CN113756763A

CN113756763A - 一种推靠式激光射孔装置

Info

Publication number: CN113756763A
Application number: CN202010485278.8A
Authority: CN
Inventors: 施斌全; 张蒙; 侯煜琨; 鲁超; 程昕; 唐海全; 马海; 张晓林
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; MWD Technology Center of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Current assignee: Geological Measurement And Control Technology Research Institute Of Sinopec Jingwei Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Sinopec Jingwei Co Ltd
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-12-07

Abstract

本发明提出了一种推靠式激光射孔装置，包括井下执行部分，包括短节，所述短节上设置有测量井下深度的深度测量装置；连接在所述短节本体侧侧壁上的推靠器，所述推靠器构造成能够支出，并使端部推靠到套管壁的位置，连接在所述推靠器端部的激光射孔器，所述激光射孔器通过激光进行射孔作业；以及地面控制部分，所述地面控制部分通过射孔绞车的电缆连接所述井下执行部分，并控制所述井下执行部分下入到预定位置、旋转角度以及射孔作业；同时为所述井下执行部分提供电能。

Description

一种推靠式激光射孔装置

技术领域

本发明涉及一种推靠式激光射孔装置，属于石油、天然气钻井中射孔技术领域。

背景技术

在石油、天然气钻井射孔技术领域中，传统的射孔方法包括子弹式射孔器、鱼雷式射孔器、聚能式射孔器等，虽然几经改进和发展，但其基本原理都是通过对岩石的挤压实现射孔，形成油气通道。与传统的射孔方法相比，激光射孔主要有以下优势：利用传统射孔方法进行射孔，由于压实效应的存在，孔壁渗透率降低，而激光对孔壁的热作用导致孔壁的渗透率得到提高，有利于油气的渗出；激光冲击岩石后会形成一层陶制层孔壁，表面光洁，不易坍塌激光射孔时可以使岩层熔融、气化，减少了岩层的出砂，也就减少了油田现场防砂措施的经济投入，为油田创造更高的经济效益。传统的射孔方法，建立在对岩石的强制性机械破坏的基础上，孔壁易产生裂纹，岩石容易塌陷；另外，随着激光器功率的不断提高，以及其良好的方向性，射孔深度可以得到保障。

目前所提出的激光射孔技术基本还处于研究阶段，或者是由于条件限制而没有推广；主要原因在于研发中的高功率激光器的尺寸过大，现有技术中的激光器(1000W)的功率又不够，同时，在穿透泥浆的过程中损失了大量的能量，无法达到合适的射孔深度。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种推靠式激光射孔装置，分成井下执行部分和地面控制部分，激光射孔器设置在井下，为其提供电能的电源设置在地面，采用分体式的方式减小了井下占用空间，在增加激光器功率后也能实现。

本发明提出了一种推靠式激光射孔装置，包括：

井下执行部分，包括

短节，所述短节上设置有测量井下深度的深度测量装置；

连接在所述短节本体侧侧壁上的推靠器，所述推靠器构造成能够支出，并使端部推靠到套管壁的位置，

连接在所述推靠器端部的激光射孔器，所述激光射孔器通过激光进行射孔作业；以及

地面控制部分，所述地面控制部分通过射孔绞车的电缆连接所述井下执行部分，并控制所述井下执行部分下入到预定位置、旋转角度以及射孔作业；同时为所述井下执行部分提供电能。

本发明的进一步改进在于，所述地面控制部分包括控制装置，所述控制装置包括：下放控制单元，所述下放控制单元控制射孔绞车通过电缆下放所述井下执行部分至预定位置；旋转控制单元，所述旋转控制单元控制所述推靠器旋转；推靠控制单元，所述推靠控制单元控制推靠器将激光射孔器推靠至套管壁。

本发明的进一步改进在于，所述地面控制部分还包括电源装置，所述电源装置包括：系统电源，所述系统电源为所述下放控制单元、所述旋转控制单元和所述推靠控制单元提供电能；控制单元，所述控制电源通过电缆为所述推靠器和深度测量装置提供电能；射孔高压电源，所述射孔高压电源通过电缆为所述激光射孔器提供电能。

