[发明专利]一种石油井下激光射孔装置

说明书

技术领域

本发明属于油井射孔完井技术领域，尤其涉及一种石油井下激光射孔装置。

背景技术

油井射孔技术属于一种油井完井技术，具体是指打通井管壁、水泥层和地层从而建立地层与井管之间的流动通道。目前普遍使用的射孔技术包括子弹式射孔、聚能射孔等。利用上述射孔技术进行石油井下射孔作业存在诸多问题，主要有：第一，产生的射孔洞深度浅；第二，射孔时方向不可控，不能按预定角度射孔；第三，会对地层产生压实效应，降低了地层的渗透性；第四，可能会严重损坏井管。它们共同限制了油井产能的提升。而利用高功率激光进行石油井下射孔作业可以有效地解决上述问题，国内关于此技术的研究报道较少，并且也没有一种可投入实际应用的石油井下激光射孔装置，国外就此技术相关报道如US7487834：Methods of using a laser to perforate composite structures of steel casing, cement and rocks，该专利介绍了一种石油井下激光射孔装置，该装置利用光纤将高能激光传输至石油井下，并利用光学元件改变激光传输方向，使激光照射至地层待射孔处，在激光出射端有一气体喷嘴，喷出高压气流辅助激光进行射孔作业，整个装置安装在一旋转控制台上，控制激光束和高压气流按圆周方向转动进行射孔作业。用此装置进行射孔作业增加了地层的渗透性并且有效地解决了射孔通道末端逐渐变细的问题，有利于提高油井产能。但是该装置中光学元件和气体喷嘴无法调控激光束和高压气流的俯仰角，以完成指定角度的射孔作业，而只能控制激光束进行水平方向的射孔作业，射孔角度不能灵活调控。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种利用高能激光进行石油井下射孔作业，激光射孔方向可灵活调控的石油井下激光射孔装置。

为实现上述技术任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种石油井下激光射孔装置，该装置包括激光源、激光控制单元和气体清扫单元，所述激光源、激光控制单元与气体清扫单元依次连接；其中：

所述激光控制单元包括外壳、光纤和安装于外壳内的聚焦透镜、反射镜及反射镜转动控制架；所述外壳一侧壁上设有第一透光窗；所述光纤一端经外壳与外壳内相通，另一端与激光源连接；所述聚焦透镜位于光纤下方；所述反射镜安装于反射镜转动控制架上并位于聚焦透镜下方，该反射镜为俯仰角可变动的反射镜，且俯仰角变动时反射镜面朝第一透光窗；

所述气体清扫单元包括高压气源、高压气管、固定外壳、旋转外壳和旋转外壳控制器；所述高压气管一端经固定外壳与气体清扫单元内部相通，另一端与高压气源连接；所述固定外壳为一侧壁上设有敞口的壳体，在敞口处安装有可相对于固定外壳上下滑动的旋转外壳，该旋转外壳上设有喷嘴，在与敞口所在侧壁相对的固定外壳的侧壁上设有第二透光窗，该设有第二透光窗的侧壁与外壳中设有第一透光窗的侧壁连接，且第二透光窗与喷嘴和第一透光窗相对；所述旋转外壳控制器安装于固定外壳上并与旋转外壳连接。

本发明装置的其他特征为：

所述的聚焦透镜表面镀有激光增透膜层。

所述的反射镜表面镀有激光高反射膜层。

所述的第一透光窗上镀有激光增透膜层。

所述气体清扫单元还包括一气体阀门，该气体阀门与高压气管连接并安装于固定外壳上。

所述的第二透光窗上镀有激光增透膜层。

所述气体清扫单元中的固定外壳的设有第二透光窗的侧壁与外壳中设有第一透光窗的侧壁为一体，第二透光窗与第一透光窗为一体。

所述喷嘴设在旋转外壳的中心位置。

所述喷嘴为锥形喷嘴。

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

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）该装置利用激光进行石油井下射孔作业，可以持续不断的通过激光烧蚀射孔通道末端的岩石，显著增加了射孔深度。

（2）该射孔装置采用激光进行石油井下射孔作业，在射孔过程中不仅不会对地层产生压实效应，经激光烧蚀后周围岩石的渗透性反而会有所提高。

（3）在射孔作业过程中该装置可以精确地控制激光束，不会损坏井管。

（4）通过反射镜转动控制架调整反射镜的俯仰角，精确地控制激光出射角度，可以实现按指定倾斜角度进行射孔作业。

（5）喷嘴的角度可以灵活调控，可以有效地起到清洁射孔通道，提高激光射孔作业效率的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；