o una pluralidad de formas de onda o puede ser continuo. El rayo láser, generalmente puede inducir esfuerzo térmico en una formación de roca debido a las características del material, tales como roca que incluyen, por ejemplo, la conductividad térmica. El rayo láser también puede inducir un esfuerzo mecánico por medio de explosiones de vapor súper calentado de la humedad en la sub-superficie de la formación de roca. El esfuerzo mecánico también puede ser inducido mediante descomposiciones y sublimación térmica de parte del mineral in situ del material. El esfuerzo térmico y/o mecánico en o debajo de una inferíase de láser-material puede promover el astillado del material, tal como roca. Igualmente, el láser se puede utilizar para realizar revestimientos de pozos, cemento u otros cuerpos de material, según se desee. Un rayo láser generalmente puede actuar sobre una superficie en una ubicación en donde el rayo láser hace contacto con la superficie, el cual puede ser denominado como una región de iluminación láser. La región de iluminación láser puede tener cualquier forma previamente seleccionada y distribución de intensidad que se requiere para lograr la salida deseada, la región de iluminación láser también puede ser denominada como un punto de rayo láser. Los pozos de perforación de cualquier profundidad y/o diámetro pueden formarse, tales como puntos o capas múltiples de astillado. Por consiguiente, a modo de ejemplo, los puntos consecutivos pueden ser seleccionados como objetivo o un patrón estratégico de puntos puede ser seleccionado como objetivo para mejorar la interacción láser/roca. La posición u orientación del láser o rayo láser puede moverse o dirigirse de manera que actúa de manera inteligente a través de un área deseada, de manera que las interacciones de láser/material son más eficientes al provocar la remoción de roca.

Uno o más láser pueden adicionalmente ser colocados en el fondo del pozo, es decir, en el fondo del pozo de perforación. Por consiguiente, dependiendo de los requerimientos específicos y los parámetros de operación, los rayos láser pueden estar localizados en cualquier profundidad dentro del pozo de perforación. Por ejemplo, el láser puede mantenerse relativamente cerca de la superficie, éste puede ser colocado profundo dentro del pozo de perforación, éste se puede mantener a una profundidad constante dentro del pozo de perforación o puede ser colocado en forma incremental más profundo como se hace más profundo el pozo de perforación. Por consiguiente, a modo de ejemplo adicional, el láser puede mantenerse a una distancia determinada desde el material, tal como roca sobre la que se va a actuar. Cuando el láser es desplegado en el fondo del pozo, el láser generalmente puede ser conformado y/o dimensionado para adaptarse dentro del pozo de perforación. Algunos rayos láser pueden adecuarse mejor que otros para el uso en el fondo del pozo. Por ejemplo, el tamaño de algunos rayos láser puede considerarse inadecuados para utilizarse en el fondo del pozo, sin embargo, dichos láser pueden ser diseñados o modificados para el uso en el fondo del pozo. De manera similar, la potencia o enfriamiento de un láser puede modificarse para ser utilizado en el fondo del pozo.

Los sistemas y métodos pueden generalmente incluir una o más características para proteger el láser. Esto se vuelve importante debido a los ambientes ásperos, tanto para unidades de superficie como las unidades en el fondo del pozo. Por consiguiente, de acuerdo con una o más modalidades, un sistema de perforación de pozo de perforación puede incluir un sistema de enfriamiento. El sistema de enfriamiento puede funcionar generalmente para enfriar el láser. Por ejemplo, el sistema de enfriamiento puede enfriar un láser en el fondo del pozo, por ejemplo, a una temperatura debajo de la temperatura ambiente o a una temperatura de operación del láser. Adicionalmente, el láser puede ser enfriado utilizando enfriamiento por absorción a la temperatura de operación del láser de diodo infrarrojo, por ejemplo, desde aproximadamente 20°C hasta aproximadamente 100°C. Para un láser de fibra, su temperatura de operación puede estar entre aproximadamente 20°C hasta aproximadamente 50°C. Un liquido a una temperatura inferior puede utilizarse para enfriar cuando una temperatura superior que la temperatura láser del diodo de operación es alcanzada, para enfriar el láser.

El calor también puede ser enviado hacia arriba del pozo, es decir, fuera del pozo de perforación y a la superficie, mediante un agente de transferencia de calor líquido. El agente de transferencia líquido puede entonces ser enfriado mezclándose con un liquido en la parte superior del pozo a una temperatura inferior. Se puede adjuntar uno o múltiples ventiladores de dispersión de calor al diodo láser para esparcir el calor lejos del láser de diodo infrarrojo. Los fluidos también pueden utilizarse como un fluido refrigerante, aunque también puede utilizarse un fluido refrigerante externo.

En aplicaciones de fondo del pozo, el láser puede ser protegido de la presión en el fondo del pozo y el ambiente siendo cubierto en un material adecuado. Dichos materiales pueden incluir acero, titanio, diamante, carburo de tungsteno y los similares. La cabeza de fibra para un láser de diodo infrarrojo o láser de fibra puede tener una ventana de transmisión infrarroja.

Dichas ventanas de transmisión pueden ser elaboradas de un material que puede soportar el ambiente del fondo del pozo, mientras que retiene las calidades de transmisión. Uno de dichos materiales pueden ser zafiro u otro material con cualidades similares. Uno o más láser de diodo infrarrojo o láser de fibra pueden ser recubiertos por completo por zafiro. A modo de ejemplo, un láser de diodo infrarrojo o láser de fibra, puede ser elaborado de diamante, carburo de tungsteno, y titanio diferente de la parte en donde es emitido el rayo láser.

En el ambiente del fondo del pozo, se proporciona adicionalmente a modo de ejemplo que el láser de diodo infrarrojo o láser de fibra no está en contacto con el pozo de perforación durante la perforación. Por ejemplo, un láser de fondo del pozo puede ser separado de una pared del pozo de perforación.

El enfriador, el cual se utiliza para enfriar el láser, en los sistemas del tipo general ilustrado en la figura 1 , se elige para tener una capacidad de enfriamiento dependiente del tamaño del láser, la eficiencia del láser, la temperatura de operación, y la ubicación ambiental, y preferentemente el enfriador puede ser seleccionado para operar sobre la totalidad de estos parámetros. Preferentemente, un ejemplo de un enfriador que es útil para un láser de 20 kW tendrá las siguientes especificaciones establecidas en el Cuadro 2 de la presente descripción.

CUADRO 2 Enfriador PC400.01-NZ-DIS Datos técnicos para operación a 60 Hz: IPG tipo láser Capacidad neta de enfriamiento YLR-15000, YLR-20000 Refrigerante 60.0 kW Flujo de aire necesario R407C Instalación 26100 nrVh Número de compresores Instalación en exteriores Número de ventiladores 2 Número de bombas 3 2 Límites de operación Temperatura de operación 33°C (92°F) designada Temperatura de operación mínima (-) 20°C (-4°F) Temperatura de operación 39°C (102°F) máxima Temperatura de almacenamiento (-) 40°C (-40 F) mínima (con tanque de agua vacío) Temperatura de almacenamiento 70°C (158°F) máxima Volumen regular de agua del 240 litros (63.50 galones) tanque Volumen DI de agua del tanque 25 litros (6.61 galones) Datos eléctricos para operación a 60 Hz: Consumo de potencia diseñado 29.0 kW sin calentador Consumo de potencia diseñado 33.5 kW con calentador Consumo máximo de potencia 41.0 kW Corriente máxima 60.5 A Fusión máxima 80.0A Corriente inicial 141 .0 A Voltaje de conexión 460 V / 3 Ph / PE Frecuencia 60 Hz Tolerancia de voltaje de conexión +/- 0% Dimensiones, pesos y nivel de sonido Peso con el tanque vacío 900 KG (1984 Ibs) Nivel de sonido a una distancia de 68 dB(A) 5 m Ancho 2120 mm (83 1/2 pulgadas) Profundidad 860 mm (33 7/8 pulgadas) Altura 1977 mm (77 7/8 pulgadas) Llave de circuito de agua Capacidad de enfriamiento 56.0 kW Temperatura de salida de agua 21°C (70°F) Temperatura de entrada de agua 26°C (79°F) Estabilidad de temperatura +/- 1.0 K Flujo de agua vs presión de agua 135 l/min a 3.0 bar (35.71 GPM a libre disponible 44 PSI) Flujo de agua vs. presión de agua 90 l/min a 1.5 bar (23.81 GPM a libre disponible 21 PSI) Circuito de agua desionizada Capacidad de enfriamiento 4.0 kW Temperatura de salida de agua 26°C (79°F) Temperatura de entrada de agua 31 °C (88°F) Estabilidad de temperatura +/- 1.0 K Flujo de agua vs presión de agua 20 l/min a 1.5 bar (5.28 GPM a 21 libre disponible PSI) Flujo de agua vs. presión de agua 15 l/min a 4.0 bar (3.96 GPM a 58 libre disponible PSI) Opciones (incluidas) Versión bifrecuentes: 400 V / 3 Ph / 50 Hz 460 V / 3 Ph 60 Hz Para los sistemas del tipo general ilustrados en la figura 1 , el rayo láser es transmitido a la bobina de tubería embobinada mediante un medio de transmisión de rayo láser. Dicho medio de transmisión puede ser un cableado de fibra óptica endurecido industrial comercialmente disponible de conectores QBH en cada extremo.

Existen dos tratamientos de bobina básicos, el primero es utilizar una bobina la cual simplemente es una rueda con un conducto embobinado alrededor del exterior de la rueda. Por ejemplo, este conducto embobinado puede ser un tubo hueco, éste puede ser una fibra óptica, éste puede ser un paquete de fibras ópticas, éste pude ser un escudo de fibra óptica, éste pueden ser otros tipos de cables de transmisión en forma óptica o puede ser un tubo hueco que contiene los cables de transmisión en forma óptica mencionados anteriormente.

La bobina en esta configuración tiene un eje central hueco en donde es transmitida la potencia óptica al extremo de entrada de la fibra óptica. El rayo será lanzado hacia abajo del centro de la bobina, la bobina conduce sobre los rodamientos de precisión en una orientación ya sea horizontal o vertical para evitar cualquier inclinación de la bobina a media que la fibra es embobinada. Esto es óptimo para el eje de la bobina para mantener la tolerancia angular de aproximadamente +/- 10 micro-radianes, lo cual preferentemente se obtiene teniendo el eje óptico aislado y/o independiente del eje de rotación de bobina. El rayo, cuando es lanzado dentro de la fibra es lanzado por una lente, la cual está girando con la fibra en el plano de la Transformada de Fourier de la lente de lanzamiento, la cual es insensible al movimiento en la posición de las lentes con respecto al rayo láser, aunque sensible a la inclinación del rayo láser entrante. El rayo, el cual es lanzado en la fibra, es lanzado mediante una lente que es estacionaria con respecto a la fibra en el plano de la Transformada de Fourier de la lente de lanzamiento, la cual es insensible al movimiento de la fibra con respecto a la lente de lanzamiento.

Un segundo tratamiento es utilizar una bobina estacionaria similar a una jaula y hace girar la cabeza láser a media que la fibra se embobina para evitar que la fibra resulte torcida a medida que es extraída de la bobina. Si la fibra puede ser diseñada para aceptar una cantidad razonable de torcido a lo largo de su longitud, entonces este podría ser el método preferido. Utilizando el segundo tratamiento, si la fibra pudiera ser torcida en espiral previamente alrededor de la bobina entonces a medida que la fibra es extraída de la bobina, la fibra se endereza y no existe necesidad de que la fibra y la cabeza de perforación se haga girar a media que la fibra es extraída. Habrá una serie de tensores que suspenderán la fibra hacia abajo del pozo, o si el pozo se llena con agua para extraer los desechos del fondo del pozo, entonces la fibra puede ser revestida en un revestimiento flotante que soportará el peso de la fibra y su revestimiento en la longitud completa del pozo. En la situación en donde el ensamble de fondo del pozo no gira y la fibra es torcida en espiral y colocada bajo esfuerzo de torcido en espiral, existirá un beneficio adicional al reducir el SBS como se enseña en la presente descripción.

Para los sistemas del tipo general ilustrados en la figura 1 , la bobina de tubería embobinada puede contener las siguientes longitudes de ejemplo de tubería embobinada: de 1 km (3,280 pies) a 9 km (29,528 pies); de 2 km (6,561 pies) a 5 km (16,404 pies); por lo menos de aproximadamente 5 km (16,404 pies); y desde aproximadamente 5 km (16,404 pies) hasta por lo menos aproximadamente 9 km (29,528 pies). La bobina puede ser cualquier tipo estándar de bobina utilizando una tubería de acero 2,875. Por ejemplo, las bobinas comerciales normalmente incluyen una tubería de 4 a 6 km de acero de 7.30 centímetros (2 7/8 pulgadas). La tubería está disponible en tamaños comerciales que varía de 2.54 centímetros a 7.30 centímetros.

Preferentemente, la bobina tendrá una tubería de acero hueca de tipo estándar de 7.30 centímetros, es decir, la tubería embobinada. Como se plantea adicionalmente en la presente descripción, la tubería embobinada tendrá dentro por lo menos una fibra óptica para transmitir el rayo láser al ensamble de fondo del pozo. Además de la fibra óptica, la tubería embobinada también puede llevar otros cables para otros propósitos en el fondo del pozo o para transmitir material o información de regreso a la parte superior del pozo de perforación hacia la superficie. La tubería embobinada también puede transportar el fluido o un conducto para transportar el fluido. Se puede utilizar para proteger y soportar las fibras ópticas y otros cables que pueden ser transportados en los estabilizadores de tubería embobinada.

La bobina puede tener fibras QBH y un colimador. Los medios de aislamiento de vibración son deseables en la construcción de la bobina, y en particular, para el anillo de deslizamiento de fibra, por consiguiente, por ejemplo, la placa exterior de la bobina se monta al soporte de bobina utilizando una placa Delrin, aunque la placa interior flota sobre la bobina y los pasadores hacen girar el ensamble. El anillo de deslizamiento de fibra es la fibra estacionaria, la cual comunica la potencia a través del cubo de bobina giratoria a la fibra giratoria.

Cuando se utiliza una bobina, el eje mecánico de la bobina se utiliza para transmitir potencia óptica desde el extremo de entrada de la fibra óptica al extremo distante. Esto requiere un sistema de soporte óptico de precisión (el anillo de deslizamiento de fibra) para mantener una alineación estable entre la fibra externa que proporciona la potencia óptica y la fibra óptica montada sobre la bobina. El láser puede ser montado dentro de la bobina, o como se muestra en la figura 1 , éste puede ser montado externo a la bobina o si se emplean rayos múltiples láser, se pueden utilizar las ubicaciones tanto internas como externas. El láser montado en forma interna puede ser una sonda láser, utilizada para análisis y monitoreo del sistema y métodos realizados por el sistema. Adicionalmente, el equipo de detección y monitoreo puede estar localizado dentro de o fijo de otra forma a los elementos giratorios de la bobina.

Adicionalmente se proporcionan medios de acoplamiento giratorios para conectar la tubería embobinada, el cual está girando, para el medio de transmisión de rayo láser 1008, y medios de transportación de fluido 1011 , los cuales no están girando. Como se ilustró a modo de ejemplo en la figura 2, una bobina de tubería embobinada 2009 tiene medios de acoplamiento giratorios 2013. Uno de dichos medios de acoplamiento tiene un medio de acoplamiento giratorio óptico 2002 y el otro tiene un medio de acoplamiento giratorio de fluido 2003. El medio de acoplamiento giratorio óptico 2002 puede tener la misma estructura que el medio de acoplamiento giratorio de fluido 2003, o éstos pueden ser separados. Por consiguiente, preferentemente, se emplean dos medios de acoplamiento separados. Los medios de acoplamiento giratorios adicionales también pueden ser agregados para manejar otros cables, tales como, por ejemplo, los cables para las sondas del fondo del pozo.

Los medios de acoplamiento giratorios ópticos 2002 se conecta a un eje de conexión a tierra de precisión hueco 2004 con superficies de soporte 2005, 2006. Los medios de transmisión láser 2008 son acoplados en forma óptica al eje hueco 2004 mediante los medios de acoplamiento giratorios ópticos 2002, lo cual permite que el rayo láser sea transmitido desde el medio de transmisión láser 2008 dentro del eje hueco 2004. El medio de acoplamiento giratorio óptico, por ejemplo, puede estar integrado de un conector QBH, un colimador de precisión, y una etapa de rotación, por ejemplo, un colimador Precitec a través de una etapa de rotación Newport a otro colimador Precitec y a un colimador QBH. Hasta el alcance en que el calor excesivo se acumula en el acoplamiento giratorio óptico, el enfriamiento debe aplicarse para mantener la temperatura en un nivel deseado.

El eje hueco 2004, transmite entonces el rayo láser a una abertura 2007 en el eje hueco 2004, cuya abertura contiene un acoplador óptico 202010 que conecta en forma óptica el eje hueco 2004 al medio de transmisión de rayo láser de potencia alta de gran distancia 2025 que está localizado dentro de la tubería embobinada 2012. Por consiguiente, de esta forma, el medio de transmisión láser 2008, el eje hueco 2004 y el medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia 2025 son conectados en forma óptica de manera giratoria, de manera que el rayo láser puede transmitido desde el láser al medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia 2025.

Una ilustración adicional de una conexión óptica para una bobina giratoria es provista en la figura 6, en donde se ilustra una bobina 6000 y un soporte 6001 para la bobina 6000. La bobina 6000 es montada en forma giratoria al soporte 6001 mediante los soportes para soporte de carga 6002. Un cable de entrada óptica 6003,, el cual transmite un rayo láser desde una fuente láser (no mostrada en esta figura) a un acoplador óptico 6005. El rayo láser sale del conector 6005 y pasa a través de la óptica 6009 y 6010 dentro del acoplador óptico 6006, el cual es conectado en forma óptica a un cable óptico de salida 6004. El acoplador óptico 6005 se monta a la bobina mediante un soporte que preferentemente no soporta la carga 6008, mientras que el acoplador 6006 está montado a la bobina mediante el dispositivo 6007 en una forma que permite su rotación con la bobina. De esta manera, a medida que se hace girar la bobina, el peso de la bobina y la tubería embobinada es soportado por los soportes para soporte de carga 6002, mientras que el ensamble de acoplamiento óptico giratorio permite que el rayo láser sea transmitido desde el cable 6003 el cual no hace girar el cable 6004, el cual gira con la bobina.

Además de utilizar una bobina giratoria de tubería embobinada, como se ilustró en las figuras 1 y 2, otros medios para extender y recuperar el medio de transmisión de rayo láser de alta energía a gran distancia es una bobina o jaula estacionaria. Como se ilustró a modo de ejemplo, en las figuras 3A y 3B, se proporciona una jaula 3009 que es estacionaria, y la cual contiene embobinado dentro del medio de transmisión de rayo láser de energía alta a gran distancia 3025. Ese medio está conectado al medio de transmisión de rayo láser 3008, el cual está conectado al láser (no mostrado en esta figura). De esta forma, el rayo láser puede ser transmitido dentro del medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia y ese medio puede ser desplegado hacia debajo de un pozo de perforación. De manera similar, el medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia, puede estar contenido dentro de la tubería embobinada sobre la jaula. Por consiguiente, el medio de gran distancia podría ser un cable óptico blindado del tipo provisto en la presente descripción. Durante el uso de la jaula, debe tener consideración respecto al hecho de que el cable óptico será torcido cuando sea desplegado. Para darle sentido a esta consideración, el ensamble de fondo del pozo, o únicamente la cabeza de perforación láser, puede hacerse girar lentamente para mantener el cable sin torcerse, el cable óptico puede ser torcido previamente, y el cable óptico puede estar diseñado para tolerar el torcido.

La fuente de fluido puede ser, ya sea un gas, un líquido, una espuma, o un sistema que tiene capacidades múltiples. El fluido puede servir para muchos propósitos en el avance del pozo de perforación. Por consiguiente, el fluido se utiliza principalmente para la remoción de cortes desde el fondo del pozo de perforación, por ejemplo, como se denomina comúnmente como un fluido de perforación o barro de perforación, y para mantener el área entre el extremo de la óptica láser en el ensamble de fondo del pozo y el fondo del pozo de perforación, lo suficientemente despejado de cortes de manera que no interfiera con la trayectoria y potencia del rayo láser. También puede funcionar para enfriar la óptica láser y el ensamble del fondo del pozo, asi como también, en el caso de un fluido que no se puede comprimir, o un fluido que se puede comprimir bajo tensión. El fluido proporciona adicionalmente un medio para crear presión hidrostática en el pozo para evitar el influjo de gases y fluidos.

Por consiguiente, al seleccionar el tipo de fluido, así como también el sistema de suministro de fluido, se debe tener consideración por, entre otras cosas, la longitud de onda láser, y el índice de remoción de cortes que es necesario para remover los cortes creados por el avance del láser en el pozo de perforación. Es altamente deseable que el índice de remoción de cortes mediante el fluido no sea un factor limitante para los sistemas de índices de avance de un pozo de perforación. Por ejemplo, los fluidos que pueden ser empleados con la presente invención incluyen a los lodos de perforación convencionales, agua (siempre que éstos no se encuentren en la trayectoria óptica del láser), y los fluidos que son altamente transmisores para el láser, tal como hidrocarburo halogenado, (los hidrocarburos halogenados son polímeros de peso molecular bajo de clorotrifluoroetileno (PCTFE)), aceites y N2. Preferentemente, estos fluidos pueden ser empleados y preferidos y deben ser suministrados a índices desde un par hasta varios cientos de CFM a una presión que varía desde la presión atmosférica a varios cientos de psi. Si las combinaciones de estos fluidos se utilizan, los índices de flujo deben ser empleados para equilibrar los objetos para mantener la capacidad de transmisión de la trayectoria óptica y remoción de desechos.