本发明的进一步改进在于，所述激光射孔器包括抗压筒，所述抗压筒的外壁为与套管壁相匹配的弧形；所述抗压筒内设置有激光发射探头，所述激光发射探头通过高压探针接收所述射孔高压电源提供的电能。

本发明的进一步改进在于，所述抗压筒壁上设置有射孔窗针，所述射孔窗针约束激光发射探头发出的激光束。

本发明的进一步改进在于，所述抗压孔内填充有弹性填充件，所述弹性填充件包覆在所述激光发射探头外。

本发明的进一步改进在于，所述弹性填充件为橡胶填充体。

本发明的进一步改进在于，所述高压探针的外侧包覆有陶瓷管。

本发明的进一步改进在于，所述短节上设置有井下控制单元，所述井下控制单元接收所述旋转控制单元和所述推靠控制单元的指令，并控制所述推靠器完成推靠和旋转的动作。

本发明的进一步改进在于，所述深度测量装置为自然伽马测井仪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种推靠式激光射孔装置，分成井下执行部分和地面控制部分，激光射孔器设置在井下，为其提供电能的电源设置在地面，采用分体式的方式减小了井下占用空间，使激光器的尺寸变得合适，从而增加了激光器的使用种类。

本发明的一种推靠式激光射孔装置在工作时，推靠器把激光射孔器推至套管壁后开始射孔，使得单波长强激光束不需要再通过泥浆流道，直接穿透套管和水泥环进入储层岩石中，大大提高了射孔效率，间接的要求激光射孔器的功率可以得到大幅度的降低，相应的激光器尺寸得到有效控制。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的推靠式激光射孔装置的结构示意图；

图2所示为本发明的一个实施例的激光发生器的结构示意图；

图3所示为本发明的一个实施例的井下执行部分的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、井下执行部分，2、地面控制部分，3、套管，11、深度测量装置，12、推靠器，13、激光射孔器，14、井下控制单元，15、抗压筒，16、激光发射探头，17、高压探针，18、射孔窗针，19、弹性填充件，21、控制装置，22、电源装置，31、地层，32、泥浆。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种推靠式激光射孔装置，包括井下执行部分1和地面控制部分2。

井下执行部分1随电缆绞车下放到井下，根据地面控制部分2的控制指令而进行射孔作业。井下执行部分1包括短节，短节上设置有深度测量装置11，所述深度测量装置11用于测量井下的深度。井下执行部分1还包括推靠器12，推靠器12连接在所述短节上，并且构造成能够沿套管的径向方向支出，支出后推靠器12的端部推靠到套管壁的位置。推靠器12支出的动力可以是液压或电机等方式。所述推靠器12的端部设置有激光射孔器13，推靠器12支出时将激光射孔器13推靠到套管壁上。

地面控制部分2设置在井上，可以安装在射孔绞车的操作间中。地面控制部分2通过射孔绞车的电缆连接井下执行部分1，并通过电缆进行通信和能量连接，为井下执行部分1输入控制指令以及提供电能。地面控制部分2发出指令并控制射孔绞车将井下执行部分1下放到预定位置，并能够控制短节或推靠器12旋转角度，之后控制激光射孔器13进行射孔作业。

在使用根据本实施例所述的推靠式激光射孔装置时，地面控制部分2控制井下执行部分1进行射孔。首先，地面控制部分2控制射孔绞车将井下执行部分1下放到井下预定的位置，之后控制旋转推靠器12，使其旋转到合适的角度，随后推靠器12支出将激光射孔器13推靠到套管壁上。激光射孔器13进行射孔作业，完成之后再控制推靠器12旋转角度再次推靠激光射孔器13，在另一个角度上进行射孔作业。

在一个实施例中，地面控制部分2包括控制装置21，所述控制装置21包括下放控制单元、旋转控制单元和推靠控制单元。下放控制单元用于控制射孔绞车下放井下执行部分1到预定的位置。旋转控制单元控制短节或推靠器12旋转，使选推靠器12的端部(激光射孔器13)朝向需要射孔的方向。推靠控制单元能够控制推靠器12支出，并将激光射孔器13推靠至套管壁。

