激光钻井技术.ppt

1、激光钻井技术,主要内容,激光钻井的概述 激光钻井的基本原理 激光钻井技术研究的内容 激光钻井技术的意义,一、激光钻井的概述 激光是一种电磁相干辐射光源，可将电能、化学能以及热能转化为光能，光能可以聚集成强烈的光束。激光钻井就是应用激光器把其它形式的能转化成光能，产生非常高的温度，破碎、熔化和蒸发岩石。激光钻井主要有以下作用： 1、提高钻进速度，按照实验结果，钻速为50.8m/h，4.5m搬移岩心材料2.497kg，相当于每秒移去0.555kg，对于深度为5000m，直径为300mm的普通直井来说，100h即可钻成。,2、可以防止储层伤害，降低污染。采用激光钻井，不用钻井液，钻进前后岩石渗透率没

2、有变化，免去了产层污染。 3、可以降低成本。不使用钻井液，本身就可以降低成本，一些由这些因素造成的不良后果被消除，也可以间接降低钻井成本。激光钻井还可以精确控制井眼，解决侧钻、定向钻的问题，减少钻头磨损和起下钻时间，这一切都可以起到降低成本的作用。,二、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。具体来说，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，

3、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。为了使从已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，使从井中喷出的岩石材料改变方向被吹离井口。,三、激光钻井技术研究的内容 尽管激光钻井技术的提出已有近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题

4、，要研究的问题很多，当前要研究的主要有四条： 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，用激光钻井时，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的采收的影响。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哪些作用，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。,第三是激光钻井的经济性。采用激光钻井，所用的一套设备当然与传统的设备不同

5、。在各种复杂环境下，激光钻井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106W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。,四、激光钻井技术的意义 井眼是从地下采收油气的唯一通道。因此，钻井是石油工业中极为重要的一环。随着开采难度的加大，钻井在整个石油工业所占比重也在加大，钻井费用已占石油工业总费用的55%80%。据美国天然气体研究协会1990年对世界范围内陆上和海上3000口井的分析表明，钻井大于4572m的深气井，钻机在现场时间的50%用于钻进，,

6、20%用于起下钻柱更换井下总成，30%用于其它作业。降低钻井成本主要通过加快钻进速度、减少钻柱移动来获得。传统的钻井方法总是要使用钻井液，钻井液不仅对周围地层造成伤害，用过的钻井液也是环境的污染源。 根据模拟实验研究，用功率为6001200kw，波长为3.8um的MIRACL激光器发出的激光，在4.5s钻穿了0.0635m的砂岩式样，移走了2.495kg的岩石，由此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。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；激光与周围岩石作用，可以形成光滑的玻璃化井壁，减少