Preferentemente, el medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia, es una fibra óptica o pluralidad de fibras ópticas en una cubierta blindada para conducir la potencia óptica desde aproximadamente 1 kW hasta aproximadamente 20 kW, desde aproximadamente 10 kW hasta aproximadamente 20 kW, por lo menos de aproximadamente 10 kW, y preferentemente de aproximadamente 20 o más kW de potencia promedio hacia abajo dentro del pozo de perforación con el propósito de detectar la litología, probar la litología, barrenar a través de la litología y otras aplicaciones similares que se relacionan en general con la creación, avance y prueba de pozos de perforación en la tierra. Preferentemente, la fibra óptica blindada comprende un tubo de acero inoxidable de 0.64 cm (1/4") que tiene 1 , 2, de 1 a 10, por lo menos 2, más de 2, por lo menos aproximadamente 50, por lo menos aproximadamente 100, y más preferentemente entre 2 a 15 fibras ópticas en su interior. Preferentemente, estos tendrán aproximadamente una línea de base de diámetro de núcleo de 500 mieras de paso de índice de fibras.

En la actualidad, se considera que los láser industriales utilizan fibras ópticas de potencia alta blindadas con acero embobinado alrededor de la fibra y una cubierta polimérica que rodea la cubierta de acero para evitar que ingrese el polvo y suciedad no deseados al ambiente de la fibra óptica. Las fibras ópticas son recubiertas con un recubrimiento delgado de metal o un cable delgado el cual se desplaza junto con la fibra para detectar un rompimiento de fibra. Un rompimiento de fibra puede ser peligroso debido a que puede tener como resultado la ruptura del blindaje y podría exponer a un peligra a un operador. Sin embargo, este tipo de fibra de protección está diseñada para condiciones ambientes y no soportará el ambiente rudo del pozo de perforación.

Los sensores de fibra óptica para la industria del petróleo y gas son desplegados, tanto sin blindaje como blindados. Actualmente, se considera que los métodos no blindados actualmente disponibles son inaceptables para las aplicaciones de potencia alta contempladas por la presente solicitud. Las manifestaciones actuales del método blindado son igualmente inadecuadas, ya que no toman en consideración el método para conducir la potencia óptica alta y el método para detectar una ruptura en la fibra óptica, ambos de los cuales son importantes para un sistema confiable y seguro. El método actual para blindar una fibra óptica es recubrirla en un tubo de acero inoxidable, cubrir la fibra con carbón para evitar la migración de hidrógeno, y finalmente llenar el tubo con una gelatina que tanto acojina la fibra como absorbe hidrógeno del ambiente. Sin embargo, este empaque se ha elaborado únicamente con fibras ópticas de núcleo de diámetro pequeño (50 mieras) y con niveles de potencia muy bajos <1 Watt de potencia óptica.

Por consiguiente, para proporcionar una fibra óptica de potencia alta que es útil en el ambiente rudo de un pozo de perforación, se proporciona una fibra blindada novedosa y un método. Por consiguiente, se proporciona, para cubrir una fibra óptica de núcleo grande que tiene un diámetro igual a o mayor que 50 mieras, igual a o mayor que 75 mieras y más preferentemente igual a o mayor que 100 mieras, o una pluralidad de fibras ópticas dentro de un tubo metálico, en donde cada fibra puede tener un recubrimiento de carbón, así como también un polímero, y puede incluir recubrimiento de Teflón para acolchonar las fibras cuando ser rozan entre sí durante el despliegue. Por consiguiente, la fibra, o conjunto de fibras, puede tener un diámetro desde aproximadamente mayor que o igual a 150 mieras hasta aproximadamente 700 mieras, 700 mieras hasta aproximadamente 1.5 mm, o mayor que 1.5 mm.

El recubrimiento de carbón puede variar en espesores de 10 mieras a >600 mieras. El polímero o recubrimiento de teflón puede variar en espesor desde 10 mieras hasta >600 mieras y los tipos preferidos de dicho recubrimiento son acrilato, silicón, poliimida, PFA y otros. El recubrimiento de carbón puede ser adyacente a la fibra, con el recubrimiento polimérico o de teflón siendo aplicado al mismo. Los recubrimientos poliméricos o de teflón son aplicados al final para reducir el aglutinamiento de las fibras durante el despliegue.

En algunas modalidades no limitantes, las fibras ópticas pueden enviar hasta 10 kW por fibra, hasta 20 kW por fibra, hasta o más de 50 kW por fibra. Las fibras pueden transmitir cualquier longitud de onda deseada o combinación de longitudes de onda. En algunas modalidades, el intervalo de las longitudes de onda que puede transmitir la fibra, puede preferentemente ser de entre aproximadamente 800 nm y 2100 nm. La fibra puede ser conectada mediante un conector a otra fibra para mantener la distancia fija adecuada entre una fibra y las fibras circundantes. Por ejemplo, las fibras pueden ser conectadas de manera que el punto de rayo de las fibras ópticas circundantes cuando irradian el material, tal como una superficie de roca, están 5.08 centímetros debajo y no se traslapan a la fibra óptica particular. La fibra puede tener cualquier tamaño de núcleo deseado. En algunas modalidades, el tamaño del núcleo puede variar desde aproximadamente 50 mieras hasta 1 mm o mayor. La fibra puede ser de modo único o de modos múltiples. Si es de modos múltiples, la abertura numérica de algunas modalidades puede variar de 0.1 a 0.6. Una abertura numérica inferior puede ser preferida por la calidad del rayo, y una abertura numérica superior puede ser más fácil para transmitir potencias mayores con pérdidas menores de inferíase. En algunas modalidades, un láser de fibra emitió luz en longitudes de onda comprendidas de 1060 nm a 1080 nm, 1530 nm a 1600 nm, 1800 nm a 2100 nm, los láser de diodo de 800 nm a 2100 nm, los láser C02 a 10,600 nm, o los láser Nd:YAG que emiten a 1064 pueden acoplarse a las fibras ópticas. En algunas modalidades, la fibra puede tener un contenido de agua bajo. La fibra puede ser cubierta, tal como con poliimida, acrilato, poliamida de carbón, carbón/acrilato dual u otro material. Si se requieren temperaturas altas, una poliimida o un material derivado, pueden utilizarse para operar a temperatura sobre los 300 grados Celsius. Las fibras pueden ser un cristal fotónico de núcleo hueco o un cristal fotónico de núcleo sólido. En algunas modalidades, el uso de fibras de cristal fotónicas de núcleo hueco a longitudes de onda de 1500 nm o superiores, puede reducir al mínimo las pérdidas de absorción.

El uso de la pluralidad de fibras ópticas puede ser atado en un conjunto en un número de configuraciones para mejorar la densidad de potencia. Las fibras ópticas que forman un conjunto pueden variar de dos en cientos de watts a potencias de kilowatt en cada fibra hasta millones en miliwatts o microwatts de potencia. En algunas modalidades, la pluralidad de fibras ópticas puede ser atada en un conjunto y ser empalmado a potencias debajo de 2.5 kW para escalonar la potencia. La potencia puede ser empalmada para incrementar las densidades de potencia a través de un conjunto, tal como preferentemente de hasta 10 kW, más preferentemente de hasta 20 kW, e incluso más preferentemente de hasta o mayor que 50 kW. El escalonado e incremento de potencia permite que el punto de rayo incremento o disminuya la densidad de potencia y los tamaños de punto de rayo a través de las fibras ópticas. En la mayor parte de los ejemplos, el empalme de la potencia para incrementar la salida de potencia total puede ser benéfico de manera que la potencia entregada a través de las fibras no alcanza a pasar los umbrales de potencia críticos para las fibras ópticas.

Por consiguiente, a modo de ejemplo, se proporcionan las siguientes configuraciones establecidas en el Cuadro 3 de la presente descripción.

CUADRO 3 Un cable delgado también puede ser empacado, por ejemplo, en la tubería de acero de 0.635 centímetros, junto con las fibras ópticas para probar la continuidad de la fibra. Alternativamente, un recubrimiento metálico de espesor suficiente es aplicado para permitir que se monitoree la continuidad de fibra. Estos métodos, sin embargo, se vuelven problemáticos ya que la fibra excede una longitud de 1 km, y no proporcionan un método práctico para pruebas y monitoreo.

Las configuraciones en el Cuadro 3 puede ser de longitudes iguales a o mayores que 1 m, iguales o mayores que 1 km, iguales o mayores que 2 km, iguales o mayores que 3 km, iguales o mayores que 4 km e iguales o mayores que 5 km. Estas configuraciones pueden ser utilizadas para transmitir a través de niveles de potencia desde aproximadamente 0.5 kW hasta aproximadamente 10 kW, desde más de o igual a 1 kW, mayor que o igual que 2 kW, mayor que o igual a 5 kW, mayor que o igual a 8 kW, mayor que o igual a 10 kW, y preferentemente de por lo menos aproximadamente 20 kW.

Durante la transmisión de potencia a distancias largas, tales como en el fondo de un pozo de perforación o a través de un cable que es por lo menos de 1 km, existen tres fuentes de pérdidas de potencia en una fibra óptica, Dispersión de Raleigh, Dispersión de Raman y Dispersión de Brillioun. La primera, la Dispersión de Raleigh es la pérdida intrínseca de la fibra que se debe a las impurezas en la fibra. La segunda, la Dispersión de Raman puede tener como resultado la Dispersión de Raman Estimulada en una onda de Stokes o anti-Stokes fuera de las moléculas de vibración de la fibra. La Dispersión de Raman ocurre de manera preferente en la dirección hacia adelante y tiene como resultado un cambio en la longitud de onda de hasta + 25 nm a partir de la longitud de onda original de la fuente. El tercer mecanismo, la Dispersión de Brillioun, es la dispersión de la bomba de propagación hacia delante de las ondas acústicas en la fibra, creada por los campos eléctricos altos de la luz fuente original (bomba). Este tercer mecanismo es altamente problemático y puede crear dificultades mayores al transmitir potencias altas a distancias grandes. La Dispersión de Brillioun puede dar lugar a la Dispersión de Brillioun Estimulada (SBS) en donde la bomba de luz de manera preferente es dispersa hacia atrás en la fibra con un cambio de frecuencia aproximadamente de 1 hasta aproximadamente 20 GHz a partir de la frecuencia de fuente original. Este efecto de Brillioun Estimulado puede ser suficientemente fuerte para dispersar hacia atrás substancialmente toda la luz de bomba incidentes si se determinan las condiciones correctas. Por consiguiente, es deseable suprimir este fenómeno no lineal. Esencialmente existen cuatro variables primarias que determinan el umbral para SBS: la longitud del medio de ganancia (la fibra); el ancho lineal de la fuente láser; el anchó" lineal de Brillioun natural de la fibra en que la luz de bomba se está propagando; y, el diámetro de campo de modo de la fibra. Bajo las condiciones típicas y para las fibras típicas, la longitud de la fibra en inversamente proporcional al umbral de potencia, de manera que a más larga es la fibra, menor es el umbral. El umbral de potencia es definido como la potencia a la cual un porcentaje alto de radiación de bomba incidente será disperso, de manera que ocurre una retroalimentación positiva, mediante la cual, las ondas acústicas son generadas mediante los procedimientos de dispersión. Estas ondas acústicas actúan entonces como un enrejado para incitar el SBS adicional. Una vez que se pasa el umbral de potencia, el crecimiento exponencial de la luz dispersa ocurre y se reduce en gran medida la capacidad para transmitir una potencia superior. Este crecimiento exponencial continúa con una reducción exponencial en la potencia hasta dicho punto mediante lo cual, cualquier entrada de potencia adicional no será transmitida hacia adelante, cuyo punto es definido en la presente descripción como la potencia de transmisión máxima. Por consiguiente, la potencia de transmisión máxima depende del umbral SBS, aunque una vez alcanzada, la potencia de transmisión máxima no incrementará con el incremento de entrada de potencia.

Por consiguiente, como se proporciona en la presente descripción, el medio novedoso y único para suprimir el fenómeno de dispersión no lineal, tal como el SBS y el fenómeno de Dispersión de Raman Estimulada, el medio para el umbral de potencia incrementada, y el medio para incrementar la potencia de transmisión máxima son establecidos para utilizarse en la transmisión de energía láser de potencia alta en distancias grandes para, entre otras cosas, el avance de los pozos de perforación.

El diámetro de campo de modo necesita ser tan grande como práctico, sin producir una atenuación indebida del láser fuente de propagación. Las fibras de modo único de núcleo grande están disponibles actualmente con los diámetros de modo de hasta 30 mieras, sin embargo, las pérdidas por inflexión normalmente son altas y las pérdidas de propagación son más grandes de lo deseado. Las fibras de índice de paso de núcleo pequeño, con diámetros de campo de modo de 50 mieras son de interés, debido a las pérdidas intrínsecas bajas, la fluencia de lanzamiento reducida de manera significativa y la ganancia SBS disminuida debido a que la fibra no está conservando la polarización, también tiene una constante de propagación de modos múltiples y un diámetro de campo de modo grande. Todos estos factores incrementan de manera efectiva el umbral de potencia SBS. En consecuencia, una fibra de núcleo mayor con pérdidas de dispersión de Raleigh es una solución potencial para transmitir potencias altas sobre distancias grandes, preferentemente en donde el diámetro de campo de modo es de 50 mieras o mayor en diámetro.

La siguiente consideración es el ancho de línea de Brillioun natural de la fibra. A medida que se incrementa el ancho de linea de Brillioun, disminuye el factor de ganancia de dispersión. El ancho de línea de Brillioun puede ser ensanchado variando la temperatura a lo largo de la longitud de la fibra, modulando la tensión sobre la fibra e induciendo vibraciones acústicas en la fibra. Variar la temperatura a lo largo de la fibra, tiene como resultado un cambio en el índice de refracción de la fibra y la vibración de fondo (kT) de los átomos en la fibra que ensanchan de manera significativa el espectro de Brillioun. En la aplicación de fondo del pozo, la temperatura a lo largo de la fibra variará de manera natural como un resultado de la energía geotérmica a la que será expuesta la fibra en los intervalos de profundidad expresados en la presente descripción. El resultado neto será una supresión de la ganancia SBS. Aplicar un gradiente térmico a lo largo de la longitud de la fibra podría ser un medio para suprimir el SBS incrementando el ancho lineal de Brillioun de la fibra. Por ejemplo, dicho medio podría incluir el uso de un elemento de calentamiento de película delgada o aislamiento variable a lo largo de la longitud de la fibra para controlar la temperatura real en cada punto a lo largo de la fibra. Los gradientes térmicos aplicados y las distribuciones de temperatura pueden ser, aunque sin limitación, funciones lineales, escalonadas y periódicas a lo largo de la longitud de la fibra.

Modulando la tensión para la supresión del fenómeno de dispersión no lineal sobre la fibra, puede lograrse, aunque ese medio no está limitado al anclaje de la fibra en su cubierta, de manera que la fibra es tensada. Al estirar cada segmento entre los elementos de soporte en forma efectiva, entonces el espectro de Brillioun será ya sea un cambio rojo o un cambio azul a partir de la frecuencia central natural ensanchando de manera efectiva el espectro y disminuyendo la ganancia. Si se deja que la fibra cuelgue libremente desde un tensor, entonces la tensión variará de la parte superior del pozo a la parte inferior del pozo, ensanchando de manera efectiva el espectro de ganancia de Brillioun y suprimiendo el SBS. Los medios para aplicar tensión a la fibra, incluyen sin limitación, torcer la fibra, estirar la fibra, aplicar presión externa a la fibra, y doblar la fibra. Por consiguiente, por ejemplo, como se planteó anteriormente, el torcido de la fibra puede ocurrir a través del uso de una jaula. Además, el torcido de la fibra puede ocurrir a través del uso de estabilizadores de fondo de pozo, diseñado para proporciona el movimiento giratorio. El estiramiento de la fibra puede lograrse, por ejemplo, como se describió anteriormente utilizando elementos de soporte a lo largo de la longitud de la fibra. Las presiones del fondo del pozo pueden proporcionar un gradiente de presión a lo largo de la longitud de la fibra, induciendo de esta manera la tensión.

La modulación acústica de la fibra puede alterar el ancho lineal de Brillioun. Al colocar los generadores acústicos, tales como piezo-cristales a lo largo de la longitud de la fibra y modularlos a una frecuencia previamente determinada, el espectro de Brillioun puede ser ensanchado, disminuyendo de manera efectiva la ganancia SBS. Por ejemplo, los cristales, transductores, vibradores mecánicos o cualquier otro mecanismo para inducir vibraciones acústicas dentro de la fibra, se pueden utilizar para suprimir de manera efectiva la ganancia SBS. Adicionalmente, la radiación acústica puede ser creada por el escape de aire comprimido a través de los orificios previamente definidos, creando un efecto de silbido.

La interacción del ancho lineal de fuente y el ancho lineal de Brillioun en parte define la función de ganancia. Al variar el ancho de línea de la fuente puede suprimirse la función de ganancia y por consiguiente, suprimir el fenómeno no lineal, tal como el SBS. El ancho lineal de fuente puede variarse, por ejemplo, mediante modulación FM o fuentes combinadas de la longitud de onda separada en forma cercana, un ejemplo de las cuales está ilustrado en la figura 5. Por consiguiente, un láser de fibra puede ser FM modulado directamente por un número de medios, un métodos simplemente es estirando la fibra con un elemento piezo-eléctrico, el cual induce un índice de cambio en el medio de fibra, dando como resultado un cambio en la longitud de la cavidad del láser, el cual produce un cambio en la frecuencia natural del láser de fibra. Este esquema de modulación FM puede lograr una modulación de banda muy ancha del láser de fibra con componentes mecánicos y eléctricos relativamente lentos. Un método más directo para la modulación FM de estas fuentes láser puede ser pasar el rayo a través de un cristal no lineal, tal como niobato de litio, que opera en un modo de modulación de fase, y modula la fase en la frecuencia deseada para suprimir la ganancia.

Adicionalmente, una combinación de rayo espectral de fuentes láser, el cual se puede utilizar para suprimir la Dispersión de Brillioun Estimulada. Por consiguiente, los rayos de longitud de onda separada, la separación como se describe en la presente descripción, puede suprimir la Dispersión de Brillioun Estimulada a través de la interferencia en las ondas acústicas resultantes, las cuales tienden a ensanchar el Espectro de Brillioun Estimulado, y de esta manera da como resultado una ganancia de Brillioun Estimulada inferior. Adicionalmente, al utilizar colores múltiples, la potencia de transmisión máxima total puede ser incrementada limitando el fenómeno SBS dentro de cada color. Un ejemplo de dicho sistema láser se ilustra en la figura 4.

La dispersión de Raman puede ser suprimida mediante la inclusión de un filtro selectivo de longitud de onda en la trayectoria óptica. Este filtro puede ser reflejante, transmisor o un filtro absorbente. Además, un conector de fibra óptica puede incluir un filtro de rechazo de Raman. Adicionalmente, un filtro de rechazo de Raman podría ser integral a la fibra. Estos filtros pueden ser, aunque sin limitación, un filtro de volumen, tal como un filtro dicroico o un filtro enrejado transmisor, tal como un filtro enrejado de Bragg, o un filtro enrejado reflejante, tal como una rejilla pautada. Para cualquier energía de Raman de propagación hacia atrás, así como también un medio para introducir energía de bomba a un amplificador de fibra activa integrado dentro de la trayectoria de fibra general, se contempla, el cual, a modo de ejemplo, podría incluir un método para integrar un filtro de rechazo con un acoplador para suprimir la radiación de Raman, la cual suprime la ganancia de Raman. Adicionalmente, la dispersión de Brillioun puede suprimirse también por filtración. Los aisladores de Faraday, por ejemplo, podrían ser integrados en el sistema. Un reflector enrejado de Bragg sintonizado a la frecuencia de dispersión de Brillioun también podrían integrarse en el acoplador para suprimir la radiación de Brillioun.

Para superar la pérdida de potencia en la fibra como una función de la distancia, se puede utilizar la amplificación activa de la señal digital. Un amplificador de fibra activa puede proporcionar ganancia a lo largo de la fibra óptica para compensar las pérdidas en la fibra. Por ejemplo, al combinar secciones de fibra activa con secciones de fibra pasiva, en donde la luz de bombeo es suficiente se proporciona al activo, es decir, la sección amplificada, las pérdidas en la sección pasiva serán compensadas. Por consiguiente, se proporciona un medio para integrar la amplificación de señal en el sistema. En la figura 7, se ilustró un ejemplo de dicho medio que tiene una primera sección de fibra pasiva 8000 con, por ejemplo, -1 dB de pérdida, una fuente de bomba 8001 asociada en forma óptica con el amplificador de fibra 8002, el cual puede ser introducido dentro del blindaje exterior, para proporcionar, por ejemplo, una ganancia de +1 dB de la potencia de señal de propagación. El amplificador de fibra 8002 está conectado en forma óptica a un acoplador 8003, el cual puede ser separado libremente o fusionado, el cual está conectado en forma óptica a una sección pasiva 8004. Esta configuración puede repetirse en numerosas ocasiones, para longitudes variables, pérdidas de potencia, y condiciones del fondo del pozo. Adicionalmente, el amplificador de fibra podría actuar como la fibra de suministro para la totalidad de la longitud de transmisión. La fuente de bombeo puede estar arriba del pozo, en el fondo del pozo o combinaciones de parte superior del pozo y fondo del pozo para diversas configuraciones de pozo de perforación.

Un método adicional es utilizar una combinación de rayo de longitud de onda denso de fuentes de láser múltiples para crear un ancho lineal efectivo que es muchas veces el ancho lineal natural del láser individual que suprime de manera efectiva la ganancia SBS. Aquí, múltiples láser, cada uno operando a una longitud de onda previamente determinada y a una separación de longitud de onda previamente determinada son superpuestos uno sobre el otro, por ejemplo, mediante una rejilla. La rejilla puede ser transmisora o reflectora.