在使用根据本实施例所述的推靠式激光射孔装置时，工作人员通过地面控制部分2控制井下执行部分1的动作。首先，下放控制单元控制射孔绞车将井下执行部分1下放到合适的位置，根据绞车下放的长度能够判断下放的大体位置，再通过深度测量装置11校对深度，从而判断井下执行部分1是否移动到合适的位置。之后，通过旋转控制单元控制短节或推靠器12旋转，使激光射孔器13朝向需要射孔的方向。之后通过推靠控制单元控制推靠器12支出，使激光射孔器13推靠到套管壁上，然后进行射孔。

在一个实施例中，所述地面控制部分2还包括电源装置22，电源装置22包括系统电源、控制电源和射孔高压电源。系统电源为地面控制部分2的下放控制单元、旋转控制单元和推靠单元提供电能；控制电源通过电缆为所述推靠器12和深度测量装置11提供电能，即为井下执行部分1中除了激光射孔器13之外的部分提供电源。而激光射孔器13需要的电能较大，需要单独的射孔高压电源提供电能。射孔高压电源通过电缆连接所述激光射孔器13，为所述激光射孔器13提供高压电源。

在一个实施例中，如图2所示，所述激光射孔器13包括抗压筒15，内部设置有空腔，用于安装激光发射探头16。抗压筒15的外壁的一侧面设置有弧形，弧形的弧度与套管壁的弧度相匹配，在推靠器12将激光射孔器13推靠在套管壁上时，抗压筒15的侧壁朝向套管壁的一侧与套管壁相接触并贴紧，以便于射孔。所述激光发射探头16通过高压探针17接收射孔高压电源提供的电能。

在根据本实施例所述的推靠式激光射孔装置中，所述抗压筒15具有较强的抗压能力，在井下压力较大的情况下能够优选地保护激光发射探头16，使其避免井下高压泥浆32的压力。抗压筒15的侧壁上设置与套管壁相匹配的弧形，能够保证推靠完成后抗压筒15和套管充分贴紧，从而保障射孔的质量。在本实施例中，所述激光发射器采用分体式结构，电源和控制的部分设置在地面，激光探头设置在抗压筒15内，这样减小了井下占用的空间。

在一个实施例中，如图2所示，抗压筒15的外壁上设置有射孔窗针18，所述射孔窗针18设置在抗压筒15朝向套管壁的弧面上。激光发射探头16发射单波长强激光束，射孔窗针18能够约束激光发射探头16发出的激光束，使能量集中，从而保证能量尽可能小的损耗，此外还能够起到保护激光发射探头16的作用。

在根据本实施例所述的推靠式激光射孔装置中，射孔窗针18能约束激光发射探头16发出的激光。在现有的激光器中，能够用于射孔作业的激光器较少。激光器的类型可以按照产生激光的工作物质来分类的，如气体激光器、染料激光器、金属激光器、固体激光器、半导体激光器以及自由电子激光器。然而，只有一部分激光适用于激光射孔，分别为DF或是HF激光器、自由电子激光器(FEL)、化学氧碘激光器(COIL)、CO₂激光器、CO激光器、钕钇铝掺石榴石激光器(Nd:YAG)、KrF激光器、中红外化学激光器、二极管激光器等。妨碍单一激光用于钻井射孔的主要问题是激光能量的大小，通过本实施例的设计方式，能够提高激光射孔的效率，使激光器的尺寸变得合适，从而增加了激光器的使用种类。

在一个优选的实施例中，如图2所示，所述抗压孔内填充有弹性填充件19，所述弹性填充件19包覆在所述激光发射探头16外。弹性填充件19能够固定激光发射探头16，避免移动或振动过程中激光发射探头16发生碰撞等问题造成损害。优选地，所述弹性填充件19为橡胶填充体。

在一个实施例中，所述高压探针17的外侧包覆有保护套管，在本实施例中，保护套管为陶瓷管。陶瓷管能够保护高压探针17，避免高压探针17受到损伤，同时也起到绝缘的作用。

