井下井筒高功率激光加热压裂增产处理和方法技术

一种用于压裂地层(40)的系统包括：激光地面单元(50)，其构造成产生激光束；电力电缆(65)，其电连接到电源(60)；流体管线(75)，其连接到冷却流体源(70)；保护轴(80)，其延伸到井筒(10)中；电动机(200)，其构造成旋转电动机轴(210)；以及热冲击工具(300)，其包括：保护壳(305)；旋转轴(310)，其连接到电动机轴；激光递送装置(330)，其从旋转轴延伸，构造成将激光束转换成聚焦激光束，聚焦激光束可操作地用于将地层的温度升高到压裂温度；以及冷却系统(320)，其在激光递送装置的相反侧从旋转轴延伸，构造成将冷却流体流引入到地层，使得冷却流体流降低地层的温度，以便发生热冲击并且在地层中形成裂缝。

Processing and Method of High Power Laser Heated Fracturing in Downhole Wellbore for Increasing Production

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下井筒高功率激光加热压裂增产处理和方法
本专利技术公开了用于井筒增产处理的装置和方法。更具体地，实施例涉及包含了用于井筒增产处理应用的激光器的装置和方法。
技术介绍
使井筒增产的方法旨在提供流体从地层流到井筒的路径。水力压裂是一种使井筒增产的方法。传统的水力压裂将高压水注入井筒，导致地层被压裂。在传统的水力压裂中，使用炸药来对套管进行穿孔和固井。炸药是一种高冲击技术，可以导致压实、孔变形以及打磨和压碎岩石材料的颗粒。破碎的岩石材料颗粒可能被推入地层，阻塞地层并减少产量。另外，在常规水力压裂中使用的水与某些类型的地层(例如页岩)不相容。页岩中的水会导致粘土膨胀，从而阻止从地层到井筒的流动。
技术实现思路
本专利技术公开了用于井筒增产处理的装置和方法。更具体地，实施例涉及包含了用于井筒增产处理应用的激光器的装置和方法。在第一方面，提供了一种用于从井筒压裂地层的系统，所述井筒从地面延伸到地层中。所述系统包括：激光地面单元，其位于所述地面上，并且构造成产生激光束；光缆，其光学连接到热冲击工具的激光递送装置，并且构造成将所述激光束传输到所述激光递送装置以产生聚焦激光束；电力电缆，其电连接到所述地面上的电源，并且构造成将电能传输到电动机；流体管线，其连接到所述地面上的冷却流体源，并且构造成将冷却流体供应到所述热冲击工具的冷却系统以产生冷却流体流；保护轴，其延伸到所述井筒中，其中，所述光缆、所述电力电缆和所述流体管线容纳在所述保护轴内；电动机，其构造成使电动机轴旋转；以及所述热冲击工具，其物理连接到所述电动机。所述热冲击工具包括：保护壳，其构造成包围所述激光递送装置和所述冷却系统；旋转轴，其连接到所述电动机轴，使得当所述电动机轴旋转时，所述旋转轴旋转；所述激光递送装置，其从所述旋转轴延伸，并且构造成将所述激光束转换成聚焦激光束，其中，所述聚焦激光束可操作地用于将所述地层的温度升高到压裂温度；以及所述冷却系统，其在所述激光递送装置的相反侧从所述旋转轴延伸，所述冷却系统包括延伸穿过所述保护壳的一个或多个冷却喷嘴，使得所述一个或多个冷却喷嘴构造成将所述冷却流体流引入到所述地层，以便所述冷却流体流降低所述地层的温度，其中，当所述旋转轴旋转时，所述激光递送装置和所述冷却系统围绕所述井筒旋转，所述旋转轴的旋转构造成在增加所述地层的温度和降低所述地层的温度之间交替，使得发生热冲击并且在所述地层中形成裂缝。在某些方面，该系统还包括吹扫喷嘴(purgenozzle)，所述吹扫喷嘴位于所述地面和所述电动机之间，其中，所述吹扫喷嘴构造成防止碎屑沉积在所述电动机上。在某些方面，所述冷却流体选自氮气、液氮、氦气、空气、二氧化碳和水所构成的组。在某些方面，所述压裂温度为2000℃。在某些方面，该系统还包括声学能力设备。在某些方面，所述聚焦激光束能够在不到1秒的时间内将所述地层的温度升高到所述压裂温度。在某些方面，所述激光递送装置能够定位成以预定角度将所述聚焦激光束引入所述地层。