La fibra óptica o conjunto de fibras puede ser recubierto en una protección ambiental para permitirle sobrevivir a presiones y temperaturas altas. El cable podría ser similar en construcción a los cables submarinos que residen a través del lecho marino y pueden ser flotantes si el pozo se llena con agua. El cable puede consistir en una o muchas fibras ópticas en el cable, dependiendo de la capacidad de manejo de potencia de la fibra y la potencia requerida para lograr índices de perforación económicos. Se debe comprender que en el campo, varios km de fibra óptica tendrán que ser suministrados hacia abajo en el pozo de perforación. Los cables de fibra pueden ser elaborados en longitudes variables, de manera que las longitudes más cortas son utilizadas para profundidades menos profundas de manera que los niveles de potencia superior pueden ser suministrados y en consecuencia, los índices de perforación superiores pueden lograrse. Este método requiere que las fibras sean cambiadas cuando se hace la transición a profundidades más allá de la longitud del cable de fibra. Alternativamente, podría emplearse una serie de conectores si los conectores pudieran ser elaborados con una pérdida suficientemente baja para permitir la conexión y reconexión de las fibras con pérdidas mínimas.

Por consiguiente, se proporciona en los Cuadros 4 y 5 de la presente descripción, las transmisiones de potencia, para las configuraciones de cable óptico de ejemplo.

CUADRO 4 CUADRO 5 (con amplificación activa) Las fibras ópticas, preferentemente son colocadas dentro de la tubería embobinada para hacerse avanzar dentro y remover del pozo de perforación. De esta manera, la tubería embobinada podría ser el soporte de carga primaria y soportar la estructura a medida que la tubería se hace descender dentro del pozo. Fácilmente se puede apreciar que en los pozos de gran profundidad la tubería soportará una cantidad significativa de peso debido a su longitud. Para proteger y asegurar las fibras ópticas, incluyen el conjunto de fibra óptica contenida en la, por ejemplo, tubería de acero inoxidable de 0.635 centímetros, dentro de la tubería de embobinado, son deseables los dispositivos de estabilización. Por consiguiente, en los diversos intervalos a lo largo de la longitud de la tubería embobinada, los soportes pueden localizarse dentro de la tubería embobinada que fijan o sostienen la fibra óptica en su sitio en relación con la tubería embobinada. Estos soportes, sin embargo, no deben interferir con, u obstruir de otra forma, el flujo de fluido, si el fluido está siendo transmitido a través de la tubería embobinada. Un ejemplo de un sistema de estabilización comercialmente disponible es el Sistema ELECTROCOIL. Estas estructuras de soporte, como se describió anteriormente, se pueden utilizar para proporcionar una tensión para la fibra para la supresión del fenómeno no lineal.

Aunque es preferible colocar las fibras ópticas dentro de la tubería, las fibras también pueden ser asociadas con la tubería, por ejemplo, al correr paralela a la tubería, y fijándose a la misma, al correr paralelo a la tubería y fijarse en forma que se puede deslizar a la misma, o al ser colocado en una segunda tubería que está asociada o no asociada con la primera tubería. De esta forma, se apreciará que pueden emplearse diversas combinaciones de tubulares para optimizar el suministro de la energía láser, fluidos y otros cableados y dispositivos dentro del pozo de perforación. Adicionalmente, la fibra óptica puede ser segmentada y empleada con piezas convencionales de tubería de perforación y por consiguiente ser adaptados fácilmente para utilizarse con un equipo de perforación mecánico convencional equipado con tubería de perforación tubular que se puede conectar.

Durante las operaciones de perforación, y en particular, durante las operaciones de perforación profunda, por ejemplo, profundidades mayores de 1 km, puede ser deseable monitorear las condiciones en el fondo del pozo de perforación, así como también, monitorear las condiciones a lo largo y en el medio de transmisión de rayo láser de energía alta a gran distancia. Por consiguiente, adícionalmente se proporciona el uso de un pulso óptico, tren de pulsos, o señal continua que son monitoreados en forma continua que se reflejan desde el extremo distal de la fibra y se utilizan para determinar la continuidad de la fibra. Adicionalmente, se proporciona el uso de fluorescencia desde la superficie iluminada como un medio para determinar la continuidad de la fibra óptica. Un láser de potencia alta será calentado de manera suficiente el material de roca hasta el punto de emisión de luz. Esta luz emitida puede ser monitoreada en forma continua como un medio para determinar la continuidad de la fibra óptica. Este método es más rápido que el método de transmisión de un pulso a través de la fibra debido a que la luz únicamente tiene que propagarse a lo largo de la fibra en una dirección. Adicionalmente, se proporciona el uso de una fibra separada para enviar una señal de sonda al extremo distal del conjunto de fibra blindado a una longitud de onda diferente de la señal de potencia alta y monitoreando la señal de regreso en la fibra óptica de potencia alta, se puede determinar la integridad de la fibra.

Estas señales de monitoreo pueden transmitirse a longitudes de onda substancialmente diferentes de la señal de potencia alta, de manera que un filtro selectivo de longitud de onda puede ser colocado en la trayectoria del rayo en la parte superior del pozo o el fondo del pozo para dirigir la señales de monitoreo dentro del equipo para su análisis. Por ejemplo, este filtro sele3ctivo puede ser colocado en la jaula o la bobina descrita en la presente descripción.

Para facilitar dicho monitoreo se puede utilizar un Analizador de Espectro Óptico o un reflectómetro de dominio de tiempo óptico o combinaciones de los mismos. Un analizador de espectro óptico AnaritsuMS9710C que tiene: un intervalo de longitud de onda de 600 nm - 1.7 mieras; una base de ruido de 90 dBm @ 10 Hz, -40 dBm @ 1 MHz; un intervalo dinámico de 70 dB a una resolución de 1 nm, y una profundidad de barrido máxima: 1200 nm y se puede utilizar un Anaritsu CMA 4500 OTDR.

La eficiencia de la acción de corte del láser también puede determinarse monitoreando la proporción de luz emitida a la luz reflejada. Los materiales que experimentan la fusión, astillado, disociación térmica o vaporización refleja y absorberá proporciones diferentes de luz. La proporción de luz emitida a reflejada puede variar mediante el material que permite adicionalmente el análisis de tipo de material mediante este método. Por consiguiente, al monitorear la proporción de luz emitida a reflejada del tipo de material, la eficiencia de corte, o ambos pueden determinarse. Este monitoreo puede ser realizado en la parte superior del pozo, en el fondo del pozo o una combinación de los mismos.

Adicionalmente, para una variedad de propósitos, tal como energizar el equipo de monitoreo del fondo del pozo, la generación de potencia eléctrica puede ocurrir en el pozo de perforación incluyendo en o cerca del fondo del pozo de perforación. Esta generación de potencia puede ocurrir utilizando el equipo conocido por aquellos expertos en la materia, incluyendo a los generadores impulsados mediante los lodos de perforación u otros fluidos del fondo del pozo, medio para convertir la potencia óptica en eléctrica, y medios para convertir la potencia térmica en eléctrica.

El ensamble del fondo del pozo contiene la óptica láser, el medio de suministro para el fluido y otro equipo. En general, el ensamble del fondo del pozo contiene el extremo de salida, también denominado como el extremo distal, del medio de transmisión de rayo láser de potencia alta a gran distancia y preferentemente la óptica para dirigir el rayo láser a la tierra o roca a ser removida para avanzar el pozo de perforación, o la otra estructura que se pretende cortar.

Los sistemas presentes y en particular el ensamble de fondo del pozo, puede incluir uno o más manipuladores ópticos. Un manipulador óptico puede generalmente controlar un rayo láser, tal como dirigiendo o colocando el rayo láser para astillar el material, tal como roca. Por ejemplo, la distancia espacial desde una pared del pozo de perforación o roca, puede ser controlada, asi como también el ángulo de impacto. En algunas configuraciones, uno o más manipuladores ópticos que se pueden conducir pueden controlar la dirección y ancho espacial del uno o más rayos láser mediante uno o más espejos reflejantes o cristales reflectores. En otras configuraciones, el manipulador óptico puede ser dirigido mediante un interruptor electro-óptico, polímeros electroactivos, galvonómetros, piezoeléctricos, y/o motores giratorios/lineales. En por lo menos una configuración, un láser de diodo infrarrojo o cabeza óptica de láser de fibra, generalmente pueden girar alrededor de un eje vertical para incrementar la longitud de contacto de abertura. Diversos valores que se pueden programar, tales como energía específica, potencia específica, índice de pulso, duración y los similares se pueden implementar como una función de tiempo. Por consiguiente, en donde se aplica la energía puede determinarse en forma estratégica, programada y ejecutada de manera que mejora un índice de penetración y/o interacción láser/roca, para mejorar la eficiencia general del avance del pozo de perforación, y para mejorar la eficiencia general de completado del pozo de perforación, incluyendo la reducción del número de pasos en la trayectoria crítica para completar el pozo de perforación. Se puede utilizar uno o más algoritmos para controlar el manipulador óptico.

Por consiguiente, a modo de ejemplo, en la figura 8 se ilustró el ensamble de fondo del pozo que comprende una parte superior 9000 y una parte inferior 9001. La parte superior 9000 puede estar conectada el extremo inferior de la tubería embobinada, tubería de perforación u otros medios para descender y recuperar el ensamble del fondo del pozo desde el pozo de perforación. Adicionalmente, se puede conectar a estabilizadores, collarines de perforación u otros tipos de ensambles de fondo del pozo (no mostrados en la figura) los cuales, a su vez están conectados al extremo inferior de la tubería embobinada, el tubo de perforación y otros medios para descender y recuperar el ensamble del fondo del pozo desde el pozo de perforación. La parte superior 9000 contiene adicionalmente el medio 9002 que transmitió la energía de potencia alta hacia abajo del pozo de perforación y el extremo inferior 9003 del medio. En la figura 8, este medio se muestra como un conjunto de cuatro cables ópticos. La parte superior 9000 también puede tener boquillas de amplificación de aire 9005 que descargan una porción de hasta el 100% del fluido, por ejemplo, N2. La parte superior 9000 está unida a la parte inferior 9001 con una cámara sellada 9004 que es transparente al rayo láser y forma un plano de pupila para la óptica que conforma el rayo 9006 en la parte inferior 9001. La parte inferior 9001 puede estar diseñada para girar y de esta manera, por ejemplo, un punto de rayo láser con forma elíptica puede hacerse girar alrededor del fondo del pozo de perforación. La parte inferior 9001 tiene una salida de flujo laminar 9007 para el fluido y dos rodillos endurecidos 9008, 9009 en su extremo inferior, aunque se pueden emplear los flujos no laminares y los flujos turbulentos.

Durante el uso, el rayo láser de energía alta, por ejemplo, mayor de 10 kW, podrían viajar hacía debajo de las fibras 9002, salir de los extremos de las fibras 9003 y viajar a través de la cámara sellada y el plano pupilo 9004 dentro de la óptica 9006, en donde podría ser conformado y enfocado en un punto elíptico. El rayo láser podría entonces golpear el fondo del pozo de perforación astillando, fundiendo, disociando en forma térmica y/o vaporizando la roca y golpeando la roca y por consiguiente, haciendo avanzar el pozo de perforación. La parte inferior 9001 podría ser giratoria, y esta rotación podría provocar que el punto láser elíptico gire alrededor del fondo del pozo de perforación. Esta rotación también podría provocar que los rodillos 9008, 9009 desplacen físicamente cualquier material que fue cristalizado por él láser o de otra manera, fijo de manera suficiente para no tener la capacidad de ser removido por el flujo del fluido solo. Los cortes podrían ser eliminados de la trayectoria láser mediante el flujo laminar del fluido, así como también, mediante la acción de los rodillos 9008, 9009 y los cortes podrían entonces ser transportados hacia arriba del pozo de perforación mediante la acción del fluido desde el amplificador de aire 9005, asi como también, la abertura de flujo laminar 9007.

En general, el LBHA puede contener un alojamiento exterior que tiene la capacidad de soportar las condiciones de un ambiente de fondo del pozo, una fuente de un rayo láser de potencia alta u ópticas para la conformación y dirección de un rayo láser sobre las superficies deseadas del pozo de perforación, recubrimiento o formación. El rayo láser de potencia alta puede ser mayor que aproximadamente 1 kW, desde aproximadamente 2 kW hasta aproximadamente 20 kW, mayor que aproximadamente 5 kW, desde aproximadamente 5 kW hasta aproximadamente 10 kW, preferentemente de por lo menos aproximadamente 10 kW, por lo menos de aproximadamente 15 kW, y por lo menos de aproximadamente 20 kW. El ensamble puede contener adicionalmente o estar asociado con un sistema para suministrar y dirigir el fluido a la ubicación deseada en el pozo de perforación, un sistema para reducir o controlar o manejar los desechos en la trayectoria del rayo láser a la superficie material, un medio para controlar o manejar la temperatura de la óptica, un medio para controlar o manejar la presión que rodea la óptica, y otros componentes del ensamble, y equipo y aparatos de monitoreo y medición, así como también, otros tipos de quipo del fondo del pozo que se utiliza en las operaciones de perforación mecánica convencional. Adicionalmente, el LBHA puede incorporar un medio para permitir la óptica para conformar y propagar el rayo, el cual, por ejemplo, podría incluir un medio para controlar el índice de refracción del ambiente a través del cual se propaga el láser. Por consiguiente, como se utiliza en la presente descripción, elementos térmicos de control y manejo son comprendidos para ser utilizados en su sentido más amplio y podría incluir medidas activas y pasivas, así como también elecciones de diseño y elecciones de materiales.

El LBHA debe ser constituido para soportar las condiciones encontradas en los pozos de perforación que incluyen los pozos de perforación que tienen profundidades de aproximadamente 1 ,640 pies (0.5 km) o más, aproximadamente 3,280 pies (1 km) o más, aproximadamente 9,830 pies (3 km) o más, aproximadamente 16,400 pies (5 km) o más, y hasta e incluyendo aproximadamente 22,970 pies (7 km) o más. Aunque la perforación, es decir, el avance del pozo de perforación está ocurriendo en la ubicación deseada en el pozo de perforación pueden tener polvo, fluido de perforación y/o cortes presentes. Por consiguiente, el LBHA debe ser construido de materiales que pueden soportar estas presiones, temperaturas, flujos y condiciones, y proteger las ópticas láser que están contenidos en el LBHA. Adicionalmente, el LBHA debe ser diseñado y construido para soportar las temperaturas del fondo del pozo, presiones y flujos y condiciones mientras que maneja los efectos adversos de las condiciones sobre la operación de las ópticas láser y el suministro del rayo láser.

El LBHA también debe construirse para manejar y suministrar energía láser de potencia alta en estas profundidades y bajo las condiciones extremas presentes en estos ambientes de fondo del pozo profundo. Por consiguiente, el LBHA y sus ópticas láser deben tener la capacidad para manejar y suministrar rayos láser que tienen energías de 1 kW o más, 5 kW o más, 10 kW o más y 20 kW o más. Este ensamble y ópticas también deben tener la capacidad de suministrar dichos rayos láser a profundidades de aproximadamente 1 ,640 pies (0.5 km) o más, aproximadamente 3,280 pies (1 km) o más, aproximadamente 9,830 pies (3 km) o más, aproximadamente 16,400 pies (5 km) o más, y de hasta e incluyendo aproximadamente 22, 970 pies (7 km) o más.

El LBHA también debe tener la capacidad de operar en estos ambientes de fondo del pozo extremos durante periodos de tiempo prolongados. El descenso y elevación de un ensamble de fondo del pozo se ha denominado como un viaje de entrada y viaje de salida. Aunque el ensamble de fondo del pozo tiene un viaje de entrada y salida del pozo de perforación no se está haciendo avanzar. Por consiguiente, al reducir el número de veces que el ensamble de fondo del pozo necesita viajar hacia adentro y viajar hacia afuera, reducirá la trayectoria crítica para hacer avanzar el pozo de perforación, es decir, la perforación del pozo, y por consiguiente reducirá el costo de dicha perforación. (Como se utiliza en la presente descripción, la trayectoria crítica se refiere al número mínimo de pasos que deben realizarse en serie para completar el pozo.) Estos ahorros de costo se igualan a un incremento en la eficiencia del índice de perforación. Por consiguiente, al reducir el número de veces que el ensamble de fondo del pozo necesita removerse del pozo de perforación corresponde directamente a las reducciones en el tiempo que se toma perforar el pozo y el costo para dicha perforación. Adicionalmente, debido a que la mayoría de las actividades de perforación se basan en índices diarios para equipos de perforación, la reducción del número de días para completar un pozo de perforación proporcionará un beneficio comercial substancial. Por consiguiente, el LBHA y su óptica láser debe tener la capacidad de manejar y suministrar los rayos láser que tienen energías de 1 kW o más, 5 kW o más, 10 kW o más y 20 kW o más a profundidades de aproximadamente 1 ,640 pies (0.5 km) o más, aproximadamente 3,280 pies (1 km) o más, aproximadamente 9,830 pies (3 km) o más, aproximadamente 16,400 pies (5 km) o más, y hasta e incluyendo aproximadamente 22,970 pies (7 km) o más, durante por lo menos aproximadamente 1/2 hora o más, por lo menos aproximadamente 1 hora o más, por lo menos aproximadamente 2 horas o más, por lo menos aproximadamente 5 horas o más, y por lo menos de aproximadamente 10 horas o más, y preferentemente mayor que cualquier otro factor limitante en el avance de un pozo de perforación. De esta forma, utilizando el LBHA de la presente invención, se podrían reducir las actividades de viaje únicas a aquellas que están relacionadas con el revestimiento y las actividades para completarlo, reduciendo en gran medida el costo para la perforación del pozo.

Por consiguiente, en general, el sistema de remoción de cortes puede ser típico de aquel utilizando en un sistema de perforación petrolero. Esto podría incluir, a modo de ejemplo, un agitador de esquisto. Adicionalmente, se pueden utilizar las centrifugadoras de arena y centrifugadoras de sedimentos y entonces las centrífugas. El propósito de este equipo es remover los cortes, de manera que el fluido puede hacerse circular nuevamente y utilizarse nuevamente. Si el fluido, es decir, el medio de circulación es gas, que un sistema de vaporización de agua puede también emplearse.

En la figura 9, se proporciona una ilustración de un ejemplo de una configuración LBHA con dos puertos de salida de fluido mostrados en la figura. Este ejemplo emplea el uso de amplificadores de fluido y en particular, para esta ilustración, las técnicas de amplificador de aire para remover material del pozo de perforación. Por consiguiente, se proporciona una sección de un LBHA 9101 , que tiene un primer puerto de salida 9103, y un segundo puerto de salida 9105. El segundo puerto de salida como está configurado, proporciona un medio para amplificar el aire, o un medio de amplificación de fluido. El primer puerto de salida 9103 también proporciona una abertura para el rayo láser y la trayectoria láser. Se proporciona una primera trayectoria de flujo de fluido 9107 y una segunda trayectoria de flujo de fluido 9109. Adicionalmente, existe una capa de límite 91 11 asociada con la segunda trayectoria de flujo de fluido 9109. La distancia entre la primera salida 9103 y el fondo del pozo de perforación 91 12 se muestra mediante la distancia y, y la distancia entre el segundo puerto de salida 9105 y la pared lateral del pozo de perforación 91 4 se muestra mediante la distancia x. teniendo la curvatura del lado superior 91 15 del segundo puerto 9105 es importante para proporcionar el flujo del fluido para hacer una curva alrededor y moverse hacia arriba del pozo de perforación. Adicionalmente, teniendo el ángulo 91 16 formado por la superficie angulada 91 17 del lado inferior 91 19, es importante de manera similar para tener la capa del límite 91 11 asociado con el flujo de fluido 9109. Por consiguiente, la segunda trayectoria de flujo 9109 es responsable de manera principal para mover el material de desperdicio hacia arriba y fuera del pozo de perforación. La primera trayectoria de flujo 9117 es responsable principalmente de mantener la trayectoria óptica abierta en forma óptica de desechos y reduciendo los desechos en esa trayectoria y responsable adicionalmente para mover el material de desperdicio del área debajo del LBHA a sus lados y un punto en donde puede ser transportada fuera del pozo de perforación mediante el segundo flujo 9105.

Actualmente se considera que la proporción de los índices de flujo entre la primera y segunda trayectorias de flujo debe ser de aproximadamente el 100% para la primera trayectoria de flujo, 1 :1 , 1:10, a 1:100. Adicionalmente, el uso de amplificadores de fluido es de ejemplo y se debe comprender que un LBHA, o perforación láser en general, puede emplearse sin dichos amplificadores. Adicionalmente, los chorros de fluido, las cuchillas de aire o medios de dirección de fluido generales se pueden utilizar en asociación con el LBHA, en conjunto con amplificadores o en lugar de los amplificadores. Un ejemplo adicional de un uso de amplificadores podría ser colocar las ubicaciones del amplificador en donde el diámetro del pozo de perforación cambia o el área del anillo formado por la tubería y cambio de pozo de perforación, tal como la conexión entre el LBHA y la tubería. Adicionalmente, cualquier número de amplificadores, chorros o cuchillas de aire, o dispositivos de dirección de fluido similares, se puede utilizar, por consiguiente no se pueden usar dichos dispositivos, se puede usar un par de dichos dispositivos, y una pluralidad de dichos dispositivos se puede utilizar, y se puede utilizar la combinación de estos dispositivos. Los cortes o desperdicios que son creados por el láser (y la interacción de medios de láser-mecánicos) tienen velocidades terminales que deben ser superadas por el flujo del fluido hacia arriba del pozo de perforación para removerlos del pozo de perforación. Por consiguiente, por ejemplo, si los cortes tienen velocidades terminales de, para desperdicio de piedra arenisca desde aproximadamente 4 m/seg hasta aproximadamente 7 m/seg., desperdicio de granito desde aproximadamente 3.5 m/seg hasta 7 m/seg, desperdicio de basalto desde aproximadamente 3 m/seg hasta 8 mseg., y para desperdicio de piedra caliza menor de 1 m/seg, estas velocidades terminales podrían tener que ser superadas.