在一个实施例中，所述短节上设置有井下控制单元14，所述井下控制单元14接收所述旋转控制单元和所述推靠控制单元的指令，并控制所述推靠器12完成推靠和旋转的动作。

在本实施例中，如图3所示，井下控制单元14为微控制器，地面控制部分2中的放控制单元、旋转控制单元和推靠控制单元这些控制装置21可以是计算机等控制设备。井下控制单元14内置控制程序，接收到地面控制部分2的指令后控制所述推靠器12和激光射孔器13工作。

在一个实施例中，所述深度测量装置11为自然伽马测井仪。

在井下执行部分1下入到井下的过程中，通过射孔绞车下放的电缆的长度能够确定大致的深度，由于井下深度较大，井下结构较为复杂，线缆存在弯曲或其他的误差，因此需要深度测量装置11进行校对。通过自然伽马测井仪检测井下的放射性来确定井下的深度。

在使用根据本实施例所述的推靠式激光射孔装置的过程中，首先通过电缆绞车把井下执行部分1送入井中，根据自然伽马短节测量的伽马曲线进行校深，通过地面下放控制单元确认射孔位置，停止下放电缆。地面推靠单元发送推靠命令，井下控制单元14接收命令后向地面发送电源请求信号，地面操作人员根据电源请求信号开启控制电源，用于打开推靠器12，推靠器12把激光射孔器13推至套管壁，待激光射孔器13紧贴套管壁后，地面开启射孔高压电源，根据岩性不同设置电源电压以保障射孔深度。完成射孔后，通过地面推靠单元发送回收命令，推靠器12脱离套管壁，然后根据需要旋转激光射孔器13，在确定旋转角度后再次射孔。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种推靠式激光射孔装置，其特征在于，包括：

井下执行部分(1)，包括

短节，所述短节上设置有测量井下深度的深度测量装置(11)；

连接在所述短节本体侧侧壁上的推靠器(12)，所述推靠器(12)构造成能够支出，并使端部推靠到套管壁的位置，

连接在所述推靠器(12)端部的激光射孔器(13)，所述激光射孔器(13)通过激光进行射孔作业；以及

地面控制部分(2)，所述地面控制部分(2)通过射孔绞车的电缆连接所述井下执行部分(1)，并控制所述井下执行部分(1)下入到预定位置、旋转角度以及射孔作业；同时为所述井下执行部分(1)提供电能。

2.根据权利要求1所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述地面控制部分(2)包括控制装置(21)，所述控制装置(21)包括：下放控制单元，所述下放控制单元控制射孔绞车通过电缆下放所述井下执行部分(1)至预定位置；旋转控制单元，所述旋转控制单元控制所述推靠器(12)旋转；推靠控制单元，所述推靠控制单元控制推靠器(12)将激光射孔器(13)推靠至套管壁。

3.根据权利要求2所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述地面控制部分(2)还包括电源装置(22)，所述电源装置(22)包括：系统电源，所述系统电源为所述下放控制单元、所述旋转控制单元和所述推靠控制单元提供电能；控制单元，所述控制电源通过电缆为所述推靠器(12)和深度测量装置(11)提供电能；射孔高压电源，所述射孔高压电源通过电缆为所述激光射孔器(13)提供电能。

4.根据权利要求3所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述激光射孔器(13)包括抗压筒(15)，所述抗压筒(15)的外壁为与套管壁相匹配的弧形；所述抗压筒(15)内设置有激光发射探头(16)，所述激光发射探头(16)通过高压探针(17)接收所述射孔高压电源提供的电能。

5.根据权利要求4所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述抗压筒(15)壁上设置有射孔窗针(18)，所述射孔窗针(18)约束激光发射探头(16)发出的激光束。

6.根据权利要求4或5所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述抗压孔内填充有弹性填充件(19)，所述弹性填充件(19)包覆在所述激光发射探头(16)外。

7.根据权利要求6所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述弹性填充件(19)为橡胶填充体。

8.根据权利要求6所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述高压探针(17)的外侧包覆有陶瓷管。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述短节上设置有井下控制单元(14)，所述井下控制单元(14)接收所述旋转控制单元和所述推靠控制单元的指令，并控制所述推靠器(12)完成推靠和旋转的动作。

10.根据权利要求9所述的推靠式激光射孔装置，其特征在于，所述深度测量装置(11)为自然伽马测井仪。