%95技术发展和新动向——激光钻井初探

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1、万方数据建筑与工程I吖■●●，，_钻井技术发展及新动向丁少华(江苏油田石油工程技术研究院江苏扬州225009)激光钻井初探[摘要]钻井技术在石油工业生产中发挥着重要的作用。无论是勘探与开采石油还是寻找油气构造，都要通过钻井来完成。自20世纪60年代以来石油钻井技术已经取得了突飞猛进的发展，从根深蒂固的机械顿钻到20世纪初的旋转钻井，现阶段义出现了激光钻井，它的出现已经动摇了旋转钻井的地位。[关键词】激光钻井传统钻井钻井工艺钻井技术安全系数中图分类号：TE2文献标识码：A文章编号：1009-914X(2010)10-0152-011997年和1999年。美国通过两次试验对激光应用于钻井技术的

2、研究。试验结果表明．激光可以穿透所有类型岩石。对激光在石油T．Nk领域的应用做了进一步了解‘级开发研究出了新的产品：例如定向激光钻井装嚣、井下激光钻机、用于常规钻井和连续油管钻井的激光辅助钻头和激光射孔器以及侧钻。事实上激光钻井技术经过多年的研究．已绎取得了越来越多的研究成果，尽管现在还处于实骑阶段，还有需要做大量的工作。1激光钻并的优势与常规钻井相比．激光钻井具有如下潜在优势：激光能够穿透各种类型的岩石。而且速度很快．用常规钻井方法需要l00天才能钻成的井，用激光钻井也许只需l0天时间：激光钻机重量轻，．辆拖车可运到井场钻井过程具有导向性：激光钻井的井场很小。也许只有普通井场的卜分之一甚

3、至更小：激光钻井不需要常规钻头和常规钻柱．钻成的井眼小．激光将岩石熔化．在井壁形成一种陶瓷样的保护层．无需下套管崮井，因此钻井成本很低．也许只有常规旋转钻井的十分之一甚至更低：激光钻井是一种清洁钻井．激光击碎、熔化和蒸发岩石．钻井中无钻屑上返到地而，对环境的影响其微1I．2激光钻井技术运用的原理激光的。个最人的特点就是亮度大(即功率密度大)，比普通光强106倍，适用于远距离传输，也正式这个特点才使得激光在钻井技术的应用上有优势。钻井用激光器件的本质就足把能量转换成光子．然后光子经过聚焦成为强光束，事实上是这个强光束在对岩石进行粉碎、熔和蒸发。简单的说就是把激光束聚焦在一个环形区域上，这个环

4、形区域足要钻的井眼钻入位置，其直径是钻眼范围内很小的一部分．激光束聚焦后形成商温．这样才能使要钻入的地层材料熔化蒸发，强大的热冲南也可以使岩石材料被击成细粒。3激光钻井技术研究的内窖早在30多年以Ij{『就提出了激光钻井技术．但是这一技术却一直没有被实现。因此．激光钻井技术仍然是一个值得探索性的课题．要研究的问题还很多，当前要研究的问题t要有以下几点：3．1深入研究激光钻井的原理钻井是‘个复杂的化学、物理过程．传统的钻井是通过切削、冲击将岩石剥离并通过钻井液将钻屑带出井眼“。因此．我们就应该深入研究用激光钻时．是如何将岩石层层剥离，又如何将岩屑带出井眼．这一过程将会遇到怎样的困难．如何解决

5、这些问题等。3．2探讨激光与接触介质的相互作用情况’在钻进过程中．激光钻会遇到不问的介质(如油、气、水和各种不同类型的岩石及其他物质)．那么我们就应该考虑到激光在与这些物质接触时会发生哪些作用，以及这些作用对激光钻头钻进过程会产生什么影响等．3．3激光钻井的经济价值激光钴所用的设备与传统钻的设备是不同的．为了适应各种复杂环境．激光钻与传统的钻井方式相比。从经济的角度分析．哪个更有优势。特别是在我国现有条件下，激光钻井是否可行。3．4激光器在钻井中的特殊要求钻井要_辟j大功率的激光器．为实现钻进在结构上需要哪些特殊的要求．在不同地质条件下实现激光钻井的激光器功率限定值究竟要多大等．●可用于钻

6、井技术的激光种类及激光发生器的特征经过多年的试验表明以下几种激光适合剧在钻井技术中：氢氟酸和氟氖化合物激光其工作波长范嘲为2．6—4．2um；二氧化碳激光_二氧化碳激光的I=作波长是10．6Ⅱm．它的脉冲周期为I一30uS：自由电子激光，可以以连续波的波形被调制到任意波长：金刚砂化合物激光的工作波长为1．06p盯：一氧化碳激光一氧化碳激光的亡作波长为5—6um，脉冲周期为1一l00005us：氟氢化合物氟氢化合物激光是一种激发二聚体激光，工作波长为0．248um．脉冲周期为0．111S；碘氧激光，工作波长为1．315llm．这种中波型激光的精确152l科技博茏性以及它的波长范围避免了钻井和

7、天然气井重新完井过程中经常遇到的井控、侧钻和定向钻井问题的出现”。激光发生器正是基于这些激光的特征儿研制出来的一种激光设备，可以把化学、电、热等等能黄转换为高能量的光能。激光发生器的选择与激光脉冲的长短、注入的强射流体、喷出材料的吹出等整个系统的工作特性密切相关．如脉冲持续频率、时间、聚焦区面积以及环形的大小．相干光源的输出功率和工作波长等都由被钻地层的物理特性决定的。美国曾用中红外高级激光仪0IIRACL)进行过实验研