En la figura 10, se proporciona un ejemplo de un LBHA. Por consiguiente, se muestra una porción de un LBHA 100, que tiene un primer puerto 103 y un segundo puerto 105. En esta configuración, el segundo puerto 105, en comparación con la configuración del ejemplo en la figura 3, se mueve hacia abajo al fondo del LBHA. Se proporciona el segundo puerto para una trayectoria de flujo 109 que puede observarse tiene dos trayectorias; una trayectoria esencialmente horizontal 113 y una trayectoria vertical 1 11. También existe una trayectoria de flujo 107, la cual principalmente es para mantener la trayectoria láser ópticamente despejada de desechos. Las trayectorias de flujo 1 3 y 107 combinan para volverse parte de la trayectoria 11 1.

En la figura 12, se proporciona un ejemplo de un puerto de salida giratorio que puede ser parte de o estar asociado con un LBHA, o ser empleado en la perforación láser. Por consiguiente, se proporciona un puerto 1201 que tiene una abertura 1203. El puerto gira en la dirección de las flechas 1205. El fluido es expulsado entonces del puerto en dos trayectorias de flujo dirigidas angularmente diferentes. Ambas trayectorias de flujo tener están en la dirección de rotación. Por consiguiente, se proporciona una primera trayectoria de flujo 1207 y una segunda trayectoria de flujo 1209. La primera trayectoria de flujo tiene un ángulo "a" con respecto a y en relación con la rotación de salida. La segunda trayectoria de flujo tiene un ángulo "b" con respecto a y en relación con la rotación de la salida. De esta forma, el fluido puede actuar como una cuchilla o propulsor y ayudar a la remoción del material.

El puerto de salida ilustrativo de la figura 12, puede estar configurado para proporcionar flujos 1207 y 1209 para estar en la dirección de rotación opuesta, la salida puede estar configurada para proporcionar el flujo 1207 en la dirección de la rotación y flujo 1209 en una dirección opuesta a la rotación. Adicionalmente, la salida puede ser configurada para proporcionar los ángulos de flujo a y b, que son los mismos o son diferentes, cuyos ángulos de flujo pueden variar de 90° hasta casi 0o, y pueden estar dentro de los intervalos desde aproximadamente 80° hasta 10°, aproximadamente 70° hasta 20°, aproximadamente de 60° a 30°, y aproximadamente de 50° a 40°, incluyendo variaciones de estos en donde "a" es un ángulo diferente y/o dirección que "b".

En la figura 13, se proporciona un ejemplo de una configuración de cuchilla de aire que está asociada con una LBHA. Por consiguiente, se proporciona una cuchilla de aire 1301 que está asociada con una LBHA 1313. De esta manera, la cuchilla de aire y su flujo de fluido relacionado puede ser dirigida en una forma previamente determinada, tanto con respecto al ángulo como a la ubicación del flujo. Adicionalmente, en las cuchillas de aire adicionales, se pueden emplear otros dispositivos de dirección y suministro de fluido, tales como chorros de fluido.

Para ilustrar adicionalmente las ventajas, usos, parámetros de operación y aplicaciones de la presente invención, a modo de ejemplo y sin limitación, es proponen los siguientes estudios de ejemplo sugeridos.

EJEMPLO 1 Se utilizarán los tiempos de exposición de prueba de 0.05 s, 0.1 s, 0.2 s y 0.5 s y 1 s, para granito y piedra caliza. La densidad de potencia se variará cambiando el diámetro del punto de rayo (circular) y se utilizará el área elíptica de 12.5 mm x 0.5 mm con un tiempo-potencia promedio de 0.5 kW, 1.6 kW, 3 kW, 5 kW. Además del rayo de onda continua, también se probará la potencia por pulsos para zonas de astillado.

Configuración experimental Láser de fibra IPG Photonics de 5 kW de láser de fibra de blindaje múltiple mezclado con iterbio Dolomita/Barre granito 30.48 cm x 30.48 cm x 12.7 cm o y 12.7 cm x 12.7 cm x 12.7 cm Tamaño de roca Piedra caliza 30.48 cm x 30.48 cm x 12.7 cm o y 12.7 cm x 12.7 cm x 12.7 cm Tamaño de punto de rayo (o 0.3585", 0.0625" (12.5 mm, 0.5 mm), diámetro) 0.1 ", Tiempos de exposición 0.05s, 0.1 s, 0.2 s, 0.5 s, 1 s Tiempo - potencia promedio 0.25 kW, 0.5 kW, 1.6 kW, 3 kW, 5 kW Pulso 0.5 J/pulso a 20 J/pulso a 40 a 600 1/s EJEMPLO 2 EJEMPLO 3 La capacidad para picar un bloque rectangular de material, tal como una roca se demostrará de acuerdo con los sistemas y métodos de la presente descripción. La configuración se presenta en el cuadro a continuación, y el extremo del bloque de roca será utilizado como un reborde. Los bloques de granito, piedra arenisca, piedra caliza y esquisto (si es posible) cada uno será astillado a un ángulo al final del bloque (picando la roca alrededor del reborde). El punto de rayo entonces se moverá en forma consecutiva a otras partes del reborde recientemente creado de la roca astillada para separar una superficie superior del reborde al final del bloque. El objetivo será picar partículas de roca de aproximadamente 2.54 cm x 2.54 cm x 2.54 cm. El SP y SE aplicados se seleccionarán con base en los datos de astillado registrados anteriormente y la información recabada de los Experimentos 1 y 2 presentados anteriormente. ROP para picar la roca, se determinará y se demostrará la capacidad para picar roca a las especificaciones deseadas.

EJEMPLO 4 Se demostrará el picado de rayos múltiples. Se probará el astillado traslapado en el material, tal como roca, como resultado de dos rayos láser separados. Se utilizarán dos rayos láser a dos distancias de 0.508 cm, 1.27 cm, y 3.81 cm separados entre sí, como se subraya en la configuración experimental que se encuentra más adelante. Se utilizarán cada uno de granito, piedra arenisca, piedra caliza y esquisto. Las fracturas de roca serán probadas por astillado en los parámetros de zona de astillado, determinada para cada material. El gas de purga será determinado. Las fracturas de roca se traslapan con las piezas picadas separadas de roca. El objetivo será producir pedazos de roca del tamaño deseado 2.54 cm x 2.54 cm x 2.54 cm.

La roca será picada a partir de dos rayos a una distancia separada que determinará los tamaños de partículas óptimos que pueden ser picados en forma efectiva, proporcionando información sobre los tamaños de partículas a astillar y ROP para optimización.

Configuración experimental Láser de fibra IPG Photonics de 5 kW de láser de fibra de blindaje múltiple mezclado con iterbio Dolomita/barra de Granito 12.5 cm x 12.5 cm x 12.5 cm Tamaño de la roca Piedra caliza 12.5 cm x 12.5 cm x 12.5 cm Piedra arenisca berea gris (o 12.5 cm x 12.5 cm x 12.5 cm amarilla) Esquisto 12.5 cm x 12.5 cm x 12.5 cm Tipo de rayo CW/colimado o por pulsos en las zonas de astillado Potencia específica Zonas de astillado (920 W/cm2 a ~ 2.6 kJ/cc para piedra arenisca y 4kW/cm2 a ~ 0.52 kJ/cc para piedra caliza Tamaño de rayo 12.5 mm x 0.5 mm Tiempos de exposición Véanse los experimentos 1 y 2 Purga 189 l/min de flujo de nitrógeno Distancia entre dos rayos láser 0.508 cm, 1.27 cm, y 3.81 cm EJEMPLO 5 Se realizará el astillado de puntos múltiples con rayos múltiples para demostrar la capacidad para hacer pedazos el material, tal como roca, en un patrón. Se evaluarán diversos patrones sobre tipos diferentes de roca utilizando los parámetros que se encuentran a continuación. Los patrones que utilizan un punto lineal de aproximadamente 1 cm x 15.24 cm, un punto elíptico con un eje principal de aproximadamente 15.24 cm y un eje menor de aproximadamente 1 cm, un punto circular único que tiene un diámetro de 1 cm, un conjunto de puntos que tienen un diámetro de 1 cm con la separación entre los puntos siendo aproximadamente igual al diámetro de puntos, el conjunto tiene 4 puntos separados en un cuadrado, separados a lo largo de una línea. El rayo láser será entregado a la superficie de roca en un patrón de secuencia de disparos, en donde el láser es disparado hasta que ocurre el astillado y entonces, el láser es dirigido al siguiente disparo en el patrón y entonces es disparado hasta que ocurre el astillado, repitiendo este procedimiento. En el movimiento de los patrones lineales y elípticos, los puntos en efecto se hacen girar alrededor de sus ejes centrales. En el patrón que comprende el conjunto de los puntos, los puntos pueden girar alrededor de su eje central, y girar alrededor de un punto de eje como en las manos de un reloj que se mueve alrededor de una carátula.

Configuración experimental Láser de fibra IPG Photonics de 5 kW de láser de fibra de blindaje múltiple mezclado con iterbio Dolomita/barra de Granito 30.48 cm x 30.48 cm x 30.48 cm y Tamaño de la roca 30.48 cm x 13.48 cm x 12.7 cm Piedra caliza 30.48 cm x 30.48 cm x 30.48 cm y 30.48 cm x 13.48 cm x 12.7 cm Piedra arenisca berea gris (o 30.48 cm x 30.48 cm x 30.48 cm y amarilla) 30.48 cm x 13.48 cm x 12.7 cm Esquisto 30.48 cm x 30.48 cm x 30.48 cm y 30.48 cm x 13.48 cm x 12.7 cm Tipo de rayo CW/colimado o por pulsos en las zonas de astillado Potencia específica Zonas de astillado {920 W/cm2 a - 2.6 kJ/cc para piedra arenisca y 4kW/cm2 a ~ 0.52 kJ/cc para piedra caliza) Tamaño de rayo 12.5 mm x 0.5 mm Tiempos de exposición Véanse los experimentos 1 y 2 Purga 189 l/min de flujo de nitrógeno A partir de los ejemplos anteriores y las enseñanzas detalladas en éste, se puede observar que en general uno o más rayos láser pueden astillar, picar, vaporizar o fundir el material, tal como una roca, en un patrón que utiliza un manipulador óptico. Por consiguiente, la roca puede ser cortada en un patrón astillándose para formar fracturas de roca que rodean un segmento de la roca para picar esa pieza de roca. El tamaño de punto del rayo láser puede astillar, vaporizar o fundir la roca en un ángulo cuando interactúa con roca a potencia alta. Adicionalmente, el sistema manipulador óptico puede controlar dos o más rayos láser para confluir a un ángulo, de manera que se encuentre cercano a un punto cerca de una pieza de roca seleccionada como objetivo. El astillado puede entonces formar fracturas de roca que se traslapan y rodean la roca objetivo para picar la roca objetivo y permitir la remoción de piezas mayores de roca, de forma incremental. Por consiguiente, la energía láser puede picar una pieza de roca de hasta 2.54 cm de profundidad y 2.54 cm de ancho o mayor. Desde luego, las piezas de roca, mayores o menores, pueden picarse dependiendo de factores tales como el tipo de formación de roca, y la determinación estratégica de la técnica más eficiente.

Se proporcionan ejemplos ilustrativos y planos simplificados de escenarios de perforación potenciales, utilizando los sistemas y aparatos de perforación láser de la presente invención.

EJEMPLO 1 DE PLAN DE PERFORACIÓN Ejecutar un Longitud de revestimiento de 2,438 metros 24.44 centímetros Perforación de 2,438 metros - Piedra caliza Perforación pozo de 21.59 3,352.8 metros mecánica centímetros convencional Ejecutar un Longitud de revestimiento de 3,352.8 metros 17.78 centímetros Perforación de 3,352.8 metros Piedra arenisca Perforación un pozo de - 4,267.2 metros mecánica 15.87 convencional centímetros Ejecutar un Longitud de revestimiento de 914.4 metros 12.7 centímetros EJEMPLO 2 DE PLANO DE PERFORACIÓN Ejecutar un Longitud de revestimiento de 1 ,219.2 metros 24.44 centímetros Perforación de 1 ,219.2 metros basalto 20 kW (mínimo) pozo de 21.59 - 3,352.8 centímetros metros Ejecutar un Longitud de revestimiento de 3,352.8 metros 17.78 centímetros Perforación de 3,352.8 metros Piedra arenisca Perforación un pozo de - 4,267.2 metros mecánica 15.87 convencional centímetros Ejecutar un Longitud de revestimiento de 9 4.4 metros 12.7 centímetros Además, uno o más rayos láser pueden formar un reborde fuera del material, tal como la roca, astillando la roca en un patrón. Uno o más rayos láser pueden astillar la roca a un ángulo para el reborde que forma fracturas de roca que rodean el reborde para picar la pieza de roca que rodea el reborde. Dos o más rayos pueden picar la roca para crear un reborde. Los rayos láser pueden astillar la roca a un ángulo para el reborde que forma fracturas de roca que rodean el reborde para picar adicionalmente la roca. Se pueden picar rocas múltiples en forma simultánea mediante más de un rayo láser después de que uno o más rebordes de rocas son creados para picar la pieza de roca alrededor del reborde o sin un reborde haciendo confluir dos rayos cerca de un punto por astillado: adicionalmente, se puede emplear una técnica conocida como kerfing o corte.

De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, un láser de fibra o láser de cristal liquido puede ser bombeado en forma óptica en un intervalo desde 750 nm a 2100 nm de longitud de onda mediante un diodo láser infrarrojo. Un láser de fibra o láser de cristal liquido puede ser soportado o extenderse desde el diodo láser infrarrojo del fondo del pozo conectado mediante una fibra óptica que transmite desde el láser de diodo infrarrojo al láser de fibra o láser de cristal líquido en la longitud de onda de láser de diodo infrarrojo. El cable de fibra puede estar compuesto de un material tal como sílice, polímeros PMMA/perfluorado, cristales fotónicos de núcleo hueco, o cristales fotónicos de núcleo sólido que están en un modo único o en modos múltiples. Por consiguiente, la fibra óptica puede ser recubierta por una tubería embobinada o residir en una cadena de perforación rígida. Por otra parte, la luz puede ser transmitida desde el intervalo de diodo infrarrojo desde la superficie al láser de fibra o láser de cristal liquido en el fondo del pozo. Uno o más láser de diodo infrarrojo pueden estar sobre la superficie.

Un láser puede ser transportado dentro del pozo mediante un conducto elaborado de tubería embobinada o una cadena de perforación rígida. Se puede proporcionar un cable de potencia. También se puede proporcionar un sistema de circulación. El sistema de circulación puede tener una tubería rígida o flexible para enviar un líquido o gas al fondo del pozo. Una segunda tubería puede utilizarse para hacer subir los cortes de roca hasta la superficie. Una tubería puede enviar o transportar gas o líquido en el conducto a otra tubería, tubo o conducto. El gas o líquido pueden crear una cuchilla de aire que remueve material, tal como desechos de roca desde la cabeza de láser. Una boquilla, tal como una boquilla Laval puede estar incluida. Por ejemplo, una boquilla tipo Laval puede ser adjunta a la cabeza óptica para proporcionar gas o liquido presurizado. El liquido o gas presurizados pueden ser transmisores a la longitud de onda de trabajo del láser de diodo infrarrojo o luz láser de fibra para forzar los lodos de perforación lejos de la trayectoria láser. La tubería adicional en el conducto puede enviar un liquido a temperatura inferior al fondo del pozo que la temperatura ambiente a una profundidad para enfriar el láser en el conducto. Una o más bombas de liquido se pueden utilizar para regresar los cortes y desechos a la superficie, aplicando presión hacia arriba del pozo que extrae el fluido que no se puede comprimir a la superficie.

El lodo de perforación en el pozo puede ser transmisor hasta las longitudes de onda del intervalo visible, cerca de IR, e IR medio, de manera que el rayo láser tiene una trayectoria óptica despejada para la roca sin ser absorbido por el lodo de perforación.

Adicionalmente, los datos de la muestra espectroscópica pueden ser detectados y analizados. El análisis puede ser conducido en forma simultánea mientras que la perforación a partir de calor de la roca, está siendo emitida. Las muestras espectroscópicas pueden ser recolectadas mediante ' espectroscopia derivada de falla inducida por láser. La potencia por pulsos puede ser suministrada al punto de impacto de láser-roca mediante el láser de diodo infrarrojo. La luz puede ser analizada mediante un detector de longitud de onda único adjunto al láser de diodo infrarrojo. Por ejemplo, la luz alternada de Raman puede ser medida mediante un espectrómetro de Raman. Adicionalmente, por ejemplo, un láser de diodo que se puede sintonizar utilizando una rejilla de Bragg de fibra de modo de pocos puede ser implementado para analizar la banda de frecuencias de la muestra de fluido utilizando iterbio, tulio, neodimio, disprosio, praseodimio, o erbio como el medio activo. En algunas modalidades, la ecuación quimiométrica, o el ajuste de medios mínimos cuadrados puede utilizarse para analizar el espectro de Raman. La temperatura, calor específico y difusión teórica pueden determinarse. En por lo menos una modalidad, los datos pueden ser analizados por una red neural. La red neural puede ser actualizada en tiempo real mientras se está realizando la perforación. La actualización de la salida de potencia láser del diodo a partir de los datos de la red neural pueden optimizar el desempeño de perforación a través del tipo de formación de roca.

Un aparato para geo-navegar el pozo para poner en la bitácora pueden estar incluidos o asociados con el sistema de perforación. Por ejemplo, se puede proporcionar un magnemómetro, acelerómetro de 3 ejes y/o giroscopio. Como se planteó con respecto al láser, el dispositivo de geo-navegación puede estar recubierto, tal como con acero, titanio, diamante, o carburo de tungsteno. El dispositivo de geo-navegación puede ser recubierto junto con el láser o en forma independiente. En algunas modalidades, los datos del dispositivo de geo-navegación puede dirigir el movimiento direccional del aparato en el fondo del pozo desde un procesador de señal digital.

Un conjunto de fibras ópticas de potencia alta puede, a modo de ejemplo, colgar de un láser de diodo infrarrojo o láser de fibra de fondo del pozo de para transmitir potencia desde el láser a la formación de roca. En por lo menos una modalidad, el láser de diodo infrarrojo puede ser acoplado por fibra a un intervalo de longitud de onda entre 800 nm hasta 1000 nm. En algunas modalidades, la cabeza de fibra óptica puede no estar en contacto con el pozo de perforación. El cable óptico puede ser una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco, fibra de sílice o fibras ópticas de plástico que incluyen PMMA/polimeros perfluorados que están en un modo único o modos múltiples. En algunas modalidades, la fibra óptica puede ser recubierta por una tubería embobinada o rígida. La fibra óptica puede estar adjunta a un conducto con un primer tubo para aplicar gas o liquido para hacer circular los cortes. Un segundo tubo puede suministrar gas o líquido a, por ejemplo, una boquilla de chorro Laval para despejar los desechos de la cabeza láser. En algunas modalidades, los extremos de las fibras ópticas están recubiertos en una cabeza compuesta de un manipulador óptico que se puede dirigir y espejos o reflector de cristal. El recubrimiento de la cabeza puede estar compuesto de zafiro o un material relacionado. Un manipulador óptico puede ser provisto para hacer girar la cabeza de fibra óptica. En algunas modalidades, el láser de diodo infrarrojo puede estar completamente recubierto por acero, titanio, diamante o carburo de tungsteno que reside sobre las fibras ópticas en el pozo de perforación. En otras modalidades, éste puede ser parcialmente recubierto.

Los cables de fibra óptica únicos o múltiples pueden ser sintonizados a longitudes de onda cercanas a IR, IR medio o lejos de las IR, recibidas desde la inducción láser de diodo infrarrojo del material, tal como roca para muestreo de espectroscopia derivada. Una segunda cabeza óptica energizada mediante el láser de diodo infrarrojo sobre la cabeza de perforación óptica puede cubrir el revestimiento de formación. La segunda cabeza óptica puede extenderse desde el láser de diodo infrarrojo con la luz siendo transmitida a través de una fibra óptica. En algunas configuraciones, la fibra óptica puede ser protegida por la tubería embobinada. La cabeza óptica de láser de diodo infrarrojo puede perforar el recubrimiento de acero y concreto. En por lo menos una modalidad, un segundo láser de diodo infrarrojo sobre el primer láser de diodo infrarrojo, puede cubrir el revestimiento de formación mientras está perforando.

De acuerdo con una o más configuraciones, un láser de fibra o un láser de diodo infrarrojo, puede transmitir luz coherente hacia debajo de un tubo hueco sin que la luz entre en contacto con el tubo cuando es colocado en el fondo del pozo. El tubo hueco puede estar compuesto de cualquier material. En algunas configuraciones, el tubo hueco puede estar compuesto de acero, titanio o sílice. Un espejo o cristal reflector puede colocarse en el extremo del tubo hueco para dirigir la luz colimada al material, tal como una superficie de roca que está siendo perforada. En algunas modalidades, el manipulador óptico puede ser dirigido por un interruptor electro-óptico, polímeros electroactivos, . galvonómetros, piezo-eléctricos o motores giratorio/lineales. Se puede utilizar un sistema de circulación para hacer subir los cortes. Se puede utilizar una o más bombas de líquidos para hacer regresar los cortes a la superficie aplicando presión en la parte superior del pozo, extrayendo el fluido que no se puede comprimir a la superficie. En algunas configuraciones, la fibra óptica puede ser adjunta a un conducto con dos tubos, uno para aplicar gas o líquido para hacer circular los cortes y una para suministrar gras o líquido a una boquilla de chorro Laval para despejar los desechos de la cabeza láser.

