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《一種新的鉆井方式》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、一種新的鉆井方式---激光鉆井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，是激光用來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)過聚焦成為強光束，把巖石熔融、粉碎、蒸發(fā).具體說來，就是把激光束聚焦在一個要鉆入地層的環(huán)形區(qū)域上，這個環(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)，強大的熱沖擊也可以使要鉆入的巖石材料被擊成細粒，由于環(huán)形區(qū)域內(nèi)熔化材料的蒸發(fā)而產(chǎn)生強大的壓力足以使擊碎的材料被騰升到地面。???為了增強熱沖擊的作用，易于使要鉆的材料成為細粒并噴出井口，還可以向要鉆的部
2、位噴射可膨脹的很強的液體流。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.例如，若要鉆的材料是純凈的干硅砂，則流體應(yīng)含有鈉或鈣的化合物以便于巖石熔化，優(yōu)化井壁特性.為了使從己鉆成的井眼中排出的材料離開地面設(shè)備，在井頭可裝上轉(zhuǎn)向器，噴出強液體射流，當從井中噴出震碎的巖石材料時使其改變方向吹離井口.???激光發(fā)生器的工作、激光脈沖的長短、注入的強射流體、噴出材料的吹除等整個系統(tǒng)的工作特性，如脈沖持續(xù)時間、頻率、聚焦區(qū)面積和環(huán)形的大小，相干光源的工作波長和輸出功率等都由控制器根據(jù)被鉆地層
3、的物理特性控制.激光的光能可以通過反射、散射、吸收過程傳遞到巖石中。巖石吸收的光能可以使巖石加熱毀壞。在利用激光破壞巖石過程中，光的反射、散射是導(dǎo)致光能損失的一個主要原因。其它影響激光光能傳遞到巖石的現(xiàn)象還有黑體輻射和等離子體的屏蔽效應(yīng)。在巖石溫度較高時，一小部分入射光由于黑體的輻射作用從巖石表面發(fā)射出去。高能激光輻射會在照射的巖石表面上形成激光離子(氣體離子)，激光離子對入射激光輻射能的反射、散射和吸收作用阻礙了光到達巖石表面，導(dǎo)致能量損。???激光鉆井技術(shù)的研究內(nèi)容???盡管激光鉆井技術(shù)的提出己有近30年的歷史，但卻一直沒有付諸實現(xiàn).因此，激光鉆井仍然是一個探索性課
4、題，要研究的問題很多，當前要研究的主要有以下四條:???首先是要深入探索激光鉆井的原理.鉆井是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，傳統(tǒng)的鉆井是通過沖擊、切削將巖石剝離并通過鉆井液將鉆屑帶出井眼.那么，用激光鉆時，究竟如何將巖石一層一層剝離，又如何將巖屑帶出井眼，實現(xiàn)這一過程會遇到什么困難，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)果對采收的影響.在鉆進過程中會遇到油、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)會發(fā)生那些作用，這些作用對鉆進過程有什么影響，對今后的油氣開采有什么影響，其中的不利影響如何解決.2B3F:C'j.]??第三是激光鉆井的
5、經(jīng)濟性.采用激光鉆，所用的一套設(shè)備當然與傳統(tǒng)的設(shè)備不同.在各種復(fù)雜環(huán)境下，激光鉆與傳統(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.特別是在我國現(xiàn)有經(jīng)濟與技術(shù)條件下，激光鉆井的可行性.???第四是對鉆井用激光器的特殊要求.鉆井用激光器功率要達到10“w級，這么大功率的激光器為實現(xiàn)鉆進在結(jié)構(gòu)上有什么特殊要求，不同地質(zhì)條件下實現(xiàn)激光鉆井的激光器功率門檻值究竟要多大等。???激光鉆井的意義???根據(jù)模擬實驗研究，用功率為600一1200kw，波長為3.spm的MIRAcL激光器發(fā)出的激光，在4.55鉆穿了0.0635m的砂巖試樣，移走了2.495kg的巖石，由此
6、折算等效鉆進速度為50.60m/h;而用500kw激光束，在兩個兩秒的激光沖擊后，沿水平方向鉆透了0.1524m，折算的等效鉆速為137.16m/h[7，8].因此，采用激光鉆井，可以顯著提高鉆進速度，減少鉆機平均天數(shù)，減少起下鉆時間，提高井控、射孔、側(cè)鉆能力;激光與周圍巖石相互作用，可以形成光滑的玻璃化井壁，減少套管;還可以促進井下鉆井機械，激光鉆頭，激光射孔技術(shù)的發(fā)展;而所有這一切都可在有利于環(huán)保、安全，提高有效成本的情況下進行.因此，激光鉆可降低成本，減少污染，可能會使鉆井技術(shù)發(fā)生革命性變化.???激光鉆井技術(shù)的發(fā)展???由于激光具有亮度大的特點，就使得激光技術(shù)問
7、世后不久就有人想把激光技術(shù)用于石油工業(yè)的鉆井.20世紀70年代初，美國、法國、荷蘭就出現(xiàn)了用激光鉆井和射孔的專利文獻「3一5].但由于當時激光器的功率大約只有數(shù)千瓦，激光的波長較長難于聚焦，更主要可能還是成本較高，激光鉆井未曾實現(xiàn).鑒于此，許多人懷疑激光鉆井的可能性.但自那以后，對激光器、激光器功率、效率、發(fā)射能力等作了大量研究取得了顯著的進步.中國石油鉆井行業(yè)第一門戶!z-i3z.n3J3w/?;p??現(xiàn)代的高功率激光器，可把電能北學(xué)能或熱能轉(zhuǎn)換成光能，光能經(jīng)聚焦后形成很強激光束可粉碎、熔化、蒸發(fā)巖石.激光的波長可為0.1一103pm，
