一种新的钻井方式

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1、一种新的钻井方式---激光钻井激光钻井的基本原理亮度大(即功率密度大)是激光的一大特点，是激光用来钻井的最主要的特性.从本质上讲，钻井用激光器件就是把能量转换成光子，光子经过聚焦成为强光束，把岩石熔融、粉碎、蒸发.具体说来，就是把激光束聚焦在一个要钻入地层的环形区域上，这个环形区域是要钻的井眼直径范围内很小的一部分.激光束聚焦后形成很高的温度，使要钻入的地层材料熔化蒸发，强大的热冲击也可以使要钻入的岩石材料被击成细粒，由于环形区域内熔化材料的蒸发而产生强大的压力足以使击碎的材料被腾升到地面。   为了增强热冲击的作用，易于使要钻的材料成为细粒并喷出井口，还可以向要钻的部

2、位喷射可膨胀的很强的液体流。液体射流和激光交替作用在要钻部位，使激光束和液体射流都成为脉冲式的。液体射流所用液体的特性要易于使要钻材料熔化与震碎，有助于井壁的光滑.例如，若要钻的材料是纯净的干硅砂，则流体应含有钠或钙的化合物以便于岩石熔化，优化井壁特性.为了使从己钻成的井眼中排出的材料离开地面设备，在井头可装上转向器，喷出强液体射流，当从井中喷出震碎的岩石材料时使其改变方向吹离井口.   激光发生器的工作、激光脉冲的长短、注入的强射流体、喷出材料的吹除等整个系统的工作特性，如脉冲持续时间、频率、聚焦区面积和环形的大小，相干光源的工作波长和输出功率等都由控制器根据被钻地层

3、的物理特性控制.激光的光能可以通过反射、散射、吸收过程传递到岩石中。岩石吸收的光能可以使岩石加热毁坏。在利用激光破坏岩石过程中，光的反射、散射是导致光能损失的一个主要原因。其它影响激光光能传递到岩石的现象还有黑体辐射和等离子体的屏蔽效应。在岩石温度较高时，一小部分入射光由于黑体的辐射作用从岩石表面发射出去。高能激光辐射会在照射的岩石表面上形成激光离子(气体离子)，激光离子对入射激光辐射能的反射、散射和吸收作用阻碍了光到达岩石表面，导致能量损。   激光钻井技术的研究内容   尽管激光钻井技术的提出己有近30年的历史，但却一直没有付诸实现.因此，激光钻井仍然是一个探索性课

4、题，要研究的问题很多，当前要研究的主要有以下四条:   首先是要深入探索激光钻井的原理.钻井是一个复杂的物理、化学过程，传统的钻井是通过冲击、切削将岩石剥离并通过钻井液将钻屑带出井眼.那么，用激光钻时，究竟如何将岩石一层一层剥离，又如何将岩屑带出井眼，实现这一过程会遇到什么困难，怎样克服这些困难等.   第二是探讨激光与周围介质的相互作用及作用结果对采收的影响.在钻进过程中会遇到油、气、水和各种不同类型的岩石及其他物质，激光与这些物质会发生那些作用，这些作用对钻进过程有什么影响，对今后的油气开采有什么影响，其中的不利影响如何解决.2B3F:C'j.]  第三是激光钻井的

5、经济性.采用激光钻，所用的一套设备当然与传统的设备不同.在各种复杂环境下，激光钻与传统的钻井方式相比，究竟在什么情况下是合算的，什么情况下不合算.特别是在我国现有经济与技术条件下，激光钻井的可行性.   第四是对钻井用激光器的特殊要求.钻井用激光器功率要达到10“w级，这么大功率的激光器为实现钻进在结构上有什么特殊要求，不同地质条件下实现激光钻井的激光器功率门槛值究竟要多大等。   激光钻井的意义   根据模拟实验研究，用功率为600一1200kw，波长为3.spm的MIRAcL激光器发出的激光，在4.55钻穿了0.0635m的砂岩试样，移走了2.495kg的岩石，由此

6、折算等效钻进速度为50.60m/h;而用500kw激光束，在两个两秒的激光冲击后，沿水平方向钻透了0.1524m，折算的等效钻速为137.16m/h[7，8].因此，采用激光钻井，可以显著提高钻进速度，减少钻机平均天数，减少起下钻时间，提高井控、射孔、侧钻能力;激光与周围岩石相互作用，可以形成光滑的玻璃化井壁，减少套管;还可以促进井下钻井机械，激光钻头，激光射孔技术的发展;而所有这一切都可在有利于环保、安全，提高有效成本的情况下进行.因此，激光钻可降低成本，减少污染，可能会使钻井技术发生革命性变化.   激光钻井技术的发展   由于激光具有亮度大的特点，就使得激光技术问

7、世后不久就有人想把激光技术用于石油工业的钻井.20世纪70年代初，美国、法国、荷兰就出现了用激光钻井和射孔的专利文献「3一5].但由于当时激光器的功率大约只有数千瓦，激光的波长较长难于聚焦，更主要可能还是成本较高，激光钻井未曾实现.鉴于此，许多人怀疑激光钻井的可能性.但自那以后，对激光器、激光器功率、效率、发射能力等作了大量研究取得了显著的进步.中国石油钻井行业第一门户!z-i3z.n3J3w/?;p  现代的高功率激光器，可把电能北学能或热能转换成光能，光能经聚焦后形成很强激光束可粉碎、熔化、蒸发岩石.激光的波长可为0.1一103pm，