En una modalidad adicional de la presente invención, se proporciona un equipo de perforación para elaborar un pozo de perforación en la tierra a una profundidad desde aproximadamente 1 km hasta aproximadamente 5 km o mayor, el equipo comprende una conjunto que lleva una fibra óptica blindada, que consiste desde 1 hasta una pluralidad de fibras ópticas recubiertas, que tienen una longitud que es igual a o mayor que la profundidad del pozo de perforación, y tiene un medio para embobinar y desembobinar el conjunto mientras que mantiene una conexión óptica con una fuente láser. En todavía una modalidad adicional de la presente invención, se proporciona un método para desembobinar el conjunto y suministrar el rayo láser a un punto en el pozo de perforación, y en particular, a un punto en o cerca del fondo del pozo de perforación. Adicionalmente, se proporciona un método para hacer avanzar el pozo de perforación, a profundidades que exceden 1 km, 2 km hasta y que incluyen 5 km, en parte mediante el suministro del rayo láser al pozo de perforación a través del conjunto de suministro de fibra óptica blindado.

Los conjuntos blindados novedosos e innovadores y aparatos y métodos de embobinado y desembobinado asociados de la presente invención, cuyos conjuntos pueden ser una fibra única o una pluralidad de fibras como las que se establecen en la presente descripción, se pueden utilizar con los equipos y aparatos de perforación para perforar, completar y las operaciones relacionadas y asociadas. Los aparatos y métodos de la presente invención, pueden utilizarse con los aparatos y equipos de perforación, tales como las actividades de exploración y desarrollo de campos. Por consiguiente, estos pueden utilizarse con, a modo de ejemplo y sin limitación, equipos de base terrestre, equipos de base terrestre móvil, equipos de torre fijos, equipos de barcaza, embarcaciones de perforación, plataformas de levantamiento, y equipos semi-sumergibles. Estos pueden utilizarse en operaciones para hacer avanzar el pozo, terminar el pozo y actividades de trabajo, incluyen la perforación de la cubierta de producción. Estos adicionalmente pueden utilizarse en el corte de una ventana y corte de tubería y en cualquier aplicación en donde el suministro del rayo láser a una ubicación, aparato o componentes que está localizado en la profundidad del pozo. En donde pueden ser benéficos o útiles.

Por consiguiente, a modo de ejemplo, un LBHA está ilustrado en las figuras 14A y 14B, las cuales son denominadas en forma colectiva como la figura 14. Se proporcionar un LBHA 14100, el cual tiene una parte superior 1400 y una parte inferior 1401. La parte superior 1400 tiene un alojamiento 1418 y la parte inferior 1401 tiene un alojamiento 1419. El LBHA 14100, la parte superior 1400, la parte inferior 1401 y en particular, los alojamientos 1418, 1419 deben construirse de materiales y estar diseñados estructuralmente para soportar las condiciones extremos del ambiente profundo en el fondo del pozo y proteger cualesquiera componentes que están contenidos dentro de ellos.

La parte superior 1400 puede estar conectada al extremo inferior de la tubería embobinada, el tubo de perforación u otro medio para hacer descender y recuperar el LBHA 14100 del pozo de perforación. Adícionalmente, éste puede estar conectado a estabilizadores, collarines de perforación u otros tipos de ensambles de fondo del pozo (no mostrados en la figura), los cuales a su vez están conectados al extremo inferior de la tubería embobinada, el tubo de perforación u otros medios para hacer descender y recuperar el LBHA 14100 del pozo de perforación. La parte superior 1400 contiene adícionalmente, está conectado a, o de otra forma está asociado en forma óptica con los medios 1402 que son transmitidos al rayo láser de potencia baja en la parte inferior del pozo de perforación, de manera que el rayo sale del extremo inferior 1403 del medio 1402 y en última instancia sale del LBHA 14100 para golpear la superficie pretendida del pozo de perforación. La trayectoria de rayo del rayo láser de potencia alta está mostrada por la flecha 1415. En la figura 14, el medio 1402 se muestra como una fibra óptica única. La parte superior 1400 puede también tener boquillas de amplificación 1405 que descargan el fluido de perforación, por ejemplo, N2, entre otras cosas para ayudar a la remoción de cortes hacia arriba del pozo de perforación.

La parte superior 1400 adicionalmente está adjunta a, conectada a o asociada de otra forma con un medio para proporcionar un movimiento de rotación 1410. Dicho medio, por ejemplo, podría ser un motor de fondo del pozo, un motor eléctrico o un motor de lodo. El motor puede estar conectado por medio de un eje, eje impulsor, tren impulsor, engranaje u otro de dichos medios para transferir movimiento de rotación 1411 , a la parte inferior 1401 del LBHA 14100. Se debe comprender, como se muestran en los dibujos con propósitos ilustrativos, el aparato subyacente, que un alojamiento o cobertura de motor protectora puede colocarse sobre los medios impulsores o estar asociada de otra forma con éstos y el motor para protegerlo de los desechos y condiciones rudas en el fondo del pozo. De esta manera, el motor podría permitir que la parte inferior 1401 del LBHA 14100 gire. Un ejemplo de motor de lodo es el motor de lodo CAVO con un diámetro 1.7" (4.31 cm). Este motor tiene aproximadamente 2.13 metros de largo y tiene las siguientes especificaciones: 7 caballos de potencia @ 15.20 kgf.m de torque completo; velocidad del motor 0-700 rpm; el motor puede correr en lodo, aire, N2, vapor o espuma; 180 SCFM, 35.15 kg/cm2 manométricos-56.24 kg/cm2 manométricos de caída; el equipo de soporte se extiende a una longitud de 3.65 metros; la proporción de engranaje 10:1 proporciona una capacidad de 0-70 rpm; y tiene la capacidad para hacer girar la parte inferior 1401 del LBHA a través de las condiciones de atascamiento potenciales.

La parte superior 1400 del LBHA 14100 se une a la parte inferior 1401 con una cámara sellada 1404 que es transparente al rayo láser y forma un plano pupilo 1420 para permitir la transmisión no obstruida del rayo láser a la óptica de conformación de rayo 1406 en la parte inferior 1401. La parte inferior 1401 está diseñada para girar. La cámara sellada 1404 está en comunicación de fluidos con el cámara inferior 1401 a través del puerto 1414. El puerto 1414 puede ser una válvula de una vía que permite la transmisión limpia de fluido y preferentemente que el gas fluya desde la parte superior 1400 a la parte inferior 1401 , aunque no permite el flujo inverso, o si puede ser otro tipo de válvula de regulación de presión y/o flujo que cumple con los requerimientos particulares de flujo y distribución de flujo deseados en el ambiente del fondo del pozo. Por consiguiente, por ejemplo, se proporciona en la figura 14, una primera trayectoria de flujo de fluido, mostrada por las flechas 1416, y una segunda trayectoria de flujo de fluido, mostrada mediante las flechas 1417. En el ejemplo de la figura 14, la segunda trayectoria de flujo de fluido es un flujo laminar, aunque se pueden emplear otros flujos incluyendo los flujos turbulentos.

La parte inferior 1401 tiene un medio para recibir la fuerza giratoria del motor 1410, el cual, en el ejemplo de la figura es un engrane 1412 localizado alrededor del alojamiento de la parte inferior 1419 y un engrane impulsor 1413 localizado en el extremo inferior del eje 1411. Se puede emplear otro medio para transferir la potencia giratoria o el motor puede ser colocado directamente sobre la parte inferior. Se debe comprender que un aparato equivalente puede ser empleado, el cual se proporciona para la rotación de la porción del LBHA para facilitar la rotación o movimiento del punto de rayo láser, mientras que al mismo tiempo no proporciona una rotación indebida, o fuerzas de contorsión, a la fibra óptica u otros medios que transmiten el rayo láser de potencia alta hacia abajo del pozo para el LBHA. De esta forma, el punto de rayo láser puede hacerse girar alrededor del fondo del pozo de perforación. La parte inferior 1401 tiene una salida de flujo laminar 1407 para que el fluido salga del LBHA 14100, y dos rodillos endurecidos 1408, 1409 en su extremo inferior. Aunque en este ejemplo se contempla un flujo laminar, se debe comprender que los flujos no laminares, y los flujos turbulentos también pueden emplearse.

Los dos rodillos endurecidos pueden ser elaborados de un acero inoxidable o un acero con un recubrimiento de cara dura, tal como carburo de tungsteno, aleación de cromo-cobalto-niquel, u otros materiales similares. Éstos también pueden contener un medio para cortar roca mecánicamente que ha sido degradado en forma térmica por el láser. Estos pueden variar en longitud, es decir, desde aproximadamente 2.54 centímetros hasta aproximadamente 10.16 centímetros y preferentemente son aproximadamente de 5.08 a 7.62 cm y puede ser tan grande como o mayor de 15.24 cm. Adicionalmente, en los LBHAs para pozos de perforación de diámetro de perforación mayor, estos pueden estar dentro del intervalo de 25.4 a 50.8 pulgadas de diámetro o mayores.

Por consiguiente, la figura 14 proporciona una trayectoria de rayo láser de potencia alta 1415 que ingresa al LBHA 14100, se desplaza a través de las ópticas de conformación de punto láser 1406, y posteriormente sale del LBHA para golpear su objetivo pretendido sobre la superficie de un pozo de perforación. Adicionalmente, aunque no se requiere, las ópticas que conforman el punto de rayo también pueden proporcionar un elemento giratorio al punto, y si es asi, se podría considerar ser el rayo giratorio y las ópticas de punto de conformación.

Durante el uso, el rayo láser de energía alta, por ejemplo, mayor que 15 kW podría ingresar al LBHA 14100, viajar bajo la fibra 1402, salir por el extremo de la fibra 1403 y viajar a través de la cámara sellada 1404 y el plano pupilo 1420 dentro de la óptica 1406, en donde podría ser conformado y enfocado dentro de un punto, la óptica 1406 podría girar adicionalmente el punto. El rayo láser podría entonces iluminar, en una formar potencialmente giratoria, el fondo del pozo de perforación que astilla, pica, funde y/o vaporiza la roca y la tierra iluminadas y por consiguiente hace avanzar el pozo de perforación. La parte inferior podría ser giratoria y su rotación podría producir adicionalmente que los rodillos 1408, 1409 desplace físicamente cualquier material que fue realizado mediante el láser o de otra forma fijarse de manera suficiente para no tener la capacidad de ser removida por el flujo del fluido de perforación solo.

Los cortes podrían ser despejados de la trayectoria láser mediante el flujo del fluido a lo largo de la trayectoria 1417, así como también, mediante la acción de los rodillo 1408, 1409, y los cortes podrían ser acarreados hacia arriba del pozo de perforación mediante la acción del fluido de perforación desde los amplificadores de aire 1405, así como también, la abertura de flujo laminar 1407.

Se debe comprender que la configuración del LBHA de la figura 14, es un ejemplo, y que están disponibles otras configuraciones de sus componentes para lograr los mismos resultados. Por consiguiente, el motor puede estar localizado en la parte inferior en lugar de en la parte superior, el motor puede estar localizado en la parte superior aunque únicamente hace girar la óptica en la parte inferior y no en el alojamiento. La óptica puede estar localizada adicionalmente tanto en la parte inferior como en la parte superior, cuya óptica para rotación está siendo colocada en aquella parte que gira. El motor puede estar localizado en la parte inferior aunque únicamente hace girar la óptica y los rodillos. En esta última configuración, las partes superiores e inferiores podrían ser las mismas, es decir, podría ser únicamente una parte del LBHA. Por consiguiente, por ejemplo, la porción interior del LBHA puede girar, mientras que la porción exterior es estacionaria o viceversa, de igual forma, las porciones superior y/o inferior pueden girar o pueden emplearse diversas combinaciones de componentes giratorios o no giratorios, para proporcionar un medio para que el punto de rayo láser sea movido alrededor del fondo del pozo de perforación.

La óptica 1406 debe seleccionarse para evitar o por lo menos reducir al mínimo la pérdida de potencia ya que el rayo láser viaja a través de ésta. La óptica adicionalmente puede estar diseñada para manejar las condiciones extremas presentes en el ambiente del fondo del pozo, por lo menos hasta el alcance en que esas condiciones no son mitigadas por el alojamiento 1419. La óptica puede proporcionar puntos de rayo láser de distribuciones y formas de potencia diferentes como las que se establecieron anteriormente en la presente descripción. La óptica puede proporcionar adicionalmente un punto de señal o puntos múltiples como los que se establecen en la presente descripción anteriormente.

La perforación puede ser conducida en un ambiente seco o un ambiente mojado. Un factor importante es que la trayectoria desde el láser a la superficie de la roca debe mantenerse tan despejado como sea práctico de desechos y partículas de polvo u otro material que pudiera interferir con la entrega del rayo láser a la superficie de la roca. El uso de láser de alta luminosidad proporciona otra ventaja en la cabeza del procedimiento, en donde las distancias largas de separación desde la última óptica a la pieza de trabajo son importantes para mantener la ventana óptica de presión alta despejada e intacta a través del procedimiento de perforación. El rayo puede ser colocado ya sea en forma estática o movido mecánicamente, opto-mecánicamente, electro-ópticamente, electromecánicamente o cualquier combinación de los anteriores para iluminar la región de la tierra de interés.

En general, y a modo de ejemplo adicional, el LBHA puede comprender un alojamiento, el cual puede, a modo de ejemplo, estar integrado de sub-alojamientos. Estos sub-alojamientos pueden ser integrales, pueden separarse, pueden ser conectados removibles en forma fija, pueden ser giratorios, o pueden ser cualquier combinación de uno o más de estos tipos de relaciones entre los sub-alojamientos. El LBHA puede estar conectado al extremo inferior de la tubería embobinada, tubería de perforación u otros medios para hacer descender y recuperar el LBHA del pozo de perforación. Adicionalmente, éste se puede conectar a estabilizadores, collarines de perforación u otros tipos de ensambles del fondo del pozo, los cuales a su vez están conectados al extremo inferior de la tubería embobinada, tubería de perforación u otros medios para hacer descender y recuperar el ensamble del fondo del pozo del pozo de perforación. El LBHA tiene asociado con el mismo un medio que transmitió la energía de potencia alta desde el fondo del pozo de perforación.

El LBHA también puede estar asociado con, o en, lo que significa que maneja y suministra los fluidos de perforación. Estos medios pueden estar asociados con algunos o todos los sub-alojamientos. Adicionalmente, se proporcionan medios de raspado mecánicos, por ejemplo, una broca PDC, para remover y/o dirigir el material en el pozo de perforación, aunque también pueden emplearse otros tipos de brocas conocidas y/o cabezas de perforación mecánicas en conjunto con el rayo láser. Estos raspadores o brocas pueden hacerse interactuar en forma mecánica con la superficie o partes del pozo de perforación para aflojar, remover, raspar o manipular dicho material del pozo de perforación según sea necesario. Estas raspadoras pueden ser de menos de aproximadamente 2.54 cm hasta aproximadamente 50.8 centímetros. Durante el uso, el rayo láser de energía alta, por ejemplo, mayor de 15 kW, podría desplazarse bajo las fibras a través de la óptica y posteriormente salir por el extremo inferior del LBHA para iluminar la parte pretendida del pozo de perforación, o la estructura contenida en el mismo, astillando, fundiendo y/o vaporizando el material así iluminado, y de esta manera hacer avanzar el pozo de perforación o facilitar de otra forma la remoción del material así iluminado.

En las figuras 15A y 15B, se proporciona una representación gráfica de un ejemplo de un rayo láser - interacción de superficie del pozo de perforación. Por consiguiente, se muestra un rayo láser 1500, un área de iluminación de rayo 1501 , es decir, un punto (como se utiliza en la presente descripción a menos que sea provisto expresamente de otra manera, el término "punto" no está limitado a un círculo), sobre una pared o fondo del pozo de perforación 1502. Adicionalmente, se proporciona en la figura 1 B, una representación más detallada de la interacción y una gráfica correspondiente 1510 que categoriza el esfuerzo creado en el área de iluminación. La gráfica 1510 proporciona el esfuerzo von Mises en O 108 N/m2 en donde, el tramado cruzado y sombreado corresponden al esfuerzo que se creó en el área iluminada durante un periodo de iluminación de 30 mili-segundos, bajo condiciones del fondo del pozo de 140.61 kg/cm2 y una temperatura de 65.55°C, con un rayo que tiene una fluencia de 2 kW/cm2. Bajo estas condiciones, la fuerza de compresión del basalto es de aproximadamente 2.6 x 108 N/m2, y la fuerza de cohesión es de aproximadamente 0.66 x 108 N/m2. Por consiguiente, se muestra una primera área 1505 de esfuerzo relativamente alto, desde aproximadamente 4.722 a 5.21 1 x 108 N/m2, una segunda área 1506 de esfuerzo relativo a o que excede el esfuerzo de compresión del basalto bajo las condiciones del fondo del pozo, desde aproximadamente 2.766 hasta 3.255 x 108 N/m2, una tercera área 1507 de esfuerzo relativo aproximadamente igual al esfuerzo de compresión del basalto bajo las condiciones del fondo del pozo, desde aproximadamente 2.276 hasta 2.766 x 108 N/m2, una cuarta área 1508 de esfuerzo inferior relativo que está debajo del esfuerzo de compresión del basalto bajo las condiciones del fondo del pozo, todavía mayores que la fuerza de cohesión desde aproximadamente 2.276 a 2.766 x 108 N/m2, y una quinta área 1509 de esfuerzo relativo que está en o aproximadamente a la fuerza de cohesión del basalto bajo las condiciones del fondo del pozo, desde aproximadamente 0.320 hasta aproximadamente 0.899 x 108 N/m2.

Por consiguiente, los perfiles de interacción del rayo con el pozo de perforación para obtener una cantidad máxima de esfuerzo en el pozo de perforación de manera eficiente, y por consiguiente, se obtiene el incremento del índice de avance del pozo de perforación. Por consiguiente, por ejemplo, si un punto elíptico se hace girar alrededor de su punto central para un rayo que es tanto uniforme como Gausiano, el perfil de deposición de energía está ilustrado en las figuras 16A y 16B. En donde el área del pozo de perforación desde el punto central del rayo se muestra como los ejes x y y 1601 y 1602 y la cantidad de energía depositada se muestra en el eje z 1603. A partir de esto, se observa que las ineficiencias están presentes en la deposición de energía al pozo de perforación con las se3cciones exteriores del pozo de perforación 1605 y 1606 siendo el factor limitante en el índice de avance.

Por consiguiente, es deseable modificar el perfil de deposición de rayo para obtener un perfil de deposición substancialmente constante y uniforme a partir de la rotación del rayo. Un ejemplo de dicho perfil de deposición de rayo preferido se proporciona en las figuras 17A y 17B, en donde la figura 17A, muestra el perfil de deposición de energía sin rotación, y la figura 17B muestra el perfil de deposición de energía cuando el perfil de rayo de 17A se hace girar a través de una rotación, es decir, 360 grados; que tiene ejes x y y 1701 y 1702 y energía en el eje z 1703. La distribución de deposición de energía podría considerarse substancialmente uniforme.

Para obtener este perfil de energía de rayo preferible, se proporcionan ejemplos de ensambles ópticos que se pueden utilizar con un LBHA. Por consiguiente, un ejemplo se ilustró en las figuras 18A a 18D, que tienen ejes x y y 1801 y 1802 y eje z 1803, en donde se proporciona un rayo láser 1805 que tiene una pluralidad de rayos 1807. El rayo láser 1805 ingresa a un ensamble óptico 1820, que tiene una lente de culminación 1809, que tiene una curvatura de entrada 1811 y una curvatura de salida 1813. Adicionalmente se proporciona una lente axicon 1815 y una ventana 1817. El ensamble óptico del Ejemplo 1 podría proporcionar un perfil de intensidad de rayo deseado a partir de un rayo de entrada que tiene una distribución substancialmente Gausiana, Gausiana o súper-Gausiana para aplicar el punto de rayo a una superficie del pozo de perforación 1830.

Un ejemplo adicional se ilustró en la figura 19 y tiene un ensamble óptico 1920 para proporcionar el perfil de intensidad de rayo deseada de la figura 17A y deposición de energía de la figura 17B a una superficie del pozo de perforación desde un rayo láser que tiene una distribución uniforme. Por consiguiente, se proporciona en este ejemplo un rayo láser 1905 que tiene un perfil uniforme y rayos 1907, que ingresan a una lente esférica 1913, los cuales coliman la salida del láser desde el extremo del fondo del pozo de la fibra, el rayo sale entonces 1913 e ingresa a una lente toroidal 1915, la cual tiene potencia en el eje x para formar el eje menor del rayo elíptico. El rayo sale entonces 1915 e ingresa a un par de lentes toroidales esféricos 1917, los cuales tiene la potencia en el eje y para mapear los perfiles de intensidad del eje y que forman el plano pupilo para el plano de imagen. El rayo sale entonces de las lentes 1917 e ingresa a una ventana plana 1919, la cual protege la óptica del ambiente exterior.

Un ejemplo adicional está ilustrado en la figura 20, la cual proporciona un ensamble óptico adicional para proporcionar perfiles de energía de rayo previamente determinados. Por consiguiente, se proporciona un rayo láser 205 que tiene rayos 207, los cuales ingresan a las lentes de colimación 209, lentes que forman la conformación del punto 211 , la cual preferentemente es un elipse, y un conjunto micro-óptico 213. El conjunto micro-óptico 213 puede ser un conjunto de micro-prisma, o un conjunto de micro-lentes. Adicionalmente, el conjunto micro-óptico puede ser diseñado en forma específica para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado, tal como el perfil de las figuras 17A y 17B.

Un ejemplo adicional se ilustra en la figura 21 , la cual proporciona un ensamble óptico para proporcionar un patrón de rayo previamente determinado. Por consiguiente, se proporciona un rayo láser 2105, que sale del extremo de fondo del pozo de fibra 2140, que tiene rayos 2107, los cuales ingresan a las lentes de colimación 2109, una óptica de difracción 2111, la cual podría ser una micro-óptica, o una óptica de corrección para una micro óptica, que proporciona el patrón 2120, el cual puede, aunque no necesariamente, pasar a través de las lentes restantes 2113, las cuales proporcionan el patrón 2121.