在第二方面，提供了一种用于从井筒压裂地层的方法，所述井筒从地面延伸到地层中。该方法包括这样的步骤：将聚焦激光束引入所述地层，使得所述聚焦激光束可操作地用于将所述地层的温度升高到压裂温度。所述聚焦激光束由激光递送装置产生，所述激光递送装置从旋转轴延伸。该方法还包括这样的步骤：将冷却流体流引入所述地层，使得所述冷却流体流可操作地用于降低所述地层的温度，其中，所述冷却流体流由冷却系统产生。所述冷却系统装置在所述激光递送装置的相反侧从所述旋转轴延伸；以及旋转所述旋转轴，使得所述地层交替地引入所述聚焦激光束和冷却流体，以便发生热冲击并且形成所述地层中的裂缝。在某些方面，该方法还包括以下步骤：在激光地面单元中产生激光束；以及通过光缆将所述激光束从所述激光地面单元传输到所述激光递送装置。在某些方面，该方法还包括以下步骤：通过电力电缆将电能从电源传输到电动机；以及将所述电能转换成所述电动机中的机械能，使得所述机械能使电动机轴旋转，其中，所述电动机轴连接到所述旋转轴，使得当所述电动机轴旋转时，所述旋转轴旋转。在某些方面，该方法还包括测量由声学能力设备发出的声音的步骤。附图说明参考以下描述、权利要求和附图，将能更好地理解这些和其他特征、方面和优点。然而，应注意的是，附图仅示出的几个实施例，因此不应被视为对本专利技术范围的限制，这是因为本专利技术允许其他的等效实施例。图1是激光压裂工具的实施例的平面图。图2是包括电动机和热冲击工具的激光压裂工具的平面图。图3是热冲击工具的实施例的平面图。图4是通过激光破碎的岩心样品的图示。具体实施方式虽然将用几个实施例描述本专利技术的范围，但应当理解的是，本领域普通技术人员将认识到，本文所描述的装置和方法的许多实例、变化和改变都在实施例的范围和精神内。因此，在不失一般性的情况下和在没有强加限制的情况下，在此阐述了本文所述的实施例。本领域的技术人员应当理解的是，本专利技术的范围包括说明书中所述的具体特征的所有可能的组合和使用。在附图和详细描述中，相同的附图标记始终表示相同的元件。本专利技术描述了一种用激光压裂工具压裂地层的装置和方法。激光压裂工具可用于在井筒和地层之间建立流体连通，以改善地层流体的产生。有利地，与传统的水力压裂相比，激光压裂工具可以提供压裂地层的目标方法。激光压裂工具可用于确定裂缝的位置，例如确定裂缝的角度和深度。此外，激光可沿断层线定位。有利地，激光压裂工具的旋转意味着可以围绕井筒的整个圆周实施压裂方法，而无需重新定位工具。有利地，在没有水力压裂步骤的情况下使用激光压裂工具。由于水力压裂消耗并污染大量水，因此不用水力压裂具有环境优势。与传统的水力压裂相比，激光压裂工具对地层岩石材料的损害较小。图1是激光压裂工具100的正视图。激光压裂工具100部署在地层40的井筒10中。地面30是井筒10所延伸的地球的表面。井筒10从地面30延伸到地层40中。地层40可以是由任何类型的岩石材料构成的任何类型的地层。在至少一个实施方案中，地层40包含石灰石。在至少一个实施例中，地层40包含砂岩。在至少一个实施方案中，地层40包含页岩。井筒10可以用套管20和水泥25完成加固。激光地面单元50可位于井筒10附近的地面30上。激光地面单元50可以经由光缆55与激光压裂工具100光学连通。激光地面单元50可以构造成将能量激发到高于地层40的升华点的水平，以形成激光束(未示出)。可以基于地层40中包含的岩石材料确定地层40的升华点，其中岩石材料控制升华点，然后升华点控制激光束的激发能量。在至少一个实施例中，可以调整激光地面单元50以将能量激发到不同地层所需的不同激发水平。激光地面单元50可以是能够产生激光束并将所述激光束引入光缆的任何类型的激光单元。激光地面单元50的实例包括镱、铒、钕、镝、镨和铥离子的激光。在至少一个实施例中，激光地面单元50可以是5.34kw的掺镱多包层光纤激光器。光缆55可以是包含能够将激光束从激光地面单元50传输到激光压裂工具100的光纤的任何线缆。光缆55可包括一个或多个光纤。在替代实施例中，一个或多个光缆可以提供激光地面单元50和激光压裂工具100之间的电连通。在至少一个实施例中，光缆55提供从激光地面单元50到激光压裂工具100的光路。