超声波激光钻井装置制造方法及图纸

一种超声波激光钻井装置，其特征在于，包括：冷却单元(1)、控制单元(2)、连通管(3)、过滤槽(11)、高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)，其中，连通管(3)内有电缆、高强度水管及回水管，连通管(3)内的电缆将控制单元(2)分别与在下面的外壳(12)内的高功率脉冲激光器阵列(4)、多个超声波发生器(5)、超声波聚焦阵列(6)和气泵(9)连接，连通管(3)内的高强度水管将冷却单元(1)分别与高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)的冷却水循环系统相连接；本发明专利技术通过高功率脉冲激光装置发出的高脉冲能量，和超声波发生装置通过聚焦阵列，破坏岩石结构，达到破岩钻井，其效果很好。

Ultrasonic laser drilling equipment

A laser ultrasonic drilling device, which is characterized in that: the cooling unit (1), the control unit (2), (3) communicating pipe and the filter tank (11), high power pulse laser array (4), (5) ultrasonic generator and ultrasonic focusing array (6), the connecting pipe (3) with high strength cables, water pipes and water pipes, pipe (3) within the cable control unit (2) and (12) in the case of high power pulsed laser array in (4), a plurality of ultrasonic generator (5), ultrasonic focusing array (6) and air (9) connection, connection pipe (3) high strength pipe of the cooling unit (1) with high power pulsed laser diode array (4), (5) ultrasonic generator and ultrasonic focusing array (6) of the cooling water circulation system is connected; high pulse energy is provided by high power pulsed laser device emits the ultrasonic wave generating device, and through Over - focused array, destruction of rock structure, rock breaking drilling, its effect is very good.