Adicionalmente, se proporcionan patrones de disparo para iluminar una superficie del pozo de perforación, con una pluralidad de puntos en un patrón de rotación múltiple. Por consiguiente, en la figura 22 se proporciona un primer par de puntos 2203, 2205, los cuales iluminan la superficie inferior 2201 del pozo de peroración. El primer par de puntos gira alrededor de un primer eje de rotación 2202 en la dirección de rotación mostrada por la flecha 2204 (la dirección opuesta de rotación también se contempla en la presente descripción). Se proporciona un segundo para de puntos 2207, 2209, los cuales iluminan la superficie del fondo 2201 del pozo de perforación. El segundo par de disparos gira alrededor del eje 2206 en la dirección de rotación mostrada por la flecha 2208 (la dirección opuesta de rotación también se contempla en la presente descripción). La distancia entre los puntos en cada par de puntos puede ser la misma o diferente. El primer y segundo ejes de rotación, giran en forma simultánea alrededor del centro del pozo de perforación 2212 en una dirección de rotación, mostrada por las flechas 2212, que es preferentemente en rotación contraria a la dirección de rotación 2208, 2204. Por consiguiente, preferentemente aunque no de manera necesaria, si 2208 y 2204 están en el sentido de las manecillas del reloj, entonces 2212 deberían estar en sentido opuesto a las manecillas del reloj. Este patrón de disparo proporciona una deposición de energía substancialmente uniforme.

En la figura 23, se ilustra un patrón de disparo elíptico del tipo general planteado con respecto a los ejemplos ilustrados anteriores que tienen un centro 2301 , un eje principal 2302, un eje menor 2303 y se hacen girar alrededor del centro. De esta forma, el eje principal del punto generalmente podría corresponder al diámetro del pozo de perforación, que varía de cualquiera de los diámetros conocidos o contemplados, tales como aproximadamente 76.2, 50.8, 44.45, 33.97, 31.15, 24.44, 21.59, 17.78 y 15.87 centímetros.

En la figura 24, se ilustra adicionalmente un punto con forma rectangular 2401 que podría hacerse girar alrededor del centro del pozo de perforación. En la figura 25, se ilustra un patrón 2501 que tiene una pluralidad de disparos individuales 2502 que pueden hacerse girar, analizar o mover con respecto al pozo de perforación para proporcionar el perfil de deposición de energía deseado. Adicionalmente, en la figura 26 se ilustra un disparo cuadrado 2601 que es analizado 2601 en una trama de exploración a lo largo del fondo del pozo de perforación, adicionalmente un circulo, cuadrado u otra forma de disparo pueden ser exploradas.

De acuerdo con uno o más aspectos, uno de los extremos de fibra distal a la fibra óptica puede arreglarse en un patrón. La forma de rayo multiplexada puede comprender una cruz, una forma de x, una mira, un rectángulo, un hexágono, líneas en un arreglo, o una forma relacionada en donde las líneas, cuadrados y cilindros están conectados o separados a distancias diferentes.

De acuerdo con uno o más aspectos, una o más lentes reflectoras, elementos de difracción, rejillas de transmisión y/o lentes reflectores pueden agregarse para enfocar, explorar y/o cambiar el patrón de punto de rayo desde los puntos de rayo que emiten desde la fibra óptica que están colocados en un patrón. Una o más lentes reflectoras, elementos de difracción, rejillas de transmisión y/o lentes de reflexión pueden agregarse para enfocar, explorar y/o cambiar la una o más formas de rayo continuas a partir de la luz emitida desde las ópticas que conforman el rayo. Un colimador puede ser colocado después de la lente de da forma al punto de rayo en el plano de trayectoria óptica transversal. El colimador puede estar en una lente esférica, un sistema de lentes esféricas compuesto de una lente convexa, lentes convexas gruesas, meniscos negativos, y lentes bi-convexas, lentes de refracción de gradiente con un perfil esférico y pares acromáticos. El colimador puede ser elaborado de dichos materiales de sílice fusionados, ZnSe, vidrio SF o un material relacionado. El colimador puede ser recubierto para reducir o mejorar la capacidad de reflexión o transmisión. Dichos elementos ópticos pueden ser enfriados mediante un liquido o gas de purga.

Se entenderá fácilmente en la materia que los términos lente y elementos ópticos, como se utilizan en la presente descripción, se utilizan en sus términos más amplios y por consiguiente también pueden referirse a cualesquiera elementos ópticos con potencia, tal como elementos reflejantes, transmisores o refractores.

En algunos aspectos, las lentes positivas refractoras pueden ser micro-lentes. Las micro-lentes pueden ser dirigidas en el plano de propagación de la luz para incrementar/disminuir la longitud focal, así como también perpendiculares al plano de propagación de luz para trasladar el rayo. Las micro-lentes pueden recibir la luz incidente para enfocarse a múltiples focos desde una o más fibras ópticas, pares de conjuntos de fibra óptica, láser de fibra, láser de diodo; y recibir y enviar la luz desde uno o más colimadores, lentes refractivos positivos, lentes refractivos negativas, uno o más espejos, dispositivos de expansión de rayo óptico reflejante y prismas.

En algunos aspectos, se podría utilizar un separador de rayo de elemento óptico de difracción en conjunto con una lente de refracción. El separador de rayo de elemento óptico de difracción puede formar puntos de rayo doble o un patrón de puntos de rayo que comprende las formas y patrones establecidos anteriormente.

Adicionalmente, se proporciona un sistema y método para crear un pozo de perforación en la tierra, en donde el sistema y método emplean medios para proporcionar el rayo láser a la superficie del fondo en un perfil de deposición de energía previamente determinado, incluyendo aquel que tiene tres rayos láser suministrados desde el ensamble de fondo del pozo que iluminan la superficie del fondo del pozo de perforación con un perfil de deposición de energía previamente determinado, que ilumina la superficie inferior con cualquiera de o combinación de: un perfil de deposición de energía previamente determinado desviado hacia el área exterior de la superficie del pozo de perforación; un perfil de deposición de energía previamente determinado desviado hacia el área interior de la superficie el pozo de perforación; un perfil de deposición de energía previamente determinado que comprende por lo menos dos áreas concéntricas que tienen perfiles de deposición de energía diferentes; un perfil de deposición de energía previamente determinado provisto por un patrón de disparo láser disperso; un perfil de deposición de energía previamente determinado con base en los esfuerzos mecánicos aplicados mediante un medio de remoción mecánico; un perfil de deposición de energía previamente determinado que tiene por lo menos dos áreas de energía diferentes y las energías en las áreas corresponden inversamente a las fuerzas mecánicas aplicadas por un medio mecánico.

Adicionalmente, se proporciona un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: hacer avanzar un medio de transmisión de rayo láser de potencia alta en un pozo de perforación; el pozo de perforación tiene una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; los medios de transmisión comprenden un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia abajo del pozo de perforación; los medios de transmisión comprenden un medio para transmitir energía láser de potencia alta; proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; transmitiendo substancialmente toda la potencia del rayo láser hacia abajo de la longitud de los medios de transmisión de manera que el rayo sal del extremo distal; transmitir el rayo láser desde el extremo distal a un ensamble óptico en un ensamble de fondo del pozo láser, el ensamble de fondo del pozo láser dirigiendo el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación; y proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinada al fondo del pozo de perforación; mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación se incrementa, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación.

Adicionalmente, se proporciona un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, en donde el rayo láser es dirigido a la superficie del fondo del pozo de perforación en un perfil de deposición de energía substancialmente uniforme y de esta manera, la longitud del pozo de perforación se incrementa, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación.

De acuerdo con uno o más aspectos, se describe un método para la perforación láser que utiliza un patrón óptico para picar formaciones de roca. El método puede comprender irradiar a la roca para astillar, fundir o vaporizarla con uno o más puntos de rayo láser, patrones de punto de rayo y formas de rayo en distancias que no se traslapan y patrones de tiempo para inducir las fracturas de roca térmica que se traslapan que provocan el picado de roca de los fragmentos de la roca. Se pueden formar puntos rayo y patrones de rayo únicos o múltiples y formas mediante las ópticas de refracción y de reflexión o las fibras ópticas. El patrón óptico, el tiempo del patrón y la distancia espacial entre los puntos de rayo que no se traslapan y las formas de rayo, pueden controlares mediante la absorción térmica del tipo de roca a una longitud de onda especifica, tiempo de relajación para colocar la óptica e interferencia de la remoción de roca.

En algunos aspectos, la potencia de los puntos de rayo láser es, ya sea, no reducida, reducida en forma moderada o completamente durante el tiempo de relajación cuando se coloque nuevamente el punto de rayo sobre la superficie de la roca. Para picar la formación de roca, los dos puntos de rayo láser pueden explorar la superficie de la roca se separarse por una posición fija de menos de 5.08 centímetros y que no se traslapa en algunos aspectos. Cada uno de los dos puntos de rayo pueden tener un área depunto de rayo en el intervalo entre 0.1 cm2 y 25 cm2. Los tiempos de relajación cuando se mueven los dos puntos de rayo láser a sus siguientes ubicaciones láser subsiguientes sobre la superficie de la roca, pueden variar entre 0.05 ms y 2 s. Cuando se mueven los dos puntos de rayo láser a su siguiente posición, su potencia puede, ya sea no ser reducida, reducida en forma moderada o completamente durante el tiempo de relajación.

De acuerdo con uno o más aspectos, el patrón de punto de rayo puede comprender tres o más puntos de rayo en un patrón de rejilla, un patrón de rejilla rectangular, un patrón de rejilla hexagonal, lineas en un patrón de conjunto, un patrón circular, un patrón de rejilla triangular, un patrón de rejilla transversal, un patrón de rejilla en estrella, un patrón de rejilla de rótula, un patrón de rejilla de mira o un patrón de rejilla relacionado geométricamente. En algunos aspectos, cada punto de rayo láser en el patrón de punto de rayo tiene un área dentro del intervalo de 0.1 cm2 y 25 cm2. Para picar la formación de roca todos los puntos de rayo láser circundantes a cada punto de rayo láser en el patrón de punto de rayo puede ser menor que una posición fija de 5.08 centímetros y no se traslapa en uno o más aspectos.

En algunos aspectos, se puede utilizar más de un patrón de punto de rayo para picar la superficie de roca. Los tiempo de relajación cuando se coloca uno o más patrones de punto de rayo para su ubicación láser subsiguiente siguiente puede variar entre 0.05 ms y 2 s. La potencia de uno o más patrones de punto de rayo puede ser, ya sea reducido, reducido en forma moderada, o completamente durante el tiempo de relajación. Una forma de rayo puede ser un punto de rayo óptico continuo que forma una forma geométrica que comprende una forma de cruz, forma hexagonal, una forma en espiral, una forma circular, una forma triangular, una forma de estrella, una forma de línea, una forma rectangular, o una forma de punto de rayo continua relacionada.

En algunos aspectos, la colocación de una línea ya sea lineal o no lineal a una o más lineas circundantes ya sea lineales o no lineales a una distancia fija menor de 5.08 cm y que no se traslapa, puede utilizarse para picar la formación de roca. Dirigir un láser a la superficie de roca con dos o más formas de rayo se puede utilizar para picar la formación de roca. Los tiempos de relajación cuando mueve la una o más formas de punto de rayo a su siguiente ubicación de láser subsiguiente puede variar entre 0.05 ms y 2 s.

De acuerdo con uno o más aspectos, la una o más potencias de formas de rayos continuas son, ya sea no reducidas, reducidas de manera moderada, o completamente durante el tiempo de relajación. La superficie de roca puede ser irradiada por uno o más patrones de punto de rayo de láser juntos con una o más formas de punto de rayo, o uno o dos puntos de rayo con uno o más patrones de punto de rayo. En algunos aspectos, el diámetro y circunferencia máximos de una o más formas de rayo y patrones de punto de rayo es el tamaño del pozo de perforación que está siendo picado cuando se perfora la formación para completar el pozo.

De acuerdo con uno o más aspectos, las fracturas de roca pueden ser creadas para promover picado en alejamiento de los segmentos de roca para la perforación eficiente del pozo de perforación. En algunos aspectos, los puntos de rayo, formas y patrones pueden utilizarse para crear las fracturas de roca de manera que permiten que los segmentos de roca múltiples sean picados. Las fracturas de roca pueden tener patrones diseñados en forma estratégica. En por lo menos algunos aspectos, la perforación de formaciones de roca puede comprender la aplicación de uno o más puntos de rayo que no se traslapan, formas o patrones para crear las fracturas de roca. La selección de uno o más puntos de rayo, formas y patrones, generalmente pueden basarse en la aplicación pretendida o los parámetros de operación deseados. La potencia promedio, la potencia especifica, el patrón de tiempo, el tamaño de punto de rayo, el tiempo de exposición, la energía específica asociada, y los elementos del generador óptico pueden ser consideraciones cuando se selecciona uno o más puntos de rayo, una forma o un patrón. El material a ser perforado, tal como un tipo de formación de roca, también puede influir al uno o más puntos de rayo, una forma o un patrón seleccionado para picar la formación de roca. Por ejemplo, el esquisto absorberá la luz y la convertirá en calor a índices diferentes que la piedra arenisca.

De acuerdo con uno o más aspectos, la roca puede tener un patrón con uno o más puntos de rayo. En por lo menos una modalidad, los puntos de rayo pueden ser considerados uno o más puntos de rayo que se mueven de una ubicación a la siguiente ubicación subsiguiente que recibe el láser sobre la superficie de roca en un patrón de tiempo. Los puntos de rayo pueden ser separados a cualquier distancia deseada. En algunos aspectos no limitantes, la posición fija entre un punto de rayo y los puntos de rayo circundantes pueden ser no traslapados. En por lo menos una modalidad no limitante, la distancia entre los puntos de rayo circundantes pueden ser menores de 5.08 cm.

De acuerdo con uno o más aspectos, la roca puede tener un patrón con una o más formas de rayo. En algunos aspectos, las formas de rayo pueden ser forma ópticas continuas que forman uno o más patrones geométricos. Un patrón puede comprender las formas geométricas de una linea, cruz, mira, rótula, estrella, rectángulo, hexágono, circular, elipse, línea garabateada, o cualquier otra forma o patrón deseados. Los elementos de una forma de rayo pueden ser separados a cualquier distancia deseada. En algunos aspectos no limitantes, la posición fija entre cada línea lineal o no lineal y las líneas circundantes lineales o no lineales que están en una posición fija, puede ser menor que 5.08 cm y no traslaparse.

De acuerdo con uno o más aspectos, la roca puede tener un patrón de rayo. Los patrones de rayo pueden comprender una rejilla o arreglo de puntos de rayo que puede comprender los patrones geométricos de una línea, cruz, mira, rótula, estrella, rectángulo, hexágono, circular, elipse, línea garabateada. Los puntos de rayo de un patrón de rayo pueden ser separados a cualquier distancia deseada. En algunos aspectos no limitantes, la posición fija entre cada punto de rayo y los puntos de rayo circundantes en el patrón de puntos de rayo puede ser menor que 5.08 cm y no traslaparse.

De acuerdo con uno o más aspectos, el punto de rayo que está siendo explorado puede tener cualquier área deseada. Por ejemplo, en algunos aspectos no limitantes, el área puede estar dentro de un intervalo entre aproximadamente 0.1 cm2 y aproximadamente 25 cm2. La linea de rayo, ya sea lineal o no lineal, puede tener cualquier diámetro especifico deseado y cualquier distribución de potencia especifica y previamente determinada. Por ejemplo, el diámetro especifico de algunos aspectos no limitantes puede estar en un intervalo entre aproximadamente 0.05 cm2 y aproximadamente 25 cm2. En algunos aspectos no limitantes, la longitud máxima de una línea, ya sea lineal o no lineal, generalmente puede ser el diámetro de un pozo de perforación a ser perforado. Se puede utilizar cualquier longitud de onda deseada. En algunos aspectos, por ejemplo, la longitud de onda de uno o más puntos de rayo, una forma o patrón, pueden variar desde 800 nm hasta 2000 nm. Las combinaciones de uno o más puntos de rayo, formas y patrones son posibles y se pueden implementar.

De acuerdo con uno o más aspectos, los patrones de tiempo y ubicación para picar la roca pueden variar con base en las velocidades de picado de roca conocidas y/o los sistemas de remoción de roca. En una modalidad, los tiempos de exploración de relajación cuando se coloca uno o más patrones de punto de rayo a su siguiente ubicación de láser subsiguientes siguiente puede variar entre 0.05 ms y 2 s. En otra modalidad, una cámara que utiliza fibra óptica o técnicas de espectroscopia puede diseñar la imagen de la altura de la roca para determinar las áreas de roca pico a ser picada. El patrón de tiempo puede ser calibrado para picar entonces los picos más altos de la superficie de la roca a los más bajos o los picos sobre una altura definida utilizando procesamiento de señal, reconocimiento de software y control numérico para el sistema de lentes ópticas. Por ejemplo, si el fluido es barrido desde el lado izquierdo de la formación de roca al lado derecho para despejar la cabeza óptica y hacer subir los cortes, la programación será picar la roca de izquierda a derecha para evitar la interferencia de remoción de rocas al uno o más puntos de rayo, forma o patrón de láser sobre la formación de roca o viceversa. Para otro ejemplo, si las rocas son despejadas mediante una boquilla de chorro de un gas o liquido, la roca en el centro será picada primero y la dirección de picado de la roca se moverá entonces en alejamiento desde el centro. En algunos aspectos, la velocidad de remoción de roca definirá los tiempos de relajación.

De acuerdo con uno o más aspectos, la superficie de roca puede ser afectada por el gas o fluidos utilizados para despejar la boca y hacer subir los cortes del fondo del pozo. En una modalidad, el calor de los elementos ópticos y las pérdidas de las fibras ópticas del fondo del pozo o diodo láser se pueden utilizar para incrementar la temperatura del pozo de perforación. Esto podría descender la temperatura requerida para inducir el astillado que facilita el astillado de las rocas. En otra modalidad, un líquido puede saturar la ubicación de picado, en esta situación, el líquido podría ser convertido en vapor y expandirse rápidamente, esta expansión rápida podría de esta manera crear los impactos térmicos que mejoran el crecimiento de las fracturas en la roca. En otra modalidad, los componentes orgánicos, volátiles, minerales u otros materiales sujetos al calentamiento rápido y diferencial de la energía láser, pueden expandirse rápidamente, esta expansión rápida podría de esta manera crear impactos térmicos que mejoran el crecimiento de las fracturas en la roca. En otra modalidad, los fluidos de índice superior de refracción pueden ser emparedados entre dos corrientes de liquido con un índice de refracción inferior. Los fluidos utilizados para despejar la roca pueden actuar como una longitud de onda para guiar la luz. Se puede utilizar un gas con un índice de refracción particular inferior a un fluido u otro gas.

