一种可深入石油井下岩石内动态激光射孔装置

摘要

本发明涉及油井完井技术领域，公开了一种可深入石油井下岩石内动态激光射孔装置，包括传输系统、地面终端和激光射孔器；地面终端通过传输系统和激光射孔器相连接；所述地面终端包括激光源、电源、高压气室和控制终端，所述激光源、电源、高压气室分别连接控制终端；所述传输系统内部有光纤和电缆；所述激光射孔器包括射孔器，该射孔器下方连接伺服电机；所述射孔器包括射孔方向控制系统、激光头步进系统和激光头；本发明利用高能激光深入岩石内部进行石油井下射孔作业，显著增加了射孔深度，并且射孔效率高、方向灵活可控、增加了地层的渗透性，大幅提高了油井产能。

主权项

一种可深入石油井下岩石内动态激光射孔装置，包括地面终端（34）、传输系统（3）和激光射孔器（4）；所述地面终端（34）通过传输系统（3）和激光射孔器（4）相连接，其特征在于，其中：所述地面终端（34）包括激光源（1）、电源（29）、高压气室（33）和控制终端（2），所述激光源（1）、电源（29）、高压气室（33）分别连接控制终端（2）；所述传输系统（3）内有光纤（19）和电缆；所述激光射孔器（4）包括射孔器（9），该射孔器（9）下方连接伺服电机（41），伺服电机（41）通过传输系统（3）连接控制终端（2），伺服电机（41）控制射孔器（9）在水平方向进行旋转；所述射孔器（9）包括射孔方向控制系统、激光头步进系统和激光头（8）；所述激光头（8）包括外壳（37）、光纤固定器（20）、聚焦透镜（21）、旋转外壳（22）、旋转底座（23）和透明窗口（24），所述光纤固定器（20）、聚焦透镜（21）、旋转外壳（22）、旋转底座（23）位于外壳（37）内，所述旋转外壳（22）的底面为半球形，旋转底座（23）有一球形面，该旋转外壳（22）嵌入与其半球形底面相匹配的旋转底座（23）的球形面上，旋转底座（23）内设置与控制终端（2）相连接的第四电机，所述第四电机根据控制终端（2）发送的控制信号驱动旋转外壳（22），使得旋转外壳（22）相对于旋转底座（23）在一定锥角范围内旋转，旋转外壳（22）内底部设置所述光纤固定器（20），所述光纤固定器（20）将传输系统（3）中的光纤（19）引入旋转外壳（22）内并固定光纤（19），所述聚焦透镜（21）位于旋转外壳（22）前端，透明窗口（24）位于外壳（37）的前端，由光纤（19）发出的激光束依次通过聚焦透镜（21）、透明窗口（24）射出激光头（8）；所述射孔方向控制系统由固定外壳（6）、活动外壳（7）、伸缩杆（44）和第一电机（43）组成，所述固定外壳（6）为一侧壁上设有第一敞口（35）的壳体，在第一敞口（35）处安装有相对于固定外壳（6）上下滑动的活动外壳（7），所述活动外壳（7）通过伸缩杆（44）与固定在固定外壳（6）底部的第一电机（43）连接，第一电机（43）通过传输系统（3）与控制终端（2）连接；第一电机（43）根据控制终端（2）的控制信号驱动伸缩杆（44），伸缩杆（44）推拉活动外壳（7），使得活动外壳（7）能够相对于固定外壳（6）上下滑动；所述激光头步进系统包括：激光头位置初始系统、激光头步进器和传输线缆缠绕器；所述激光头步进器和传输线缆缠绕器位于固定外壳（6）内部；所述激光头位置初始系统由固定架（32）、活动杆（31）和活动架（30）组成，所述固定架（32）为中空的柱体，活动外壳（7）的中央有第二敞口，所述固定架（32）固定在活动外壳（7）的第二敞口内，所述活动架（30）是内壁为圆柱形的中空的柱体，在活动架（30）的中空柱体前端有空心圆盘（5），所述空心圆盘（5）的外径大于活动架（30）的中空柱体的外径，所述活动架（30）的后端安插在固定架（32）内，活动架（30）的外壁贴合固定架（32）的内壁，所述空心圆盘（5）上安装活动杆（31），活动杆（31）的另一端安装在固定架（32）的前端，固定架（32）内设置与活动杆（31）相连的第三电机，该第三电机通过传输系统（3）连接控制终端（2），第三电机根据控制终端（2）的控制信号驱动活动杆（31），从而带动活动架（30）相对于固定架（32）前后移动；所述激光头步进器由转轮（12）、传动带（13）和第二电机（14）组成，所述第二电机（14）分别连接转轮（12）、控制终端（2），所述转轮（12）上套有传动带（13）；所述传输系统（3）一部分位于固定外壳（6）内并与传动带（13）的表面相接触，该传输系统（3）的前端安装所述激光头（8），该激光头（8）位于所述激光头位置初始系统的活动架（30）内，并能够从活动架（30）中穿出活动外壳（7）；第二电机（14）根据控制终端（2）的控制信号驱动转轮（12）转动，转轮（12）带动传动带摩擦传输系统（3），使传输系统（3）前后运动，从而带动激光头（8）前进或后退；在激光头（8）的外壁上和传输系统（3）靠近激光头（8）一端的外壁上均匀分布有多个支撑片（26），每个支撑片（26）连接控制终端（2），根据控制终端（2）发送的控制信号张开或收缩；所述传输线缆缠绕器包括缠绕棒（10）、缠绕棒旋转控制架（11），所述缠绕棒（10）与缠绕棒旋转控制架（11）连接，该缠绕棒旋转控制架（11）设置在固定外壳（6）的底部，在固定外壳（6）内，所述传输系统（3）未与传动带（13）接触的部分缠绕在缠绕棒（10）上；缠绕棒旋转控制架（11）内安装有与控制终端（2）连接的第五电机，第五电机根据控制终端（2）发送的控制信号控制缠绕棒（10）轴向转动，缠绕棒（10）通过轴向转动收放传输系统（3），其收放速度与激光头步进器控制激光头（8）运动的速度相一致。