使用高功率激光束的井下深层隧道掘进工具和方法

摘要

一种用于穿透含烃地层的井下激光工具包括：激光地面单元，其用于产生高功率激光束；光缆，其用于将高功率激光束从激光地面单元传导至旋转系统，旋转系统具有旋转头，旋转头包括聚焦系统和井下激光工具头，聚焦系统包括光束操纵器、聚焦透镜和准直仪，井下激光工具头包括：第一玻璃盖板，其用于保护聚焦系统；激光喷口，其用于将准直激光束从井下激光工具头发射到含烃地层中；流体刀，其用于清扫第一玻璃盖板；清洗喷嘴，其用于除去准直激光束的路径中的灰尘；吸气嘴，其用于从准直激光束的路径收集灰尘和水汽。

主权项

一种用于穿透含烃地层的井下激光工具，所述井下激光工具包括：激光地面单元，其构造为产生高功率激光束，所述激光地面单元与光缆电连通，所述光缆构造为传导所述高功率激光束，所述光缆包括：绝缘电缆，其构造为抵抗高温和高压；保护性激光光缆，其构造为传导所述高功率激光束；激光地面端部，其构造为接收所述高功率激光束；激光电缆端部，其构造为从所述光缆发射原始激光束；外部套管，其放置在现有井筒内，其中，所述现有井筒在含烃地层内延伸；硬壳体，其放置在所述外部套管内，其中，所述光缆包含在所述硬壳体内；以及旋转系统，其定位在所述外部套管内，所述旋转系统包括：旋转壳体，其与所述硬壳体的端部联接；旋转头，其从所述旋转壳体延伸，其中，所述旋转系统构造为围绕所述硬壳体的轴线旋转，其中，所述旋转头包括：聚焦系统，其构造为引导所述原始激光束；以及井下激光工具头，其构造为将准直激光束发射到所述含烃地层中；所述聚焦系统包括：光束操纵器，其构造为引导所述原始激光束；聚焦透镜，其构造为形成聚焦激光束；以及准直仪，其构造为形成所述准直激光束，所述光束操纵器定位成靠近所述光缆的所述激光电缆端部，所述聚焦透镜定位成接收所述原始激光束，所述准直仪定位成接收所述聚焦激光束；并且所述井下激光工具头包括：第一玻璃盖板，其靠近所述聚焦系统；激光喷口，其定位成从所述井下激光工具头发射所述准直激光束；流体刀，其靠近所述第一玻璃盖板的激光喷口侧；清洗喷嘴，其在所述井下激光工具内靠近所述激光喷口；吸气嘴，其靠近所述激光喷口；以及温度传感器，其邻近所述激光喷口，所述第一玻璃盖板构造为保护所述聚焦系统，所述流体刀构造为清扫所述第一玻璃盖板，所述清洗喷嘴构造为除去所述准直激光束的路径中的灰尘，所述吸气嘴构造为收集所述准直激光束的路径中的灰尘和水汽。