A modo de ejemplo y para ilustrar adicionalmente las enseñanzas de la presente invención, los impactos térmicos pueden variar de potencias de láser entre uno y otro punto de rayo, forma o patrón. En algunos aspectos no limitantes, los impactos térmicos pueden alcanzar 10 kW/cm2 de densidad de potencia de láser continua. En algunos aspectos no limitantes, los impactos térmicos pueden alcanzar hasta 10 MW/cm2 de densidad de potencia por láser en pulsos, por ejemplo, a 10 nanosegundos por pulso. En algunos aspectos, dos o más puntos de rayo, formas y patrones pueden tener niveles de potencia diferentes para impactar térmicamente a la roca. De esta forma, puede formarse un gradiente de temperatura entre el efecto de láser de la superficie de la roca.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes de la presente invención, se proporcionan ejemplos de cabezas ópticas, es decir, ensambles ópticos, y patrones de disparo de rayo, es decir, patrones de iluminación, que se pueden utilizar con, como parte de, o provistos por un LBHA. La figura 27, ilustra el picado de una formación de roca utilizando un patrón con forma de rayo de láser. Un patrón de láser con forma de rayo óptico 2701 que forma un tablero de ajedrez de lineas 2702 irradia la superficie de la roca 2703 de una roca 2704. La distancia entre las formas de puntos de rayo no se traslapa debido al esfuerzo y absorción de calentamiento que produce que las fracturas de roca naturales se traslapen induciendo el picado de los segmentos de roca. Estos segmentos de roca 2705 pueden desprenderse o explotar de la formación de roca.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 28 ilustra la remoción dé segmentos de rocas barriendo el flujo de liquido o gas 2801 cuando se pica una formación de roca 2802. Los segmentos de roca son picados mediante un patrón 1606 de lineas con formas de puntos de raya que no se traslapan 2803, 2804, 2805. La cabeza óptica 2807, asociada en forma óptica con un conjunto de fibra óptica, la cabeza óptica 2807 que tiene un sistema de elemento óptico irradia la superficie de la roca 2808. Un barrido de izquierda a derecha con un flujo de gas o líquido 2801 eleva los fragmentos de roca 2809 picados mediante los impactos térmicos a la superficie.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 29, ilustra la remoción de segmentos de roca mediante el flujo de liquido o gas dirigido desde la cabeza óptica cuando se está picando una formación de roca 2901. Los segmentos de roca son picados mediante un patrón 2902 de líneas conformadas de puntos de rayo que no se traslapan 2903, 2904, 2905. La cabeza óptica 2907 con un sistema de elemento óptico irradia la superficie de la roca 2908. Los desechos del segmento de roca 2909 son barridos desde una boquilla 2915 que hace fluir un gas o líquido 2911 desde el centro de la formación de roca y en alejamiento. La cabeza óptica 2907 se muestra adjunta a un motor giratorio 2920 y la fibra óptica 2924 separada en un patrón. La cabeza óptica también tiene rieles 2928 para el movimiento de eje x si es necesario para el enfoque. Los elementos ópticos de refracción y ópticos de reflexión forman la trayectoria del rayo.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 30 ilustra espejos ópticos que exploran un punto o forma de rayo de láser para picar una formación de roca en el plano XY. Por consiguiente, se muestra, con respecto a un recubrimiento 3023 en un pozo de perforación, un primer motor giratorio 3001 , una pluralidad de fibras ópticas en un patrón 3003, un cardan 3005, un segundo motor giratorio 3007 y un tercer motor giratorio 3010. El segundo motor giratorio 3007 que tiene un motor escalonado 30 y un espejo 3015 asociado con el mismo. El tercer motor giratorio 3010 que tiene un motor escalonado 3013 y un espejo 3017 asociado con el mismo. Los elementos ópticos 3019 están asociados ópticamente con las fibras ópticas 3003 y tienen la capacidad de proporcionar un rayo láser a lo largo de la trayectoria óptica 3021. A medida que el cardan gira alrededor del eje z y vuelve a colocar los espejos en el plano XY. Los espejos son adjuntos a un motor escalonado para hacer girar los motores escalonados y los espejos en el plano XY. En esta modalidad, las fibras ópticas son separadas en un patrón que forma tres puntos de rayo manipulados mediante elementos ópticos que exploran la formación de roca a una distancia separada y que no se traspala para provocar el picado de la roca. Se pueden utilizar otros patrones de fibra óptica, formas o un láser de diodo.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 31 , ilustra una lente separadora de rayo para formar un enfoque de rayos múltiples para picar una formación de roca. Se muestran las fibras 3101 en un patrón un riel 3105 para proporciona movimiento en la dirección z mostrado por la flecha 3103, un conector de fibra 3107, una cabeza óptica 3109, que tiene un dispositivo de expansión de rayo 31 19, el cual comprende un DOE/ROE 3115, una lente positiva 31 17, un colimador 31 3, un dispositivo de expansión de rayo 31 11. Este ensamble tiene la capacidad de suministrar uno o más rayos láser, como los puntos 3131 en un patrón, a lo largo de las trayectorias ópticas 3129 a una formación de roca 3123 que tiene una superficie 3125. Las fibras ópticas son separadas una distancia lejana en un patrón. Un sistema de elemento óptico compuestos de un dispositivo de expansión de rayo y un colimador alimentan un elemento óptico de difracción adjunto a una lente positiva para enfocar los puntos de rayo múltiples a un enfoque múltiple. La distancia entre los puntos no se traslapa y provocará el picado. En esta figura, los rieles se mueven en el eje z para enfocar la trayectoria óptica. Las fibras están conectadas mediante un conector. También, un elemento óptico puede ser adjunto a cada fibra óptica, como se muestra en esta figura a más de una fibra óptica.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 32, ilustra el uso de una lente para dar forma al punto de rayo, para dar forma a un patrón para picar una formación de roca. Se proporciona un conjunto de fibras ópticas 3201 , una cabeza óptica 3209. La cabeza óptica teniendo un riel 3203 para facilitar el movimiento en la dirección z, mostrado mediante la flecha 3205, un conector de fibra 3702, un ensamble óptico 3201 para conformar el rayo láser que es transmitido por las fibras 3201. La cabeza óptica tiene la capacidad de transmitir ún rayo láser a lo largo de la trayectoria óptica 3213 para iluminar una superficie 32 9 con un patrón de disparo de rayo láser 3221 que tiene lineas separadas, aunque de intersección en un patrón similar a rejilla. Las fibras ópticas son separadas una distancia en un patrón conectado mediante un conector. Las fibras ópticas emiten un punto de rayo a una lente conformadora de punto de rayo adjunto a la fibra óptica. La lente conformadora de punto de rayo forma una línea en esta figura que se traslapa para formar un patrón de láser de tres en linea sobre la superficie de roca. Los cables del conjunto de fibra óptica son unidos a rieles que se mueven en el eje z para enfocar los puntos de rayo.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 33 ilustra el uso de un objetivo F-theta para enfocar un patrón de rayo láser a una formación de roca para producir el picado. Se proporciona una cabeza óptica 3301 , un primer motor para proporcionar rotación 3303, una pluralidad de fibras ópticas 3305, un conector 3307, el cual coloca las fibras en un patrón previamente determinado 3309. El rayo láser sale de las fibras y viaja a lo largo de la trayectoria óptica 331 1 a través de la óptica F-theta 3315 e ilumina la superficie de la roca 3313 en el patrón de disparo 3310. Adicionalmente se muestran rieles 3317 para proporciona el movimiento en la dirección z. Las fibras ópticas conectadas mediante los conectores en un patrón se hacen girar en el eje x mediante un cardan adjunto a la cabeza de recubrimiento óptico. La trayectoria del rayo entonces se enfoca nuevamente mediante un objetivo F-theta a la formación de roca. Los puntos de rayo están a una distancia separada y que no se traslapa para inducir el picado de roca en la formación de roca. Un riel es adjunto a las fibras ópticas y el objetivo F-theta se mueva en el eje z para enfocar el tamaño de punto de rayo.

Se debe comprender que los rieles en estos ejemplos para proporcionar el movimiento en la dirección z son proporcionados a modo de ilustración y que el movimiento en la dirección z, es decir, el movimiento hacia o lejos del fondo del pozo de perforación se puede obtener mediante otros medios, por ejemplo, embobinado y desembobinado de la bobina o ascenso y descenso de la cadena de perforación que se utiliza para hacer avanzar el LBHA dentro o remover el LBHA del pozo de perforación.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 34 ilustra el control mecánico de las fibras ópticas anexas a las ópticas que conforman el rayo para provocar el picado de la roca. Se proporciona un conjunto de una pluralidad de fibras 3401 de primer motor 3405 para proporcionar movimiento de rotación de un cable de potencia 3403, la cabeza óptica 3406 y los rieles 3407. Adicionalmente, se proporciona un segundo motor 3409, un conector de fibra 3413 y una lente 3421 para cada fibra para conformar el rayo. Los rayos láser salen de las fibras y viajan a lo largo de las trayectorias ópticas 3415 e iluminan la superficie de roca 3419 en una pluralidad de patrones de disparo con forma de linea individual 3417. Las fibras ópticas están conectadas mediante los conectores en un patrón y están adjuntos a un motor de cardán giratorio alrededor del eje z. Los rieles están adjuntos al motor que se mueve en el eje z. Los rieles están adjuntos estructuralmente al recubrimiento de cabeza óptica y un riel de soporte. Un cable de potencia energiza los motores. En esta figura, las fibras ópticas emiten un punto de rayo a una lente para conformar el punto de rayo que forma tres líneas no traslapadas hacia la formación de roca para inducir el picado.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 35 ¡lustra el uso de una pluralidad de fibras ópticas para formar un rayo con forma de linea. Se proporciona un ensamble óptico 351 1 que tiene una fuente de energía láser 3501 , un cable de potencia 3503, un primer motor de rotación 3505, el cual está montado como un cardan, un segundo motor 3507, y rieles 3517 para el movimiento en la dirección z. También se proporciona una pluralidad de conjuntos de fibra 3521 , con cada conjunto conteniendo una pluralidad de fibras individuales 3523. Los conjuntos 3521 son mantenidos en una posición previamente determinada mediante el conector 3525. Cada conjunto 3521 está asociado en forma óptica con un rayo que conforma la óptica 3509. Los rayos láser salen de la óptica que conforma el rayo 3509 y viajan a lo largo de la trayectoria óptica 3515 para iluminar la superficie 3519. Los motores 3507, 3505 proporciona la capacidad de mover la pluralidad de puntos de rayo en una pluralidad de patrones previamente determinados y deseados sobre la superficie 3519, la cual puede ser la superficie del pozo de perforación, tal como la superficie del fondo, la superficie lateral, o el recubrimiento en el pozo de perforación. Una pluralidad de fibras ópticas, está conectada mediante conectores en un patrón y están adjuntos a un motor de cardán giratorio alrededor del eje z. Los rieles están adjuntos al motor que se mueve en el eje z. Los rieles están unidos estructuralmente al recubrimiento de cabeza óptica y un riel de soporte. Un cable de potencia energiza los motores. En esta figura, la pluralidad de fibras ópticas emite un punto de rayo a una lente de conformación de punto de rayo que forma las tres lineas que no se traslapan con la formación de roca. Las formas de rayo inducen el picado de la roca.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 36 ilustra el uso de una pluralidad de fibras ópticas para formar un enfoque de punto de rayo múltiple que se hace girar sobre un eje. Se proporciona una fuente láser 3601 , un primer motor 3603, el cual está montado en cardán, un segundo motor 3605 y un medio para el movimiento en la dirección z 3607. Se proporciona adicionalmente una pluralidad de conjuntos de fibras 3613 y un conector 3609 para colocar la pluralidad de conjuntos 3613, el rayo láser sale de las fibras e ilumina un superficie en un patrón de disparo láser divergente y transversal. Las fibras ópticas están conectadas mediante conectores a un ángulo que se hace girar mediante un motor adjunto a un cardan que está adjunto a un segundo motor que se mueve en el eje z sobre los rieles. Los motores reciben potencia mediante un cable de potencia. Los rieles están adjuntos a la cabeza del revestimiento óptico y soportan el riel de rayo. En esta figura, un colimador envía el punto de rayo que se origina desde la pluralidad de fibras ópticas a un separador de rayo. El separador de rayo es un elemento óptico de difracción que está adjunto a la lente de refracción positiva. El separador de rayo forma un enfoque de puntos de rayo múltiples a la formación de roca en distancias que no se traslapan para picar la formación de roca. El enfoque es colocado nuevamente en el eje z mediante los rieles.

A modo de ejemplo y para demostrar adicionalmente las enseñanzas presentes, la figura 1 1 ilustra la exploración de la superficie de la roca con un patrón de rayo y un sistema de exploración XY. Se proporciona una trayectoria óptica 1 101 para un rayo láser, un explorador 1 103, una óptica de difracción 1 105 y una óptica de colimador 1107. Una fibra óptica emite un punto de rayo que se expande mediante una unidad de expansión de rayo y está enfocada mediante un colimador a un elemento óptico de refracción. El elemento óptico de refracción está colocado al frente de una unidad de explorador XY para formar un patrón o forma de punto de rayo. El explorador XY compuesto de dos espejos controlados por espejos de galvanómetro 1 109 irradia la superficie de la roca 1 13 para inducir el picado.

A partir de la descripción anterior, un experto en la materia puede discernir fácilmente las características esenciales de la presente invención, y sin alejarse del espíritu y alcance de la misma, puede realizar diversos cambios y/o modificaciones de la presente invención para adaptarla a diversos usos y condiciones.