【技术实现步骤摘要】
超声波激光钻井装置
本专利技术涉及石油天然气开采及激光器应用领域，特别是涉及超声波激光钻井装置。
技术介绍
石油天然气是现今世界的主要应用能源，是现代工业及生活最广泛应用的矿石能源，而石油天然气的开采更成为了其中的关键技术，旋转钻井技术是目前石油天然气勘探开发中广泛应用的钻井方式，随着地层岩层情况的复杂和钻井深度的增加，钻井成本会随之升高，同时钻井过程中各种地层岩层的结构不一样，当遇到坚硬地层岩层情况是，机械钻井往往不能胜任，同时还带来各种各样的问题。因此，现今急需一种高效的钻井方法，通过相关研究表明，通过超声波和激光通过作用，破岩钻井的效率和质量都远远优于传统破岩钻井工艺，具有广阔的发展和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有钻井装置的不足，提供了一种超声波激光钻井装置，以克服现有钻井装置不能钻通坚硬地层岩层的问题。一种超声波激光钻井装置，其特征在于，包括：冷却单元1、控制单元2、连通管3、过滤槽11、高功率脉冲激光器阵列4、超声波发生器5和超声波聚焦阵列6，其中，连通管3内有电缆、高强度水管及回水管，连通管3内的电缆将控制单元2分别与在下面的外壳12内的高功率脉冲激光器阵列4、多个超声波发生器5、超声波聚焦阵列6和气泵9连接，连通管3内的高强度水管将冷却单元1分别与高功率脉冲激光器阵列4、超声波发生器5和超声波聚焦阵列6的冷却水循环系统相连接，冷却后的水通过连通管3内的回水管再回到冷却单元1中，连通管3内的高强度水管还与蓄水槽8连接，气泵9管道的下端连接清洁器7，清洁器7的端口在最下面，用于吸收井下的泥砂，蓄水槽8的水与气泵9抽上来的泥砂、水混合后，一起回到过滤槽11，过滤槽11将砂水混合物进行分离、过滤，将过滤后的清洁水注入冷却单元(1)；高功率脉冲激光器阵列4由多个高功率脉冲激光器组成环状阵列，多个超声波发生器5、超声波聚焦阵列6在高功率脉冲激光器阵列4内。所述的高功率脉冲激光器阵列4的中间安装有成像装置10，成像装置10与控制单元2连接，由控制单元2供电。所述的连通管3，其特征在于：连通管采用高强度双层套管结构，其中包含高强度、可拼接组合的电缆和水管结构，各结构之间相互独立，用套管包覆。所述的高功率脉冲激光器阵列4，其特征在于：高功率脉冲激光器4为多台光纤脉冲激光器组成阵列，脉冲频率需为ms级别，能量密度＞300W/cm2。所述的高功率脉冲激光器阵列4，其特征在于：高功率脉冲激光器阵列4为均匀排布组成阵列，阵列整体形状为圆形，其围绕阵列圆心旋转。超声波发生器5的输出功率为0～60kW，频率为5～35kHz。所述的超声波聚焦阵列6，采用超声波聚焦阵列采用电子聚焦方式，空间合束的方式，将多个超声波发生器5的超声波能量聚焦于同一区域。有益效果：本专利技术通过高功率脉冲激光装置发出的高脉冲能量，和超声波发生装置通过聚焦阵列，破坏岩石结构，达到破岩钻井，其效果很好。附图说明图1、为超声波激光钻井装置示意图；图2、为超声波激光钻井装置主要功能部件示意图。其中，1为冷却单元，2为控制单元，3为连通管，4为高功率脉冲激光器阵列，5为超声波发生器，6为超声波聚焦阵列，7为清洁器，8为蓄水槽，9为气泵，10为实时成像系统，11为过滤器，12为外壳。具体实施方式一种超声波激光钻井装置，其特征在于，包括：冷却单元1、控制单元2、连通管3、过滤槽11、高功率脉冲激光器阵列4、超声波发生器5和超声波聚焦阵列6，其中，连通管3内有电缆、高强度水管及回水管，连通管3内的电缆将控制单元2分别与在下面的外壳12内的高功率脉冲激光器阵列4、多个超声波发生器5、超声波聚焦阵列6和气泵9连接，连通管3内的高强度水管将冷却单元1分别与高功率脉冲激光器阵列4、超声波发生器5和超声波聚焦阵列6的冷却水循环系统相连接，冷却后的水通过连通管3内的回水管再回到冷却单元1中，连通管3内的高强度水管还与蓄水槽8连接，气泵9管道的下端连接清洁器7，清洁器7的端口在最下面，用于吸收井下的泥砂，蓄水槽8的水与气泵9抽上来的泥砂、水混合后，一起回到过滤槽11，过滤槽11将砂水混合物进行分离、过滤，将过滤后的清洁水注入冷却单元1)；高功率脉冲激光器阵列4由多个高功率脉冲激光器组成环状阵列，多个超声波发生器5、超声波聚焦阵列6在高功率脉冲激光器阵列4内。所述的高功率脉冲激光器阵列4的中间安装有成像装置10，成像装置10与控制单元2连接，由控制单元2供电。所述的连通管3，其特征在于：连通管采用高强度双层套管结构，其中包含高强度、可拼接组合的电缆和水管结构，各结构之间相互独立，用套管包覆。所述的高功率脉冲激光器阵列4，其特征在于：高功率脉冲激光器4为多台光纤脉冲激光器组成阵列，脉冲频率需为ms级别，能量密度＞300W/cm2。所述的高功率脉冲激光器阵列4，其特征在于：高功率脉冲激光器阵列4为均匀排布组成阵列，阵列整体形状为圆形，其围绕阵列圆心旋转。超声波发生器5的输出功率为0～60kW，频率为5～35kHz。所述的超声波聚焦阵列6，采用超声波聚焦阵列采用电子聚焦方式，空间合束的方式，将多个超声波发生器5的超声波能量聚焦于同一区域。超声波激光钻井装置，其特征在于：包括冷却单元1用于为超声波激光钻井装置提供水冷及清洁用水，控制单元2用于控制超声波激光钻井装置各组成部分，连通管3包含电缆及高强度水管，用于连接超声波激光钻井装置的电气部分和用水部分，高功率脉冲激光器阵列4用于对岩石的粉碎，超声波发生器5包括多个超声波发生装置用于产生超声波，超声波聚焦阵列6包括多个超声波聚焦系统，用于使产生的超声波聚焦投射在固定的粉碎区域，清洁器7用于清除岩石粉碎后产生的砂、尘等，蓄水槽8用于混合清洁器7吸来的砂、尘，与水混合后，导出，气泵9用于产生吸力，达到清洁砂、尘的目的，成像系统10用于监测岩石钻井情况，过滤槽11用于将吸来的砂、尘和水的混合物进行分离，过滤，并注入冷却单元1中，循环使用，外壳12。冷却单元1供给超声波激光钻井装置的冷却用水以及蓄水槽8所需用水；控制单元2供给超声波激光钻井装置各个部件电力传输及控制。连通管采用高强度双层套管结构，其中包含高强度、可拼接组合的电缆和水管结构，各结构之间相互独立，用套管包覆。高功率脉冲激光器(4)为多台光纤脉冲激光器组成阵列，脉冲频率需为ms级别，能量密度＞300W/cm2；激光器阵列为均匀排布组成阵列，阵列整体形状为圆形，可围绕阵列圆心旋转；输出功率为0～60kW，频率为5～35kHz，同时包含超声波聚焦阵列(6)。超声波聚焦阵列采用电子聚焦方式，空间合束的方式，将多个超声波发生器5的超声波能量聚焦于同一区域。蓄水槽中包含单项阀门，一边为清水，一边为混合砂、尘后的水，采用大功率气泵抽取清洁器7中的砂、尘。通过集成超声波和激光技术，将两者的单一作用整合为一个相辅相成的综合作用效果，提高钻井效率。本专利技术所涉及的技术解决原理：通过高功率脉冲激光装置发出的高脉冲能量，通过旋转及多台光纤脉冲激光器组成的阵列，在极短的时间内，高功率脉冲激光多次作用于岩石表面，在岩石表面产生热量聚集，使岩石表面局部骤然高温，对岩石进行热冲击，岩石受热产生微裂隙并扩张，相变而引起颗粒分离，气体与水在空穴中扩张并导致岩石破碎，这种变化使岩石粉碎，破坏了岩石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波激光钻井装置，其特征在于，包括：冷却单元(1)、控制单元(2)、连通管(3)、过滤槽(11)、高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)，其中，连通管(3)内有电缆、高强度水管及回水管，连通管(3)内的电缆将控制单元(2)分别与在下面的外壳(12)内的高功率脉冲激光器阵列(4)、多个超声波发生器(5)、超声波聚焦阵列(6)和气泵(9)连接，连通管(3)内的高强度水管将冷却单元(1)分别与高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)的冷却水循环系统相连接，冷却后的水通过连通管(3)内的回水管再回到冷却单元(1)中，连通管(3)内的高强度水管还与蓄水槽(8)连接，气泵(9)管道的下端连接清洁器(7)，清洁器(7)的端口在最下面，用于吸收井下的泥砂，蓄水槽(8)的水与气泵(9)抽上来的泥砂、水混合后，一起回到过滤槽(11)，过滤槽(11)将砂水混合物进行分离、过滤，将过滤后的清洁水注入冷却单元(1)；高功率脉冲激光器阵列(4)由多个高功率脉冲激光器组成环状阵列，多个超声波发生器(5)、超声波聚焦阵列(6)在高功率脉冲激光器阵列(4)内。...

