用于井下应用和增产的原位激光生成器的冷却系统技术方案

用于利用井下激光器组件(22)穿透地下地层的系统和方法包括位于地下井内的激光生成单元(24)。井下激光器组件还包括涡流管(30)。涡流管具有压缩气源口(32)、热气出口(36)和冷气出口(38)，热气出口定向成沿远离激光生成单元(24)的方向引导热气流，冷气出口定向成引导冷气流经过激光生成单元(24)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于井下应用和增产的原位激光生成器的冷却系统
本公开涉及在与油气(碳氢化合物)的生产相关的井眼中的操作。更具体地，本公开涉及用于通过产生穿过与井眼相邻的区域的穿透来增强来自目标油气层的流动的系统和方法。
技术介绍
被称为井眼增产石油工程的分支包括增强生产流体从油气层到井眼的流动的任务。为了从目标油气层中生产油气，地层中的油气需要与井眼连通。从油气层到井眼的流动是通过地层渗透性的方式进行的。在渗透性低的致密地层中，可在井眼周围和地层中施加增产措施，以增强流动并在油气层和井眼之间建立联通线路网络。目前对井套管穿孔的方法是使用聚能射孔弹(shapedcharge)。聚能射孔弹被下放到井眼中到达目标释放区。聚能射孔弹的释放产生了穿透钢套管、水泥并进入地层的短隧道。聚能射孔弹的使用具有几个缺点。例如，聚能射孔弹在隧道周围产生了致密区，这降低了渗透性并因此降低了产量。聚能射孔弹的高速冲击压碎岩层并产生非常细的颗粒，这些颗粒堵塞地层的孔喉，从而降低流量和产量。在隧道中有可能形成熔体。聚能射孔弹产生的隧道的几何形状和方向不受控制。隧道的穿透深度和直径存在限制。在地面处理爆炸物时，涉及的人存在危险。启动油气层和井眼之间的联通网络的方法是通过将流体泵送通过井眼中的隔离的井下装置。流体以高速泵送，使得压力超过地层破裂压力，并导致油气层和周围岩石破裂和被压裂。该过程被称为水力压裂并且主要使用被称为水力压裂流体的水基流体来进行。水力压裂在油气层中产生裂缝并在油气层和井眼之间形成网络。然而，水力压裂通常需要使用隔离装置以及钻机介入。裂缝的方向几乎不受控制，并且在何处和何时产生这些裂缝也不受控制。另外，水力压裂可能对地层造成损害。作为实例，成功的水力压裂需要仔细的工程设计和技能，并且如果水力压裂操作没有被适当地设计，则所产生的裂缝会沿不期望的方向扩展并且可能使淡水与储层水连通。另外，与压裂流体一起使用聚合物和其它化学品可能损坏地层，尤其是在非常规地层和页岩地层中。在缺水地区，获得水力压裂所需的数百万加仑的水是一个挑战。关于加入到水力压裂流体中的组分存在环境问题，这产生了流体的总体使用和处置问题。
技术实现思路
本公开的各实施例提供了用于通过利用原位激光发生器和冷却系统在井眼与地下地层之间建立联通以提高产量的非破坏性系统和方法。在地下井中提供高功率激光器，以避免将激光能量从地面传送到井下目标。具有位于地面的激光生成单元并利用光纤光缆将激光能量传输到地下井中导致了光缆中的功率损耗和发热，这是由于通过光缆传输的高能级造成的。高功率激光能量为井下增产提供了非破坏性的替代技术以提高产量。地下井内的温度随着深度增加自然地上升。向涡流管供应压缩空气以冷却地下井中的激光生成单元，使得激光生成单元的温度不超过21摄氏度(℃)。在本公开的实施例中，用于穿透地下地层的井下激光器组件包括位于地下井内的激光生成单元。井下激光器组件还包括涡流管。涡流管具有压缩气源口、热气出口和冷气出口，热气出口定向成沿远离激光生成单元的方向引导热气流，冷气出口定向成引导冷气流经过激光生成单元。在替代实施例中，涡流管还可包括涡流室，该涡流室成形为将压缩气源加速成涡流流型。涡流管可以位于地下井内。在其它替代实施例中，激光生成单元可以包括定位成激发激活介质的激发机构。激光生成单元还可以包括光学谐振器，光学谐振器包括位于激活介质的第一端处的反射镜以及位于激活介质的第二端处的输出耦合器镜。反射镜可以位于输出耦合器镜的井上(上方)。在其它替代实施例中，井下激光器组件还可以包括具有激光准直器的激光操纵器，激光操纵器定位成通过激光准直器接收来自激光生成单元的原始激光束以产生准直激光束。激光操纵器还可以包括定位成分离准直激光束的分束器。可以替代地，激光操纵器还包括光束转向器和旋转系统，光束转向器定位在准直激光束的路径中，该光束转向器可操作为改变准直激光束的方向，从而产生转向激光束，旋转系统定位成使转向激光束围绕准直激光束的轴线旋转。在本公开的替代实施例中，一种用于利用井下激光器组件穿透地下地层的方法包括利用位于地下井内的激光生成单元产生原始激光束。可以向涡流管的压缩气源口提供压缩气源。可以利用涡流管的热气出口沿远离激光生成单元的方向引导热气流。可以利用涡流管的冷气出口引导冷气流经过激光生成单元。在替代实施例中，可以利用涡流管的涡流室将压缩气源加速成涡流流型。涡流管可以位于地下井内。在其它替代实施例中，生成原始激光束可以包括用激光生成单元的激发机构激发激光生成单元的激活介质。或者，生成原始激光束可以包括利用光学谐振器反射激光，光学谐振器包括位于激活介质的第一端处的反射镜以及位于激活介质的第二端处的输出耦合器镜。反射镜可以位于输出耦合器镜的井上。在其它替代实施例中，可以利用具有激光准直器的激光操纵器产生准直激光束，激光操纵器定位成通过激光准直器接收来自激光生成单元的原始激光束。准直激光束可以用激光操纵器的分束器来分离。通过用位于准直激光束的路径中的激光操纵器的光束转向器改变准直激光束的方向，可以产生转向激光束。转向激光束可以利用激光操纵器的旋转系统围绕准直激光束的轴线旋转。附图说明为了获得并详细理解本公开的实施例的前述特征、方面和优点以及将变得明显的其它方面的方式，可通过参考在形成本说明书的一部分的附图中示出的实施例来获得对先前简要概括的本公开的更具体的描述。然而，应注意，附图仅说明本专利技术的某些实施例，且因此不应视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术可以允许其它等效实施例。图1是根据本公开的实施例的具有井下激光器组件的地下井的示意性局部剖视图。图2是根据本公开的实施例的具有井下激光器组件的地下井的示意性局部剖视图，示出了激光生成单元的构件。图3是根据本公开的实施例的激光生成单元的构件的示意性表示。图4是根据本公开的实施例的井下激光器组件的旋转系统的局部剖视图。图5是根据本公开的实施例的井下激光器组件的激光操纵器的透视图。图6是根据本公开的实施例的井下激光器组件的涡流管的剖视图。具体实施方式本公开涉及特定特征，包括过程或方法步骤。本领域技术人员应理解，本公开不限于说明书中给出的实施例的描述或不受说明书中给出的实施例的描述的限制。本公开的主题除了仅受限于说明书和所附权利要求的要旨之外不受限制。本领域技术人员还应理解，用于描述特定实施例的术语不限制本公开的实施例的范围或广度。在解释说明书和所附权利要求时，所有术语应当以与每个术语的上下文一致的最宽的可能方式来解释。除非另外定义，否则说明书和所附权利要求中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。如所使用的，词语“包括”、“具有”、“包含”和所有其它语法变化均旨在具有开放的、非限制性的含义，其不排除附加的元件、部件或步骤。本公开的各实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下激光器组件，其用于穿透地下地层，所述井下激光器组件包括：/n激光生成单元，其位于地下井内；以及/n涡流管，所述涡流管具有：/n压缩气源口；/n热气出口，其定向成沿远离所述激光生成单元的方向引导热气流；以及/n冷气出口，其定向成引导冷气流经过所述激光生成单元。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180222 US 15/902,7021.一种井下激光器组件，其用于穿透地下地层，所述井下激光器组件包括：
激光生成单元，其位于地下井内；以及
涡流管，所述涡流管具有：
压缩气源口；
热气出口，其定向成沿远离所述激光生成单元的方向引导热气流；以及
冷气出口，其定向成引导冷气流经过所述激光生成单元。


2.根据权利要求1所述的井下激光器组件，其中，所述涡流管还包括涡流室，所述涡流室成形为将压缩气源加速成涡流流型。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的井下激光器组件，其中，所述涡流管位于所述地下井内。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的井下激光器组件，其中，所述激光生成单元包括定位成激发激活介质的激发机构。


5.根据权利要求4所述的井下激光器组件，其中，所述激光生成单元还包括光学谐振器，所述光学谐振器包括位于所述激活介质的第一端处的反射镜以及位于所述激活介质的第二端处的输出耦合器镜。


6.根据权利要求5所述的井下激光器组件，其中，所述反射镜位于所述输出耦合器镜的井上。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的井下激光器组件，还包括具有激光准直器的激光操纵器，所述激光操纵器定位成通过所述激光准直器接收来自所述激光生成单元的原始激光束以产生准直激光束。


8.根据权利要求7所述的井下激光器组件，其中，所述激光操纵器还包括被定位成分离所述准直激光束的分束器。


9.根据权利要求7所述的井下激光器组件，其中，所述激光操纵器还包括：
光束转向器，其定位在所述准直激光束的路径中，所述光束转向器可操作为改变所述准直激光束的方向，从而产生转向激光束；以及
旋转系统，其定位成使所述转向激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米·伊萨·巴塔尔赛，穆罕默德·纳比尔·努依梅希蒂，
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