激光鉆井技術(shù).ppt

1、激光鉆井技術(shù),主要內(nèi)容,激光鉆井的概述 激光鉆井的基本原理 激光鉆井技術(shù)研究的內(nèi)容 激光鉆井技術(shù)的意義,一、激光鉆井的概述 激光是一種電磁相干輻射光源，可將電能、化學(xué)能以及熱能轉(zhuǎn)化為光能，光能可以聚集成強(qiáng)烈的光束。激光鉆井就是應(yīng)用激光器把其它形式的能轉(zhuǎn)化成光能，產(chǎn)生非常高的溫度，破碎、熔化和蒸發(fā)巖石。激光鉆井主要有以下作用： 1、提高鉆進(jìn)速度，按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鉆速為50.8m/h，4.5m搬移巖心材料2.497kg，相當(dāng)于每秒移去0.555kg，對(duì)于深度為5000m，直徑為300mm的普通直井來(lái)說(shuō)，100h即可鉆成。,2、可以防止儲(chǔ)層傷害，降低污染。采用激光鉆井，不用鉆井液，鉆進(jìn)前后巖石滲透率沒(méi)

2、有變化，免去了產(chǎn)層污染。 3、可以降低成本。不使用鉆井液，本身就可以降低成本，一些由這些因素造成的不良后果被消除，也可以間接降低鉆井成本。激光鉆井還可以精確控制井眼，解決側(cè)鉆、定向鉆的問(wèn)題，減少鉆頭磨損和起下鉆時(shí)間，這一切都可以起到降低成本的作用。,二、激光鉆井的基本原理 亮度大（即功率密度大）是激光的一大特點(diǎn)，是激光用來(lái)鉆井的最主要的特性。從本質(zhì)上講，鉆井用激光器件就是把能量轉(zhuǎn)換成光子，光子經(jīng)過(guò)聚焦成為強(qiáng)光束，把巖石熔融、粉碎、蒸發(fā)。具體來(lái)說(shuō)，就是把激光束聚焦在一個(gè)要鉆入地層的環(huán)形區(qū)域上，這個(gè)環(huán)形區(qū)域是要鉆的井眼直徑范圍內(nèi)很小的一部分。激光束聚焦后形成很高的溫度，使要鉆入的地層材料熔化蒸發(fā)，

3、強(qiáng)大的熱沖擊也可以使要鉆入的巖石材料被擊成細(xì)粒，由于環(huán)形區(qū)域內(nèi)熔化材,料的蒸發(fā)而產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力足以使擊碎的材料被騰升到地面。 為了增強(qiáng)熱沖擊的作用，易于使要鉆的材料成為細(xì)粒并噴出井口，還可以向要鉆的部位噴射可膨脹的很強(qiáng)的液體流。液體射流和激光交替作用在要鉆部位，使激光束和液體射流都成為脈沖式的。液體射流所用液體的特性要易于使要鉆材料熔化與震碎，有助于井壁的光滑。為了使從已鉆成的井眼中排出的材料離開(kāi)地面設(shè)備，在井頭可裝上轉(zhuǎn)向器，使從井中噴出的巖石材料改變方向被吹離井口。,三、激光鉆井技術(shù)研究的內(nèi)容 盡管激光鉆井技術(shù)的提出已有近30年的歷史，但卻一直沒(méi)有付諸實(shí)現(xiàn)。因此，激光鉆井仍然是一個(gè)探索性課題

4、，要研究的問(wèn)題很多，當(dāng)前要研究的主要有四條： 首先是要深入探索激光鉆井的原理。鉆井是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，傳統(tǒng)的鉆井是通過(guò)沖擊、切削將巖石剝離并通過(guò)鉆井液將鉆屑帶出井眼。,那么，用激光鉆井時(shí)，究竟如何將巖石一層一層剝離，又如何將巖屑帶出井眼，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程會(huì)遇到什么困難，怎樣克服這些困難等。 第二是探討激光與周圍介質(zhì)的相互作用及作用結(jié)果的采收的影響。在鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到油、氣、水和各種不同類型的巖石及其他物質(zhì)，激光與這些物質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些作用，這些作用對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程有什么影響，對(duì)今后的油氣開(kāi)采有什么影響，其中的不利影響如何解決。,第三是激光鉆井的經(jīng)濟(jì)性。采用激光鉆井，所用的一套設(shè)備當(dāng)然與傳統(tǒng)的設(shè)備不同

5、。在各種復(fù)雜環(huán)境下，激光鉆井與傳統(tǒng)的鉆井方式相比，究竟在什么情況下是合算的，什么情況下不合算，特別是在我國(guó)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)與技術(shù)條件下，激光鉆井的可行性。 第四是對(duì)鉆井用激光器的特殊要求。鉆井用激光器功率要達(dá)到106W級(jí)，這么大功率的激光器為實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)在結(jié)構(gòu)上有什么特殊要求。,四、激光鉆井技術(shù)的意義 井眼是從地下采收油氣的唯一通道。因此，鉆井是石油工業(yè)中極為重要的一環(huán)。隨著開(kāi)采難度的加大，鉆井在整個(gè)石油工業(yè)所占比重也在加大，鉆井費(fèi)用已占石油工業(yè)總費(fèi)用的55%80%。據(jù)美國(guó)天然氣體研究協(xié)會(huì)1990年對(duì)世界范圍內(nèi)陸上和海上3000口井的分析表明，鉆井大于4572m的深氣井，鉆機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間的50%用于鉆進(jìn)，,

6、20%用于起下鉆柱更換井下總成，30%用于其它作業(yè)。降低鉆井成本主要通過(guò)加快鉆進(jìn)速度、減少鉆柱移動(dòng)來(lái)獲得。傳統(tǒng)的鉆井方法總是要使用鉆井液，鉆井液不僅對(duì)周圍地層造成傷害，用過(guò)的鉆井液也是環(huán)境的污染源。 根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)研究，用功率為6001200kw，波長(zhǎng)為3.8um的MIRACL激光器發(fā)出的激光，在4.5s鉆穿了0.0635m的砂巖式樣，移走了2.495kg的巖石，由此折算等效鉆進(jìn)速度為50.60m/h；而用500kw激光束，在兩個(gè)兩秒的激光沖擊后，沿水平方,向鉆透了0.1524m，折算的等效鉆速為137.16m/h。因此，采用激光鉆井，可以顯著提高鉆進(jìn)速度，減少鉆機(jī)平均天數(shù)，減少起下鉆時(shí)間，提高井控、射孔、側(cè)鉆能力；激光與周圍巖石作用，可以形成光滑的玻璃化井壁，減少