[发明专利]井下大功率激光扫描仪工具及方法

说明书

一种用于控制地层中的开口的形状的方法包括以下步骤：将来自光缆的激光束发射到定向单元中；在聚焦透镜中将激光束聚焦以产生聚焦激光；在准直透镜中使聚焦射束准直以产生定向射束；将定向射束导向到机动主机上，其中紧凑型扫描仪进一步包括机动从机，其中机动主机包括主机反射镜和主机马达，其中机动从机包括从机反射镜和从机马达；操作机动主机和机动从机以产生受控射束，其中受控射束以移动图案移动；将受控射束引入激光头；使地层升华以产生开口；以及利用抽吸嘴抽吸灰尘和蒸气。

技术领域

本申请公开了与使用油井增产(well stimulation)有关的装置和方法。具体地，本申请公开了与在井下应用中使用激光器有关的装置和方法。

背景技术

油井增产工艺通常是指增加地层与井筒之间的流体连通的那些工艺。

射孔(perforation)工艺创建了从地层穿过井筒周围的层并到达井筒的路径。井筒周围的层可以包括套管、尾管或水泥环。传统的射孔工艺包括使用聚能射孔弹、子弹射孔以及使用高压或喷砂射流。聚能射孔弹虽然有效，但不能得到很好的控制，并且可能导致地层的压实、变形和出砂。

当次级井筒可以增加从地层到地面的流体连通时，出于创建侧钻的目的，可以进行对套管的切割。用于切割套管的传统方法是使用铣削技术，这会花费时间并且缺乏准确性。

可以使用其它方法在尾管中创建小孔，以充当用于捕获砂粒以及过滤出来的其它小颗粒的筛网。用于侧钻式油井增产工艺的井下套管切割还可以包括对地层进行射孔的步骤。可以使用井下的其它工艺来增加地层与井筒之间的流体连通。

发明内容

本申请公开了与井下使用激光器有关的装置和方法。具体地，本申请公开了与井下应用中的激光控制有关的装置和方法。

在第一方面，本申请提供一种用于控制地层中的开口的形状的方法。该方法包括以下步骤：将来自光缆的激光束发射到定向单元中，其中定向单元包括聚焦透镜和准直透镜；在聚焦透镜中将激光束聚焦以产生聚焦激光；在准直透镜中使聚焦射束准直以产生定向射束；将定向射束导向到机动主机上，其中机动主机被包含在紧凑型扫描仪中，其中紧凑型扫描仪进一步包括机动从机，其中机动主机包括主机反射镜和主机马达，其中机动从机包括从机反射镜和从机马达；操作机动主机和机动从机以产生受控射束，其中受控射束以移动图案移动；将受控射束引入激光头，其中激光头包括入口透镜、出口透镜、气刀、吹扫喷嘴、抽吸嘴和温度传感器；使受控射束穿过入口透镜和出口透镜，其中入口透镜和出口透镜保护紧凑型扫描仪免受碎屑的影响；利用来自气刀的气体清扫出口透镜；利用来自吹扫喷嘴的吹扫流体吹扫受控射束的路径；使地层升华以产生开口，其中开口的形状由受控射束的移动图案决定；以及利用抽吸嘴抽吸灰尘和蒸气。

在某些方面，方法进一步包括以下步骤：将激光工具延伸到延伸穿过地层的井筒中，井下的激光工具包括定向单元、紧凑型扫描仪和激光头；操作激光单元以产生激光束；以及经由光缆将激光束从激光单元导向到激光工具。在某些方面，移动图案是基于机动主机的转动与机动从机的转动的比率确定的。在某些方面，方法进一步包括：在将激光工具延伸到井筒中的步骤之前，对紧凑型扫描仪进行编程以实现移动图案的步骤。在某些方面，方法进一步包括：在使地层升华的步骤之前，穿透包围井筒的套管和水泥的步骤。在某些方面，开口的形状是椭圆形。在某些方面，激光束的功率在500W与2500W之间。

在第二方面，本申请提供一种用于控制地层中的开口的形状的装置。该装置包括：定向单元，其被构造成操纵激光束的尺寸以产生定向射束，其中定向单元包括聚焦透镜和准直透镜；紧凑型扫描仪，其被光学地连接至定向单元，该紧凑型扫描仪被构造成引导定向射束以产生受控射束，其中该紧凑型扫描仪包括机动主机和机动从机，其中受控射束具有移动图案；以及激光头，其被光学地连接至紧凑型扫描仪，其中该激光头被构造成保护紧凑型扫描仪免受碎屑的影响，其中该激光头包括入口透镜、出口透镜、气刀、吹扫喷嘴、抽吸嘴和温度传感器。