一种井下激光辅助破岩的钻具制造技术

本实用新型专利技术涉及钻井工具领域的一种井下激光辅助破岩的钻具，包括钻头、钻杆，钻头和钻杆内分别设有相互贯通的喷嘴和泥浆通道，喷嘴的外围钻头体内封装1-5个激光头，在钻头体内与每个激光头对应开设光纤通道。本实用新型专利技术的有益效果是：激光头直接安装在钻头上，钻头在破岩切削的同时，激光同时对岩层进行熔化破岩，改变岩石特性的同时，有一定的主动破岩效果，可以提高可钻性差的高硬地层机械钻速。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Downhole laser assisted rock breaking drilling tool

The utility model relates to a drilling downhole drilling tool in the field of laser assisted rock breaking, including drill, drill pipe, connection between nozzle and mud channel are respectively provided with a drill bit and drill pipe, the periphery of the drill body nozzle package 1-5 laser head, in the bit body with each laser head is correspondingly provided with a fiber channel. The utility model has the advantages that: the laser head mounted directly on the drill bit, drill bit in rock cutting and laser melting rock breaking of rock at the same time, the change of rock properties at the same time, there are active rock breaking effect, can improve the drilling hard formation high poor mechanical drilling rate.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及钻井工具领域，尤其是一种井下激光辅助破岩的钻具。
技术介绍
自20世纪初旋转钻井取代传统的顿钻钻井，实现石油钻井第一次革新以来，钻井方式一直并无较大变革，仅是通过利用新材料和改进设计来提高钻头的性能，以提高钻遇坚硬岩石地层时的钻速，但旋转钻进方式依然是依靠高钻压、高扭矩、高转速来增大机械钻速。激光钻井的破岩机理是利用高能激光破碎、熔化和蒸发岩石。激光钻井无疑是未来钻井发展的方向，较之常规钻井具有无可比拟的优势，有望给钻井带来一场革命。但目前激光钻井仍处于室内试验阶段，要投入商业化应用，还有很多技术或其它问题需要解决。2010年美国天然气工艺研究院发布专利“LASER ASSISTANTED DRILLING”提出一种与机械钻进结合的激光辅助钻井技术及装备(US20100078414);美国Argonne实验室的 “METHODS OF USING A LASER TO SPALL AND DRILL HOLES IN ROCKS”提出一种利用激光在岩石上切割和钻孔的方法与装备(US7416258);“WELLB0RE LASER OPERATIONS”提供钻井、完井井眼激光操作的一种方法与装备系统(US20100326659 )。2007年以前，我国先后完成了“激光破岩机理与射孔技术的研究”、“激光射孔破岩的储层物性研究”和“激光破岩的排屑机理与温度场特性研究”，研究表明:高能激光束穿透泥质砂岩和页岩试样的室内试验速度可高达105 115 m/h，岩石受激光作用后，热影响区附近的岩石存在着宏观裂纹发育现象，其孔隙度增加，渗透率提高4倍左右。同时，岩石有变脆的趋势，其强度极限降低，弹性模量减小。另外岩石受激光作用后，热影响区附近的岩石表面出现致密的釉化层，同时也会有微裂纹产生。当激光能量以矩形脉冲的形式注入时，光斑作用区的平均温度增加，其汽化核加大，被蒸发的岩石量增加。但是作为将激光直接应用于钻井的钻具还处于空白。
技术实现思路
本技术的目的在于将现有的激光技术和钻井技术有效结合，提供一种可提高高硬地层的机械钻速的井下激光辅助破岩的钻具。本技术采用了以下技术方案:一种井下激光辅助破岩的钻具，包括钻头、钻杆，钻头和钻杆内分别设有相互贯通的喷嘴和泥浆通道，喷嘴的外围钻头体内封装1-5个激光头，在钻头体内与每个激光头对应开设光纤通道。上述方案进一步包括:在钻杆与泥浆通道之间的环形空间内设置供电模块与激光发生模块，激光发生模块与激光头由光纤连接。在钻杆与泥浆通道之间的环形空间内设置，光纤通道内的光纤连接激光头后引出钻杆，并与地面激光发生模块和供电模块连接。供电模块与激光发生模块通过接口模块连接，激光发生模块与光纤之间采用光纤接口连接。本技术的有益效果是:激光头直接安装在钻头上，钻头在破岩切削的同时，激光同时对岩层进行熔化破岩，改变岩石特性的同时，有一定的主动破岩效果，可以提高可钻性差的高硬地层机械钻速。附图说明图1为两种激光辅助破岩的钻具的组合结构示意图；图中标记:1_供电模块；2_激光发生模块；3_专用钻头；4-钻杆；5_泥浆通道；6-光纤通道；7-接口模块；8-光纤接口；9-光纤；10-喷嘴；11-激光头。图中供电模块I和激光发生模块2分别为地面设置和钻杆内设置两种状态。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的详细说明。井下激光辅助破岩的钻具包括供电模块1、激光发生模块2和专用钻头3组成，供电模块I联接激光发生模块2，钻杆4与专用钻头3内部均设有光纤通道6，内部安装有光纤9，激光发生模块2通过光纤9联接激光头11。参见图1，供电模块I与激光发生模块2是激光辅助破岩钻头的能量来源，可布置在地面(图1中右上角标注部分)，也可以直接安装于井下钻杆4中。激光发生模块2作为激光源，其输出通过光纤与激光头11相连。地面布置供电模块I与激光发生模块2时,在激光头11与激光发生模块2之间有光纤9需要穿过钻杆4中布置的较长的光路通道6，将激光能量传递到专用钻头3上安装的激光头11。若将供电模块I与激光发生模块2通过接口模块7连接并安装于井下即钻杆4中，经由光纤通道6内部的光纤9将激光能量传递至专用钻头3上安装的激光头11。钻具4内部带有泥浆通道5，泥浆经过泥浆通道5流向专用钻头3上安装的喷嘴10，形成具有一定流速的泥浆射流，与激光头11发射的激光共同作用，辅助钻头破岩。上述实施例围绕在在旋转钻井体系工况下的一种井下激光辅助破岩的钻具。基于本技术所给出的技术方案也可以采用的其它形式实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下激光辅助破岩的钻具，包括钻头、钻杆，钻头和钻杆内分别设有相互贯通的喷嘴和泥浆通道，其特征在于：喷嘴的外围钻头体内封装1?5个激光头，在钻头体内与每个激光头对应开设光纤通道。

【技术特征摘要】
1.一种井下激光辅助破岩的钻具，包括钻头、钻杆，钻头和钻杆内分别设有相互贯通的喷嘴和泥浆通道，其特征在于:喷嘴的外围钻头体内封装1-5个激光头，在钻头体内与每个激光头对应开设光纤通道。2.根据权利要求1所述的井下激光辅助破岩的钻具，其特征在于:在钻杆与泥浆通道之间的环形空间内设置供电模块与激光发生模块，激光发生模块与激光头由...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢慧，周燕，罗熙，陈志礼，李亚伟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院，
类型：实用新型
国别省市：