在至少一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从井筒压裂地层的系统，所述井筒从地面延伸到地层中，所述系统包括：激光地面单元，其位于所述地面上，并且构造成产生激光束；光缆，其光学连接到热冲击工具的激光递送装置，并且构造成将所述激光束传输到所述激光递送装置以产生聚焦激光束；电力电缆，其电连接到所述地面上的电源，并且造成将电能传输到电动机；流体管线，其连接到所述地面上的冷却流体源，并且构造成将冷却流体供应到所述热冲击工具的冷却系统以产生冷却流体流；保护轴，其延伸到所述井筒中，其中，所述光缆、所述电力电缆和所述流体管线容纳在所述保护轴内；电动机，其构造成使电动机轴旋转；以及所述热冲击工具，其物理连接到所述电动机，所述热冲击工具包括：保护壳，其构造成包围所述激光递送装置和所述冷却系统；旋转轴，其连接到所述电动机轴，使得当所述电动机轴旋转时，所述旋转轴旋转；所述激光递送装置，其从所述旋转轴延伸，并且构造成将所述激光束转换成聚焦激光束，其中，所述聚焦激光束可操作地用于将所述地层的温度升高到压裂温度；以及所述冷却系统，其在所述激光递送装置的相反侧从所述旋转轴延伸，所述冷却系统包括延伸穿过所述保护壳的一个或多个冷却喷嘴，使得所述一个或多个冷却喷嘴构造成将所述冷却流体流引入到所述地层，以便所述冷却流体流降低所述地层的温度，其中，当所述旋转轴旋转时，所述激光递送装置和所述冷却系统围绕所述井筒旋转，所述旋转轴的旋转构造成在增加所述地层的温度和降低所述地层的温度之间交替，使得发生热冲击并且在所述地层中形成裂缝。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.08 US 15/373,0701.一种用于从井筒压裂地层的系统，所述井筒从地面延伸到地层中，所述系统包括：激光地面单元，其位于所述地面上，并且构造成产生激光束；光缆，其光学连接到热冲击工具的激光递送装置，并且构造成将所述激光束传输到所述激光递送装置以产生聚焦激光束；电力电缆，其电连接到所述地面上的电源，并且造成将电能传输到电动机；流体管线，其连接到所述地面上的冷却流体源，并且构造成将冷却流体供应到所述热冲击工具的冷却系统以产生冷却流体流；保护轴，其延伸到所述井筒中，其中，所述光缆、所述电力电缆和所述流体管线容纳在所述保护轴内；电动机，其构造成使电动机轴旋转；以及所述热冲击工具，其物理连接到所述电动机，所述热冲击工具包括：保护壳，其构造成包围所述激光递送装置和所述冷却系统；旋转轴，其连接到所述电动机轴，使得当所述电动机轴旋转时，所述旋转轴旋转；所述激光递送装置，其从所述旋转轴延伸，并且构造成将所述激光束转换成聚焦激光束，其中，所述聚焦激光束可操作地用于将所述地层的温度升高到压裂温度；以及所述冷却系统，其在所述激光递送装置的相反侧从所述旋转轴延伸，所述冷却系统包括延伸穿过所述保护壳的一个或多个冷却喷嘴，使得所述一个或多个冷却喷嘴构造成将所述冷却流体流引入到所述地层，以便所述冷却流体流降低所述地层的温度，其中，当所述旋转轴旋转时，所述激光递送装置和所述冷却系统围绕所述井筒旋转，所述旋转轴的旋转构造成在增加所述地层的温度和降低所述地层的温度之间交替，使得发生热冲击并且在所述地层中形成裂缝。2.根据权利要求1所述的系统，还包括吹扫喷嘴，所述吹扫喷嘴位于所述地面和所述电动机之间，其中，所述吹扫喷嘴构造成防止碎屑沉积在所述电动机上。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述冷却流体选自氮气、液氮、氦气、空气、二氧化碳和水所构成的组。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述压裂温度为2000℃。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米·伊萨·巴塔尔赛，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA