延伸激光工具制造技术

一种激光工具装置，包括：工具主体；设置在工具主体中的光纤缆线，该光纤缆线包括发射激光束的激光头；同轴地设置在光纤缆线下游的整形光学器件，该整形光学器件对从激光头发射的激光束进行整形；以及附接于整形光学器件的柔性缆线。柔性缆线将激光束灵活地定向到钻孔内的期望角度。的期望角度。的期望角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】延伸激光工具
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年2月26日提交的标题为“延伸激光工具”的美国专利申请第16/801,465号的优先权和权益，其全部内容通过援引加入本文。


[0003]本公开描述的主题涉及使用柔性激光缆线从钻孔中移除障碍物和物体的装置和系统。

技术介绍

[0004]由于激光的独特性能，例如精度、可靠性、可控性和成本，激光技术已在石油和天然气行业实施多年。高功率激光技术已被确定用于许多应用，包括传感、钻井、完井和修井。
[0005]结垢物包括覆盖于金属管、废金属、手动工具、钻杆段、钻铤、定向钻井包以及其他物体的无机材料沉积物。结垢物可能由化学反应、压力或温度的变化或钻孔内溶液成分的变化引起。结垢物的积聚可能会减少通过钻孔的流体流，或者可能会完全阻塞流体流。这可能会造成问题，特别是在物体位于地下并且因此不容易接近的情况下。使用传统的机械铣削来接近难以到达的目标位置可能是困难的。
[0006]激光工具通常具有从工具的中心或侧面发射的光束，并且光束以直线行进。在一些情况下，需要光束位于钻孔的边缘以平行于钻孔壁并且处于非常近的距离，从而使光束能够移除壁处的材料，而工具主体可能由于工具的配置而限制光束。这种情况适用于激光头插入受限钻孔内的应用。
[0007]在钻井和修井操作中，管道、井下工具或其它物体可能由于多种原因而卡在井筒中，包括套管弯曲以及工具落入孔中。传统的激光头可能会在工具的中心发射激光束，并且不能以到达和切掉被卡物体从而能够对其进行移除所需的锐角来传递光束。结果，目前可能尚不存在基于激光的工具用于在这些情况下执行打捞操作。