【技术特征摘要】
1.一种超声波激光钻井装置，其特征在于，包括：冷却单元(1)、控制单元(2)、连通管(3)、过滤槽(11)、高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)，其中，连通管(3)内有电缆、高强度水管及回水管，连通管(3)内的电缆将控制单元(2)分别与在下面的外壳(12)内的高功率脉冲激光器阵列(4)、多个超声波发生器(5)、超声波聚焦阵列(6)和气泵(9)连接，连通管(3)内的高强度水管将冷却单元(1)分别与高功率脉冲激光器阵列(4)、超声波发生器(5)和超声波聚焦阵列(6)的冷却水循环系统相连接，冷却后的水通过连通管(3)内的回水管再回到冷却单元(1)中，连通管(3)内的高强度水管还与蓄水槽(8)连接，气泵(9)管道的下端连接清洁器(7)，清洁器(7)的端口在最下面，用于吸收井下的泥砂，蓄水槽(8)的水与气泵(9)抽上来的泥砂、水混合后，一起回到过滤槽(11)，过滤槽(11)将砂水混合物进行分离、过滤，将过滤后的清洁水注入冷却单元(1)；高功率脉冲激光器阵列(4)由多个高功率脉冲激光器组成环状阵列，多个超声波发生器(5)、超声波聚焦阵列(6)在高功率脉冲激光器阵列(4)内。2.根据权利要求1所述的一种超声波激光钻井装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷亮，孙伟，董超，张红，周泽武，
申请(专利权)人：中国兵器装备研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11