[发明专利]一种激光射孔机器人

说明书

本发明涉及油气开采领域，尤其涉及一种激光射孔机器人，包括机器人壳体、线缆、激光发生装置、上聚焦透镜、上导轨、下聚焦透镜、下导轨、反射镜片、调节台架、转速电机、滑动窗和窗口透镜。射孔过程中，激光发生装置射出高能激光束，高能激光束经过上聚焦透镜和下聚焦透镜，并被反射镜片反射，最后经窗口透镜从滑动窗射出，照射在井壁上，实现了激光射孔的功能。该激光射孔机器人还可以调节上聚焦透镜与下聚焦透镜之间的距离，调节反射镜和窗口透镜间的转角，并通过转速电机带动调节台架旋转，从而改变射孔参数。该激光射孔机器人相较于传统的射孔枪更能适应深层、超深层油气开采过程中的复杂情况。

技术领域

本发明涉及油气开采领域，尤其涉及一种激光射孔机器人。

背景技术

射孔是油气开采过程中井下作业的重要部分，射孔的目的在于建立储层和井筒之间的联系，使得储层中的油气可以进入井筒之中。传统的射孔工艺是在固井完成后，将专用射孔枪下放入井筒中储层所在深度，点燃射孔枪中火药发射射孔弹，击穿套管及地层，从而形成联系储层与井筒的通道。而随着油气开采不断向着深层、超深层地层进发，对射孔工艺的要求也愈发严苛，传统射孔工艺由于均采用点燃火药发射射孔弹的方式完成射孔，随着井深的不断延长，其火药点燃难以控制、射孔枪弹量少、孔径孔深受限、需要反复起下射孔枪等缺点日益显现，阻碍了深层、超深层油气的充分开发进度。

激光破岩是上世纪60年代提出的一种新型破岩方法，该方法通过高能激光照射岩石，使得岩石在吸收激光能量后以热破碎、熔化、气化等方式从岩体表面剥离。激光射孔即是将激光破岩原理运用在射孔工艺上的技术，实验室试验已经证实，相较于使用射孔弹的传统射孔技术，激光射孔具有孔壁渗透率高、孔壁坍塌难、射孔深度可控、孔壁污染轻等优点，具有广阔的发展前景。

为克服传统射孔工艺在深层、超深层地层中火药点燃难以控制、射孔枪弹量少、孔径孔深受限、需要反复起下射孔枪等缺点，将激光破岩技术应用于射孔领域，设计出了一种激光射孔机器人。

发明内容

为克服传统射孔工艺在深层、超深层地层中火药点燃难以控制、射孔枪弹量少、孔径孔深受限、需要反复起下射孔枪等缺点，本发明提出了一种激光射孔机器人。

本发明采取的技术方案是：

一种激光射孔机器人，其特征在于：该装置主要包括机器人壳体、线缆、激光发生装置、上聚焦透镜、上导轨、下聚焦透镜、下导轨、反射镜片、调节台架、转速电机、滑动窗、窗口透镜。线缆连接激光发生装置；激光发生装置固定在机器人壳体上端；上导轨固定在机器人壳体内部；下导轨固定于上导轨之下；反射镜片固定在调节台架上，调节台架与转速电机连接，转速电机固定在机器人壳体底部；滑动窗设在机器人壳体底部侧面上。

所述线缆为激光发生装置提供电能。

所述激光发生装置下端对准上聚焦透镜，产生的高能激光射入上聚焦透镜中。

所述上聚焦透镜与下聚焦透镜均为凸透镜，射孔过程中，上聚焦透镜固定在上导轨中，下聚焦透镜在直线电机的驱动下在下导轨中滑动，从而改变两镜片间的距离，使得由上聚焦透镜和下聚焦透镜组成的聚焦透镜组整体的焦距发生变化，从而改变照射在井壁上的激光光斑大小。

所述窗口透镜由外层透镜和内层透镜组成，其中内层透镜固定在机器人壳体上，外层透镜可关于内层透镜滑动。

所述滑动窗由窗口和滑动窗导轨组成，窗口可在电机的驱动下沿导轨滑动；在激光射孔机器人未到达射孔位置时，窗口关闭，起到保护窗口透镜的作用，到达射孔位置后，窗口打开，为高能激光束从射孔机器人中射出打开通道。

所述调节台架由反射镜摇杆、透镜摇杆和底座组成，其中反射镜摇杆上固定反射镜，透镜摇杆上固定外层透镜，反射镜摇杆和透镜摇杆均能关于底座旋转；射孔过程中反射镜摇杆与透镜摇杆之间的转角满足特定关系，保证在调节射孔角度时，经反射镜片反射的高能激光束始终能通过窗口透镜从射孔机器人中射出，照射在井壁上。