技术实现思路

[0008]本公开的实施例包括将高功率激光器用于由于目标区域的形状、尺寸和位置而受到限制的关键区域的装置和系统。本公开的实施例可用于平行于钻孔或以一定角度延伸光束以接近所述钻孔中的任何点。所述工具可以单独使用以移除被卡物体，或者可与打捞工具整合。所述工具还可用于其它应用，例如在由于所述目标区域的形状、尺寸和位置而受到限制的关键区域中的除垢、清洁、冷凝物和焦油去除。所述工具可用于以下应用，包括打捞可能由于结垢而被卡住的被卡工具、对管道表面处的材料的除垢和移除、到达难以到达的区域并将激光束传递到这些区域、修整井筒以及清洁井筒。所述工具可包括柔性缆线，以承载光纤到达遥远且难以接近的区域。本公开的实施例允许所述光束在不同位置延伸并到达难以到达的目标。本公开的实施例可包括光纤激光器(例如，镱光纤激光器)和光纤传递系统。所述光纤传递系统可包括激光工具以经由所述光纤传递激光束。使用所述柔性缆线，所
述激光工具可以是柔性的，并且可以进行弯曲。所述柔性缆线可包括光纤。本公开的实施例可包括使用高功率激光技术来切割被卡管道并移除地表或地下附近的物体的装置和系统。
[0009]在一个方面，本专利技术涉及一种激光工具装置，包括：工具主体；设置在所述工具主体中的光纤缆线，该光纤缆线包括发射激光束的激光头；同轴地设置在光纤下游的整形光学器件，该整形光学器件对从所述激光头发射的激光束进行整形；以及附接于所述整形光学器件的柔性缆线，其中，所述柔性缆线将所述激光束灵活地定向到钻孔内的期望角度。
[0010]在一些实施例中，在打捞操作期间，所述激光束移除所述钻孔内的障碍物并切断物体。
[0011]在一些实施例中，所述激光头还包括抗反射表面涂层。
[0012]在一些实施例中，所述整形光学器件还包括抗反射表面涂层。
[0013]在一些实施例中，所述整形光学器件包括圆柱形主体和锥形顶部，其中所述锥形顶部接收来自所述光纤缆线的激光束。
[0014]在一些实施例中，所述整形光学器件还包括透镜组和清洗喷嘴。
[0015]在一些实施例中，所述透镜组调节从所述激光头发射的激光束的尺寸。
[0016]在一些实施例中，所述装置还包括摄像头。
[0017]在一些实施例中，所述摄像头包括光学摄像头。
[0018]在一些实施例中，所述摄像头包括声学摄像头。
[0019]在一些实施例中，所述装置还包括用于同轴清洗的喷嘴，该喷嘴附接于所述柔性缆线的端部，所述喷嘴包括喷嘴顶端。所述喷嘴顶端增加清洗流并且防止碎屑朝向所述柔性缆线流回。
[0020]在一些实施例中，所述装置还包括用于保持所述激光头和所述整形光学器件的安装系统。
[0021]在一些实施例中，所述安装系统包括整合到所述工具主体中的旋转台，该旋转台使得所述柔性缆线能够进行旋转圆周运动。
[0022]在一些实施例中，所述安装系统包括伸缩轴向台，该伸缩轴向台调节所述整形光学器件在所述钻孔内的轴向高度。
[0023]在一些实施例中，所述装置还包括与所述整形光学器件可操作地耦合的分束器，该分束器将来自所述整形光学器件的激光束进行分束，且将所得激光束传递到耦合至所述分束器下游的多个柔性缆线。
[0024]在一些实施例中，所述装置还包括钻头，并且所述装置执行钻井和打捞。
[0025]在另一方面，本专利技术涉及一种光纤传递系统，包括：光纤工具主体；整形光学器件；附接于所述整形光学器件的至少一条柔性缆线；以及控制系统。所述控制系统将所述柔性缆线定向到钻孔内的期望方向上。
[0026]在一些实施例中，所述整形光学器件设置在所述光纤工具主体的下游。所述整形光学器件和所述光纤工具主体连接到安装系统。
[0027]在一些实施例中，所述光纤工具主体包括光纤缆线，该光纤缆线包括激光头以将激光束传递到所述整形光学器件。
[0028]在一些实施例中，所述激光头以从约一(1)kW至约十(10)kW的功率操作。
[0029]在整个说明书中，在装置、系统或实施例被描述为具有、包括或包含特定部件的情
况下，或者在方法被描述为具有、包括或包含特定步骤的情况下，另外可以设想存在基本由所述部件组成或由所述部件组成的根据本专利技术的系统、装置或实施例，以及存在基本由所述处理步骤组成或由所述处理步骤组成的根据本专利技术的方法。
[0030]应当理解，只要本专利技术保持可操作性，步骤的顺序或执行特定动作的顺序是无关紧要的。此外，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。
[0031]下面的描述仅用于对本公开进行说明和示例，并且不旨在将本专利技术限制于所描述的具体实施例。
[0032]在本公开提及的任何出版物(例如在
技术介绍
部分中所提及的)，并不是承认该出版物用作相对于本专利技术的任何权利要求的现有技术。
技术介绍
部分是为了清楚性的目的而给出的，并不意味着作为相对于任何权利要求的现有技术的描述。
附图说明
[0033]在参照附图的说明书中阐述了针对本领域技术人员的本公开实施例的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：
[0034]图1示出了具有钻头的示例性井筒或钻孔的侧视图；
[0035]图2示出了具有激光工具的示例性井筒或钻孔的侧视图；
[0036]图3示出了示例性激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光工具装置，包括：工具主体；设置在所述工具主体中的光纤缆线，该光纤缆线包括发射激光束的激光头；同轴地设置在所述光纤缆线下游的整形光学器件，该整形光学器件对从所述激光头发射的所述激光束进行整形；以及附接于所述整形光学器件的柔性缆线，其中，所述柔性缆线将所述激光束灵活地定向到钻孔内的期望角度。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光束移除所述钻孔内的障碍物，并且其中，所述激光束在打捞操作期间切断物体。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光头还包括抗反射表面涂层。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述整形光学器件还包括抗反射表面涂层。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述整形光学器件包括圆柱形主体和锥形顶部，其中所述锥形顶部接收来自所述光纤缆线的所述激光束。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述整形光学器件还包括透镜组；以及清洗喷嘴。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述透镜组调节从所述激光头发射的所述激光束的尺寸。8.根据权利要求1所述的装置，还包括摄像头。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述摄像头包括光学摄像头。10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述摄像头包括声学摄像头。11.根据权利要求1所述的装置，还包括用于同轴清洗的喷嘴，该喷嘴附接于所述柔性缆线的端部，所述喷嘴包括喷嘴顶端，该喷嘴顶端增加清洗流并且防止碎屑朝向所述柔性缆线流...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：