[发明专利]一种石油井下多控制单元多光束激光射孔装置

说明书

技术领域

本发明属于油井完井技术领域，具体涉及一种石油井下多控制单元多光束激光射孔装置。

背景技术

石油井下射孔技术属于一种油井完井技术，具体是指打通井管、水泥层和地层，建立地层与井管之间的流动通道。目前普遍使用子弹和聚能炸药等方法来进行石油井下射孔作业，但这些方法射孔深度浅、射孔方向不可控，且会对地层产生压实效应，从而导致地层的渗透性降低。这些问题一直影响着石油井下射孔完井作业，限制着油井产能的提升。而利用高功率激光进行石油井下射孔作业可以有效地解决上述问题，国内关于此技术的研究报道较少，并且也没有一种可投入实际应用的石油井下激光射孔装置，国外就此技术相关报道如US4199034：Method and apparatus for perforating oil and gas wells，该专利介绍了一种石油井下激光射孔装置，该装置利用光纤将高能激光传输至井下，并通过光学元件改变激光方向，使其照射至待射孔地层。用此装置进行石油井下射孔作业显著增加了射孔通道的深度，而且可以通过调整光学元件精确地控制射孔方向。但是该装置中只有一组控制激光的光学元件，射孔效率不高。此外，利用该装置进行射孔作业时井下复杂的环境和射孔时产生的杂物都会对激光产生影响，降低了激光射孔作业效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石油井下多控制单元多光束激光射孔装置，以利用高能激光进行石油井下射孔作业并提高激光射孔作业效率。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术解决方案：

一种石油井下多控制单元多光束激光射孔装置，包括激光源、高压气源和井下激光射孔器，其中：

所述井下激光射孔器包括至少两组激光射孔单元，其中至少两组激光射孔单元依次连接，每组激光射孔单元包括至少两套激光射孔装置；

所述的每套激光射孔装置包括激光控制单元和气体清扫单元，激光控制单元与气体清扫单元相互连接；其中：

激光控制单元包括外壳、光纤和安装于外壳内的聚焦透镜、反射镜及反射镜转动控制架，所述外壳一侧壁上设有第一透光窗；所述光纤一端经外壳与外壳内相通，另一端与激光源连接；所述聚焦透镜位于光纤下方；所述反射镜安装于反射镜转动控制架上并位于聚焦透镜下方，该反射镜为俯仰角可变动的反射镜，且俯仰角变动时反射镜面朝第一透光窗；

气体清扫单元包括高压气管、固定外壳、旋转外壳和旋转外壳控制器；所述高压气管一端经固定外壳与气体清扫单元内部相通，另一端与高压气源相连接；所述固定外壳为具有敞口的壳体，在敞口处安装有可相对于固定外壳上下滑动的旋转外壳，该旋转外壳上设有喷嘴，在与敞口所在侧壁相对的固定外壳的侧壁上设有第二透光窗，该设有第二透光窗的侧壁与外壳中设有第一透光窗的侧壁连接，且第二透光窗与喷嘴和第一透光窗相对；所述旋转外壳控制器安装于固定外壳上并与旋转外壳相连接。

本发明装置的其他特征为：

所述的聚焦透镜表面镀有激光增透膜层。

所述的反射镜表面镀有激光高反射膜层。

所述的第一透光窗上镀有激光增透膜层。

所述气体清扫单元还包括一气体阀门，该气体阀门与高压气管连接并安装于固定外壳上。

所述的第二透光窗上镀有激光增透膜层。

所述喷嘴设在旋转外壳的中心位置。

所述喷嘴为锥形喷嘴。

所述井下激光射孔器还包括一旋转控制器，该旋转控制器安装于井下激光射孔器的一端。

所述井下激光射孔器还包括一扶正器，该扶正器安装于井下激光射孔器的一端，或者，所述井下激光射孔器还包括两个扶正器，该两个扶正器分别安装于井下激光射孔器的两端。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）该射孔装置采用激光进行石油井下射孔作业，在射孔过程中不仅不会对地层产生压实效应，经激光烧蚀后周围岩石的渗透性反而会有所提高。

（2）该射孔装置利用激光进行石油井下射孔作业时可以精确控制激光束，因而不会损坏井管。

（3）该射孔装置采用激光进行石油井下射孔作业，可以连续不断的烧蚀射孔通道末端的岩石，极大增加了射孔深度。

（4）通过反射镜转动控制架调整反射镜的俯仰角，精确地控制激光出射角度，可以实现按指定倾斜角度进行射孔作业。

（5）由气体喷嘴连续不断的喷出高压气体，有效地起到清洁射孔通道的作用，极大提高了激光射孔作业效率。

（6）该装置内有多组排列有序的激光控制单元，可同时控制多束激光进行射孔作业，极大提高了激光射孔作业效率。

附图说明