Claims (121)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizarse en asociación con un equipo de perforación, plataforma de perforación, torre de perforación, plataforma de desecho, equipo de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación en roca dura, el sistema comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 20 kW de potencia; b. un ensamble de fondo de pozo; i. el ensamble de fondo de pozo teniendo un ensamble óptico; ii. El ensamble óptico configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado a una superficie del pozo de perforación; y iii. el ensamble óptico configurado para proporcionar un patrón de disparo láser previamente determinado; c. un medio para hacer avanzar el ensamble de fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación; d. un cable de transmisión láser de potencia alta en el fondo del pozo, el cable de transmisión teniendo una longitud de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; e. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con la fuente láser; y, f. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble del fondo del pozo. 2 - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable y el ensamble del fondo del pozo tienen la capacidad de iluminar una superficie del pozo de perforación con un rayo láser que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 5 kW. 3.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable y el ensamble del fondo del pozo tienen la capacidad de iluminar una superficie del pozo de perforación con un rayo láser que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 10 kW en el ensamble del fondo del pozo. 4 - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable y el ensamble del fondo del pozo tienen la capacidad de iluminar una superficie del pozo de perforación con un rayo láser que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 15 kW en el ensamble del fondo del pozo. 5. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable y el ensamble del fondo del pozo tienen la capacidad de iluminar una superficie del pozo de perforación con un rayo láser que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 18 kW en el ensamble del fondo del pozo. 6. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable en el fondo del pozo es de por lo menos 457.2 metros de largo. 7. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable en el fondo del pozo es de por lo menos 609.6 metros de largo. 8. - El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cable en el fondo del pozo es de por lo menos 914.4 metros de largo. 9. - Un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizarse en asociación con un equipo de perforación, plataforma de perforación, torre de perforación, una plataforma de desecho o un equipo de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación, el sistema comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta; i. la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 10 kW de potencia; ii. la fuente láser comprendiendo un láser; b. un ensamble de fondo del pozo; i. configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado de energía láser a una superficie del pozo de perforación; ii. configurado para proporcionar un patrón de disparo láser previamente determinado; iii. comprendiendo un ensamble óptico; y iv. comprendiendo un medio para remover mecánicamente material del pozo de perforación; c. un medio para hacer avanzar el ensamble del fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación; d. una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar el pozo de perforación; e. un cable de transmisión láser de potencia alta del fondo del pozo, el cable de transmisión teniendo una longitud de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; f. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble láser; g. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble óptico; y h. el ensamble del fondo del pozo en comunicación de fluido con la fuente de fluido; i. mediante lo cual, la energía láser puede ser provista a una superficie de un pozo de perforación que se localiza dentro del pozo de perforación a por lo menos 304.8 metros desde la abertura del pozo de perforación. 10. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el cable del fondo del pozo es unitario. 11. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el cable del fondo del pozo comprende un par de cables conectados en forma óptica. 12. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el cable del fondo del pozo comprende una pluralidad de cables conectados en forma óptica. 13.- El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el cable del fondo del pozo comprende por lo menos dos cables conectados en forma óptica de extremo a extremo. 14. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la fuente láser comprende por lo menos dos láser. 15. - El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la fuente láser comprende una pluralidad de láser. 16 - Un sistema de perforación láser de potencia alta para utilizar en asociación con un equipo de perforación, plataforma de perforación, grúa de perforación, una plataforma de desecho, o equipo de perforación de tubería embobinada para hacer avanzar un pozo de perforación, el sistema comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta; b. un ensamble de fondo del pozo: i. el ensamble de fondo del pozo teniendo un ensamble óptico; ii. el ensamble óptico configurado para proporcionar un perfil de deposición de energía a una superficie del pozo de perforación; y, iii. el ensamble óptico configurado para proporcionar un patrón de disparo láser; iv. que comprende un medio para dirigir un fluido; c. un medio para hacer avanzar el ensamble de fondo del pozo dentro y hacia abajo del pozo de perforación; d. una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar un pozo de perforación; e. un cable de transmisión láser de potencia alta del fondo del pozo; f. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con la fuente láser; g. el cable del fondo del pozo en comunicación óptica con el ensamble del fondo del pozo; y h. el medio para dirigir las comunicaciones de fluido con la fuente de fluido; i. en donde el sistema tiene la capacidad de cortar, astillar, o picar roca iluminando una superficie del pozo de perforación con energía láser y remover el material de desperdicio creado a partir de dicho corte, astillado o picado, desde el pozo de perforación y el área de iluminación láser mediante la acción de los medios de dirección. 17. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden un amplificador de fluido. 18. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden un amplificador de fluido y un puerto de salida. 19. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden un medio para dirección de gas y un medio para dirección de fluido. 20.- El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden una cuchilla de aire. 21. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden una pluralidad de puertos de salida. 22. - El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden dos puertos de salida, los puertos de salida están configurados para proporcionar los flujos relativos del fluido en la proporción de aproximadamente 1 :1. 23.- El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque los medios para dirección comprenden dos puertos de salida, los puertos de salida están configurados para proporcionar flujos relativos del fluido en la proporción de aproximadamente 1 hasta por lo menos aproximadamente 100. 24.- Un sistema de perforación láser de potencia alta para hacer avanzar un pozo de perforación, que comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 5 kW de potencia; b. un ensamble de tubería, el ensamble de tubería teniendo por lo menos 304.8 metros de tubería, teniendo un extremos distal y uno próximo; c. una fuente de fluido para utilizar al hacer avanzar un pozo de perforación; d. el extremo próximo de la tubería estando en comunicación de fluido con la fuente de fluido, mediante lo cual, el fluido es transportado en asociación con la tubería; e. el extremo próximo de la tubería estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser puede ser transportado en asociación con la tubería; f. la tubería comprendiendo un cable de transmisión láser de potencia alta, el cable de transmisión teniendo un extremo distal y un extremo próximo, el extremo próximo estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser es transmitido mediante el cable desde el extremo próximo hasta el extremo distal del cable para suministrar la energía de rayo láser al pozo de perforación, y g. la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuando el cable está dentro de un pozo de perforación, siendo de por lo menos aproximadamente 2 kW. 25. - El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el ensamble de tubería es un equipo de tubería embobinada que tiene por lo menos 1 ,219.2 metros de tubería embobinada. 26. - El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque comprende: a. un medio para hacer avanzar la tubería dentro del pozo de perforación; b. un ensamble de fondo del pozo; c. un bloqueador de estallido; d. un desviador; e. el ensamble de fondo del pozo en comunicación de fluido y óptica con el extremo distal de la tubería; y f. la tubería extendiéndose a través del bloqueador de estallido y el desviador y dentro del pozo de perforación, y con la capacidad de avanzar a través del bloqueador de estallido y el desviador dentro y fuera del pozo de perforación mediante los medios de avance; g. mediante lo cual, el rayo láser y el fluido son dirigidos mediante el ensamble de fondo del pozo a una superficie en del pozo de perforación para hacer avanzar el pozo de perforación. 27.- El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la fuente de energía láser de potencia alta proporciona un rayo láser que tiene por lo menos aproximadamente 10 kW de potencia. 28.- El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la fuente de energía láser de potencia alta proporciona un rayo láser que tiene por lo menos aproximadamente 5 kW de potencia. 29.- El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la fuente de energía láser de potencia alta proporciona un rayo láser que tiene por lo menos aproximadamente 20 kW de potencia. 30.- El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuando el cable está dentro de un pozo de perforación es de por lo menos aproximadamente 3 kW. 31. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuarido el cable está dentro de un pozo de perforación es de por lo menos aproximadamente 5 kW. 32. - El sistema de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuando el cable está dentro de un pozo de perforación es de por lo menos aproximadamente 7 kW. 33. - Un sistema para proporcionar energía láser de potencia alta al fondo de pozos de perforación profundos, el sistema comprende: a. una fuente o energía láser de potencia alta con la capacidad de proporcionar un rayo láser de potencia alta; b. un medio para transmitir el rayo láser desde el láser de potencia alta al fondo de un pozo de perforación profundo; y c. el medio de transmisión que tiene un medio para suprimir el SBS; d. mediante lo cual, substancialmente toda la energía láser de potencia alta es suministrada al fondo del pozo de perforación. 34. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque el pozo de perforación profundo es de por lo menos 304.8 metros. 35. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque el pozo de perforación profundo es de por lo menos 1 ,524 metros. 36. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque el pozo de perforación profundo es de por lo menos 3,048 metros. 37. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la fuente es de por lo menos 10 kW. 38. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la fuente es de por lo menos 15 kW. 39. - El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la fuente es de por lo menos 20 kW. 40. - Un ensamble de bobina para acoplar en forma giratoria los cables de transmisión láser de potencia alta para utilizarlos en el avance de los pozos de perforación, que comprende: a. una base; b. una bobina, la bobina soportada por la base a través de un soporte para soportar la carga; c. tubería embobinada que tiene un primer extremo y un segundo extremo; d. tubería embobinada que comprende un medio para transmitir un rayo láser de potencia alta; e. la bobina comprende un eje alrededor del cual, está embobinada la tubería embobinada, el eje soportado por el soporte que soporta la carga; f. un primer conector óptico no giratorio para conectar en forma óptica una fuente de rayo láser al eje; g. un conector óptico giratorio asociado en forma óptica con el primer conector óptico; mediante el cual, un rayo láser tiene la capacidad de ser transmitido desde el primer conector óptico al conector óptico giratorio; y, h. un conector óptico giratorio asociado en forma óptica con el conector óptico giratorio, asociado ópticamente con el medio de transmisión y asociado con el eje; i. mediante lo cual, la bobina tiene la capacidad de transmitir un rayo láser desde el primer conector óptico a través del conector óptico giratorio y dentro del medio de transmisión durante el embobinado y desembobinado de la tubería sobre la bobina mientras que mantiene potencia suficiente para hacer avanzar el pozo de perforación. 41.- Un sistema para proporcionar energía láser de potencia alta al fondo de los pozos de perforación profundos, el sistema comprende: a. una fuente láser de energía alta con la capacidad de proporcionar un rayo láser de potencia alta; b. un medio para transmitir el rayo láser desde la fuente láser de potencia alta al fondo de un pozo de perforación profundo; y c. el medio de transmisión tiene un medio para suprimir el fenómeno de dispersión no lineal; y d. mediante lo cual, la energía láser de potencia alta es suministrada al fondo del pozo de perforación con potencia suficiente para hacer avanzar el pozo de perforación. 42. - El sistema de conformidad con la reivindicación 41 , caracterizado además porque la fuente láser comprende un láser único. 43. - El sistema de conformidad con la reivindicación 41 , caracterizado además porque la fuente láser comprende dos láser. 44.- El sistema de conformidad con la reivindicación 41 , caracterizado además porque la fuente láser comprende una pluralidad de láser. 45. - Un sistema para proporcionar energía láser de potencia alta al fondo de los pozos de perforación profundos, el sistema comprende: a. un láser de potencia alta con la capacidad de proporcionar un rayo láser de potencia alta; b. un medio para transmitir el rayo láser desde el láser de potencia alta al fondo de un pozo de perforación profundo; y c. el medio de transmisión tiene un medio para incrementar la potencia de transmisión máxima; d. mediante lo cual, la energía láser de potencia alta es entregada al fondo del pozo de perforación con potencia suficiente para avanzar. 46. - Un sistema para proporcionar energía láser de potencia alta al fondo de los pozos de perforación profundos, el sistema comprende: a. un láser de potencia alta con la capacidad de proporcionar un rayo láser de potencia alta; b. un medio para transmitir el rayo láser desde el láser de potencia alta al fondo de un pozo de perforación profundo; y c. el medio de transmisión tiene un medio para incrementar el umbral de potencia; d. mediante lo cual, la energía láser de potencia alta es suministrada al fondo del pozo de perforación con potencia suficiente para hacer avanzar el pozo de perforación. 47.- Un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar un medio de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro de un pozo de perforación; i. el pozo de perforación teniendo una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ¡i. el medio de transmisión comprende un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia el fondo del pozo de perforación; iii. medios de transmisión que comprenden un medio para transmitir energía láser de potencia alta; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir substancialmente toda la potencia del rayo láser bajo la longitud de los medios de transmisión, de manera que el rayo sale al extremo distal; y, d. dirigir el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación, mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación es incrementada, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 48.- Un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar una fibra de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro de un pozo de perforación; i. el pozo de perforación teniendo una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie inferior y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ii. la fibra de transmisión comprendiendo un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia abajo del pozo de perforación; iii. la fibra de transmisión comprende un medio para suprimir el fenómeno de dispersión no lineal; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir la potencia del rayo láser debajo de la longitud de la fibra de transmisión, de manera que el rayo sale al extremo distal; y d. dirigir el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación, mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación se incrementa, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 49.- Un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar una fibra de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro de un pozo de perforación; i. el pozo de perforación teniendo una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ii. la fibra de transmisión que comprende un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar al fondo del pozo de perforación; iii. la fibra de transmisión comprende un medio para incrementar la potencia de transmisión máxima; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir la potencia del rayo láser hacia abajo la longitud de la fibra de transmisión de manera que el rayo sale al extremo distal; y d. dirigir el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación, mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación es incrementada, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 50.- Un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar una fibra de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro de un pozo de perforación; i. el pozo de perforación teniendo una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ii. la fibra de transmisión comprende un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia abajo del pozo de perforación; iii. la fibra de transmisión comprende un medio para incrementar el umbral de potencia; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir la potencia del rayo láser hacia bajo la longitud de la fibra de transmisión de manera que el rayo sale al extremo distal; y d. dirigir el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación, mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación es incrementada en parte con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 51. - Un sistema de perforación láser de potencia alta para hacer avanzar el pozo de perforación, que comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser con la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 5 kW de potencia; b. un ensamble de tubería, el ensamble de tubería teniendo por lo menos 304.8 metros de tubería, teniendo un extremo distal y uno próximo; c. el extremo próximo de la tubería estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser puede ser transportado en asociación con la tubería; d. la tubería comprendiendo un cable de transmisión láser de potencia alta, el cable de transmisión teniendo un extremo distal y un extremo próximo, el extremo próximo estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser es transmitido por el cable desde el extremo próximo hasta el extremo distal del cable para el suministro de la energía de rayo láser al pozo de perforación, y e. la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuando el cable está dentro de un pozo de perforación siendo de por lo menos aproximadamente 2 kW. 52. - Un sistema de perforación láser de potencia alta para hacer avanzar un pozo de perforación, que comprende: a. una fuente de energía láser de potencia alta, la fuente láser teniendo la capacidad de proporcionar un rayo láser que tiene por lo menos 5 kW de potencia; b. una tubería, el ensamble de tubería teniendo por lo menos 304.8 metros de tubería, que tiene un extremo distal y uno próximo; c. un medio para hacer avanzar la tubería dentro del pozo de perforación; d. un ensamble de fondo del pozo; e. un bloqueador de estallido; f. un desviador; g. el extremo próximo de la tubería estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser puede ser transportado en asociación con la tubería; h. la tubería comprendiendo un cable de transmisión láser de potencia alta, el cable de transmisión teniendo un extremo distal y un extremo próximo, el extremo próximo estando en comunicación óptica con la fuente láser, mediante lo cual, el rayo láser es transmitido mediante el cable desde el extremo próximo al extremo distal del cable para el suministro de la energía de rayo láser al pozo de perforación; y, i, la potencia de la energía láser en el extremo distal del cable cuando el cable está dentro de un pozo de perforación, siendo de por lo menos aproximadamente 2 kW. 53.- Un ensamble de bobina para acoplar en forma giratoria los cables de transmisión láser de potencia alta para utilizarse al hacer avanzar los pozos de perforación, que comprende: a. una base; b. una bobina, la bobina soportada por la base a través de un soporte para soportar la carga; c. un medio para proporcionar energía láser; d. tubería embobinada que tiene un primer extremo y un segundo extremo; e. la tubería embobinada comprende un medio para transmitir un rayo láser de potencia alta; f. la bobina comprendiendo un eje alrededor del cual, está embobinada la tubería embobina, el eje soportado por el soporte que soporta la carga; g. un primer conector óptico no giratorio para conectar en forma óptica un rayo láser desde el medio para proporcionar energía láser al eje; h. un conector óptico giratorio asociado en forma óptica con el primer conector óptico; mediante lo cual, un rayo láser tiene la capacidad de ser transmitido desde el primer conector óptico al conector óptico giratorio; e i. un conector óptico giratorio asociado en forma óptica con el conector óptico giratorio, asociado ópticamente con los medios de transmisión y asociado con el eje; j. mediante lo cual, la bobina tiene la capacidad de transmitir un rayo láser desde el primer conector óptico a través del conector óptico giratorio y dentro de los medios de transmisión durante el embobinado y desembobinado de la tubería sobre la bobina mientras que mantiene potencia suficiente para hacer avanzar un pozo de perforación. 54.- La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para proporcionar energía láser es una fibra óptica única de un láser. 55. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para proporcionar energía láser es un par de fibras ópticas desde un láser. 56. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para proporcionar energía láser es una pluralidad de fibras ópticas de un láser. 57. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para proporcionar energía láser es una pluralidad de láser. 58. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para proporcionar energía láser es un par de láser. 59. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una fibra óptica. 60. - La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es un par de fibras ópticas. 61.- La bobina de conformidad con la reivindicación 53, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una pluralidad de fibras ópticas. 62. - La bobina de conformidad con la reivindicación 54, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una fibra óptica. 63. - La bobina de conformidad con la reivindicación 54, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es un par de fibras ópticas. 64. - La bobina de conformidad con la reivindicación 54, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una pluralidad de fibras ópticas. 65.- La bobina de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una fibra óptica. 66 - La bobina de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es un par de fibras ópticas. 67.- La bobina de conformidad con la reivindicación 55, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una pluralidad de fibras ópticas. 68.- La bobina de conformidad con la reivindicación 56, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una fibra óptica. 69.- La bobina de conformidad con la reivindicación 56, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es un par de fibras ópticas. 70 - La bobina de conformidad con la reivindicación 56, caracterizada además porque el medio para transmitir un rayo láser de potencia alta es una pluralidad de fibras ópticas. 71 - Un ensamble de fondo de pozo láser, que comprende: a. un primer alojamiento giratorio; b. un segundo alojamiento fijo; c. el primer alojamiento estando asociado en forma giratoria con el segundo alojamiento; d. un cable de fibra óptica para transmitir un rayo láser, el cable teniendo un extremo próximo y un extremo distal, el extremo próximo adaptado para recibir un rayo láser desde una fuente láser, el extremo distal asociado en forma óptica con un ensamble óptico; e. por lo menos una porción del ensamble óptico fija al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, la porción fija gira con el primer alojamiento; f. un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, el ensamble gira con el primer alojamiento y tiene la capacidad de aplicar las fuerzas mecánicas a una superficie del pozo de perforación a partir de la rotación; y, g. una trayectoria de fluido asociada con el primer y segundo alojamientos, la trayectoria de fluido teniendo una abertura distal y próxima, la abertura distal adaptada para descargar el fluido hacia la superficie del pozo de perforación, mediante lo cual, el fluido para la remoción de material de desperdicio es transmitido mediante la trayectoria de fluido y descargado desde la abertura distal hacia la superficie el pozo de perforación para remover el material de desperdicio del pozo de perforación. 72. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque la porción giratoria de las ópticas comprende una óptica que conforma el rayo. 73. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque la porción giratoria de las ópticas comprende un explorador. 74.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque comprende un motor giratorio. 75.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado además porque el motor giratorio es un motor de lodo. 76. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende un dispositivo cónico despejado. 77. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende una broca de perforación. 78. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende una broca de perforación de tres conos. 79.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende una broca PDC. 80. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende una herramienta PDC. 81. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque el ensamble mecánico comprende una herramienta de corte PDC. 82. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 71 , caracterizado además porque la trayectoria de fluido está adaptada para reducir los desechos de una trayectoria de rayo láser. 83. - Un ensamble de fondo de pozo láser, que comprende: a. un primer alojamiento giratorio; b. un segundo alojamiento fijo; c. el primer alojamiento estando asociado en forma giratoria con el segundo alojamiento; d. un ensamble óptico, el ensamble teniendo una primera porción y una segunda porción; e. un cable de fibra óptica para transmitir un rayo láser, el cable teniendo un extremo próximo y un extremo distal, el extremo próximo adaptado para recibir un rayo láser desde una fuente láser, el extremo distal asociado en forma óptica con el ensamble óptico; f. los extremos de fibra próximo y distal fijos al segundo alojamiento giratorio; g. la primera porción del ensamble óptico fija al primer alojamiento giratorio; la segunda porción del ensamble óptico fija al segundo alojamiento fijo, mediante lo cual, la primera porción del ensamble óptico gira con el primer alojamiento; h. un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, el ensamble gira con el primer alojamiento y tiene la capacidad de aplicar fuerzas mecánicas a una superficie de un pozo de perforación a partir de la rotación; y, i. una trayectoria de fluido asociada con el primer y segundo alojamientos, la trayectoria de fluido teniendo una abertura distal y próxima, la abertura distal adaptada para descargar el fluido hacia la superficie del pozo de perforación, la abertura distal fija al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, el fluido para remoción de material de desperdicio es transmitido por la trayectoria de fluido y es descargado de la abertura distal hacia la superficie del pozo de perforación para remover el material de desperdicio del pozo de perforación; j. en donde a partir de la rotación del primer alojamiento, la primera porción del ensamble óptico, el ensamble mecánico y la abertura de fluido próxima giran substancialmente en forma simultánea. 84.- Un ensamble de fondo de pozo láser, que comprende: a. un primer alojamiento giratorio; b. un segundo alojamiento fijo; c. el primer alojamiento estando asociado en forma giratoria con el segundo alojamiento; d. un motor para hacer girar el primer alojamiento; e. un cable de fibra óptica para transmitir un rayo láser, el cable tiene un extremo próximo y un extremo distal, el extremo próximo adaptado para recibir un rayo láser desde una fuente láser, el extremo distal asociado en forma óptica con un ensamble óptico; f. por lo menos una porción del ensamble óptico fija al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, la porción fija gira con el primer alojamiento; g. un ensamble mecánico fijo al primer alojamiento giratorio, mediante lo cual, el ensamble gira con el primer alojamiento y tiene la capacidad de aplicar fuerzas mecánicas a una superficie de un pozo de perforación a partir de la rotación; y, h. una trayectoria de fluido asociada con el primer y segundo alojamientos, la trayectoria de fluido teniendo una abertura distal y próxima, la abertura distal adaptada para descargar el fluido hacia la superficie del pozo de perforación, mediante lo cual, el fluido para remoción de material de desperdicio es transmitido por la trayectoria de fluido y es descargado de la abertura distal hacia la superficie del pozo de perforación para remover el material de desperdicio del pozo de perforación. 85.- Un ensamble de fondo de pozo láser, que comprende: a. un alojamiento; b. un medio para proporcionar un rayo láser de potencia alta; c. un ensamble óptico, el ensamble óptico proporciona una trayectoria óptica a partir de la cual, el rayo láser viaja; y, d. un medio para crear un área de presión alta a lo largo de la trayectoria óptica; y, e. un medio para proporcionar bombeo de aspiración para la remoción de material de desperdicio del área de presión alta. 86.- Un sistema para crear un pozo de perforación en la tierra, que comprende: a. una fuente láser de potencia alta; b. un ensamble de fondo del pozo; y, c. una fibra que conecta ópticamente la fuente láser con el ensamble del fondo del pozo, de manera que un rayo láser de la fuente láser es transmitido al ensamble del fondo del pozo; d. el ensamble de fondo del pozo, comprendiendo: i. un medio para proporcionar el rayo láser a una superficie del fondo del pozo de perforación; ii. el medio de proporción comprende óptica de deposición de potencia de rayo; e. en donde, el rayo láser, como es suministrado desde el ensamble de fondo del pozo ilumina la superficie del fondo del pozo de perforación con un perfil de deposición de energía substancialmente uniforme. 87.- Un sistema para crear un pozo de perforación en la tierra, que comprende: a. una fuente láser de potencia alta; b. un ensamble de fondo de pozo; y c. una fibra que conecta en forma óptica la fuente láser con el ensamble de fondo de pozo, de manera que un rayo láser de la fuente láser es transmitido al ensamble de fondo del pozo; d. el ensamble de fondo del pozo comprende: i. un medio para proporcionar el rayo láser a una superficie del fondo del pozo de perforación; ii. el medio de proporción comprende una óptica de deposición de potencia de rayo; y, iii. el medio para proporcionar el rayo láser a la superficie del fondo configurada para proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado; e. en donde, el rayo láser, como es suministrado desde el ensamble del fondo del pozo, ilumina la superficie del fondo del pozo de perforación con un perfil de deposición de energía previamente determinado. 88.- El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado es desviado hacia el área exterior de la superficie de pozo de perforación. 89. - El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado es desviado hacia el área interior de la superficie del pozo de perforación. 90. - El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado comprende por lo menos dos áreas concéntricas que tienen perfiles de deposición de energía diferentes. 91. - El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado es provisto mediante una serie de patrones de disparo láser. 92.- El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado es provisto mediante un patrón de disparo láser de dispersión. 93. - El sistema de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado además porque comprende un medio de remoción mecánico. 94. - El sistema de conformidad con la reivindicación 93, caracterizado además porque en el perfil de deposición de energía previamente determinado se basa en los esfuerzos mecánicos aplicados por el medio de remoción mecánico. 95 - El sistema de conformidad con la reivindicación 93, caracterizado además porque el perfil de deposición de energía previamente determinado tiene por lo menos dos áreas de energía diferente y las energías en las áreas corresponden inversamente a las fuerzas mecánicas aplicadas por los medios mecánicos. 96. - Un sistema para crear un pozo de perforación en la tierra, que comprende: a. una fuente láser de potencia alta; b. un ensamble de fondo del pozo; y, c. una fibra que conecta en forma óptica la fuente láser con el ensamble del fondo del pozo, de manera que un rayo láser de la fuente láser es transmitido al ensamble del fondo del pozo; d. el ensamble del fondo del pozo comprende: i. un medio para proporcionar el patrón de disparo de rayo láser a una superficie del pozo de perforación en un patrón de disparo previamente determinado y en un perfil de deposición de energía previamente determinado. 97. - Un sistema para crear un pozo de perforación en la tierra, que comprende: a. una fuente láser de potencial alta; b. un ensamble del fondo del pozo; y c. una fibra que conecta ópticamente la fuente láser con el ensamble del fondo del pozo, de manera que un rayo láser de la fuente láser es transmitido al ensamble del fondo del pozo; d. el ensamble del fondo del pozo comprende; i. un medio para proporcionar un patrón de disparo de rayo láser conformado substancialmente elíptico a la superficie del fondo del pozo de perforación en una forma giratoria para de esta manera proporcionar un patrón de disparo previamente determinado y un perfil de deposición de energía previamente determinado. 98.- Un método para hacer avanzar un pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar un medio de transmisión de rayo láser de potencia alta dentro del pozo de perforación; i. el pozo de perforación teniendo una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ii. los medios de transmisión comprenden un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia abajo del pozo de perforación; ¡ii. el medio de transmisión comprende un medio para transmitir energía láser de potencia alta; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir substancialmente toda la potencia del rayo láser hacia abajo la longitud del medio de transmisión, de manera que el rayo sale del extremo distal; d. transmitir el rayo láser desde el extremo distal a un ensamble óptico en un ensamble de fondo del pozo láser; e. el ensamble de fondo del pozo láser que dirige el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación; y f. proporcionar un perfil de deposición de energía previamente determinado al fondo del pozo de perforación; g. mediante lo cual, se incrementa la longitud del pozo de perforación, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 99.- Un método para hacer avanzar el pozo de perforación utilizando un láser, el método comprende: a. hacer avanzar una fibra de transmisión de rayo láser de potencial alta dentro de un pozo de perforación; i. el pozo de perforación tiene una superficie del fondo, una abertura superior, y una longitud que se extiende entre la superficie del fondo y la abertura superior de por lo menos aproximadamente 304.8 metros; ii. la fibra de transmisión comprende un extremo distal, un extremo próximo, y una longitud que se extiende entre los extremos distal y próximo, el extremo distal haciéndose avanzar hacia abajo del pozo de perforación; b. proporcionar un rayo láser de potencia alta al extremo próximo del medio de transmisión; c. transmitir la potencia del rayo láser abajo la longitud de la fibra de transmisión de manera que el rayo sale del extremo distal y entra a un ensamble de fondo de pozo láser; y d. dirigir el rayo láser a la superficie del fondo del pozo de perforación en un perfil de deposición de energía substancialmente uniforme; e. mediante lo cual, la longitud del pozo de perforación es incrementada, en parte, con base en la interacción del rayo láser con el fondo del pozo de perforación. 100.- Un método para remover desechos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: a. dirigir un rayo láser que comprende una longitud de onda, y que tiene una potencia de por lo menos aproximadamente 10 kW, hacia abajo un pozo de perforación y hacia una superficie de un pozo de perforación; b. la superficie siendo de por lo menos 304.8 metros dentro del pozo de perforación; c. el rayo láser iluminando un área de la superficie; d. el rayo láser desplazando material desde la superficie en el área de iluminación; e. dirigiendo un fluido dentro del pozo de perforación y a la superficie del pozo de perforación; f. el fluido siendo substancialmente transmisor para la longitud de onda láser; g. el fluido dirigido teniendo una primera y una segunda trayectoria de flujo; h. el fluido fluyendo en la primera trayectoria de flujo que remueve el material desplazado desde el área de iluminación a un índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser del área de iluminación; e i. el fluido fluyendo en la segunda trayectoria de flujo que remueve el material desplazado del pozo de perforación. 101.- El método de conformidad con la reivindicación 100, caracterizado además porque el área de iluminación se hace girar. 102.- El método de conformidad con la reivindicación 101, caracterizado además porque el fluido en la primera trayectoria de flujo de fluido es dirigido en la dirección de la rotación. 103.- El método de conformidad con la reivindicación 101 , caracterizado además porque el fluido en la primera trayectoria de flujo de fluido es dirigido en una dirección opuesta de la rotación. 104. - El método de conformidad con la reivindicación 101 , caracterizado además porque comprende una tercera trayectoria de flujo de fluido. 105. - El método de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado además porque la tercera trayectoria de flujo de fluido y la primera trayectoria de flujo de fluido están en la dirección de rotación. 106. - El método de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado además porque la tercera trayectoria de flujo de fluido, y la primera trayectoria de flujo de fluido están en una dirección opuesta a la dirección de rotación. 107. - El método de conformidad con la reivindicación 100, caracterizado además porque el fluido es dirigido directamente en el área de iluminación. 108. - El método de conformidad con la reivindicación 101, caracterizado además porque el fluido en la primera trayectoria de flujo es dirigido cerca del área de iluminación. 109. - El método de conformidad con la reivindicación 101 , caracterizado además porque el fluido en la primera trayectoria de flujo es dirigido cerca del área de iluminación, cuya área está delante de la rotación. 110.- Un método para remover desechos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: a. dirigir un rayo láser que tiene por lo menos aproximadamente 10 kW de potencia hacia una superficie del pozo de perforación; b. iluminar un área de la superficie del pozo de perforación; c. desplazar el material desde el área de iluminación; d. proporcionar un fluido; e. dirigir el fluido hacia una primera área dentro del pozo de perforación; f. dirigir el fluido hacia una segunda área; g. el fluido dirigido removiendo el material desplazado del área de iluminación a un índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser; y, h. el fluido removiendo el material desplazado del pozo de perforación. 1 1.- El método de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado además porque la primera área es el área de iluminación. 112.- El método de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado además porque la segunda área está sobre una pared lateral de un ensamble de fondo del pozo. 113. - El método de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado además porque la segunda área está cerca de la primera área y la segunda área está localizada sobre una superficie del fondo del pozo de perforación. 114. - El método de conformidad con la reivindicación 111 , caracterizado además porque la segunda área está cerca de la primera área y la segunda área está localizada sobre una superficie del fondo del pozo de perforación. 115. - El método de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado además porque comprende dirigir un primer fluido al área de iluminación y dirigir un segundo fluido a la segunda área. 116 - El método de conformidad con la reivindicación 115, caracterizado además porque el primer fluido es nitrógeno. 117.- El método de conformidad con la reivindicación 115, caracterizado además porque el primer fluido es un gas. 118.- El método de conformidad con la reivindicación 115, caracterizado además porque el segundo fluido es un líquido. 119. - El método de conformidad con la reivindicación 115, caracterizado además porque el segundo fluido es un líquido acuoso. 120. - Un método para remover desechos de un pozo de perforación durante la perforación láser del pozo de perforación, el método comprende: a. dirigir el rayo láser hacia una superficie el pozo de perforación; b. iluminar un área de la superficie del pozo de perforación; c. desplazar material del área de iluminación; d. proporcionar un fluido; e. dirigir el fluido en una primera trayectoria hacia una primera área dentro del pozo de perforación; f. dirigir el fluido en una segunda trayectoria hacia una segunda área; g. amplificar el flujo del fluido en una segunda trayectoria; h. el fluido dirigido removiendo el material desplazado del área de iluminación a un índice suficiente para evitar que el material desplazado interfiera con la iluminación láser; e i. el fluido amplificado removiendo el material desplazado del pozo de perforación. 121. - Un ensamble de fondo de pozo láser para perforar un pozo de perforación en la tierra, que comprende: a. un alojamiento; b. óptica para conformar un rayo láser; c. una abertura para suministrar un rayo láser para ¡luminar la superficie de un pozo de perforación; d. una primera abertura de fluido en el alojamiento; e. una segunda abertura de fluido en el alojamiento; y f. la segunda abertura de fluido comprendiendo un amplificador de fluido.