一种激光射孔装置及其方法制造方法及图纸

一种激光射孔装置及其方法属于油气井下开采技术领域，目的在于解决现有技术存在的射孔分布固定、不能灵活调整，且只能形成圆形孔洞，工作过程机械冲击较大，对管串及固井伤害大，射孔枪本体重复使用率低的问题。本发明专利技术的射孔器包括位于射孔器内部顶端的微型高功率激光器；反射镜固定在运动调整机构的上端，通过运动调整机构带动反射镜周向旋转运动以及竖直方向运动，并通过位移传感器和编码器采集数据，微型高功率激光器出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦，经射孔器下端的出射孔出射，再经反射镜反射进行射孔作业；电源为井下设备供电，地面控制系统实现整体的控制，地面控制系统通过数据传输线与位移传感器和编码器连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气井下开采
，具体涉及一种激光射孔装置及其方法。
技术介绍
射孔工艺作为完井技术的主要环节，与油气井产能有着直接关系。目前射孔技术输送方式主要分为：电缆输送射孔(WCP)、管柱传输射孔(TCP)、挠性管输送。而射孔器分类为：常规射孔器、超穿深射孔器、大孔径射孔器(Ф14mm)、高孔密射孔器(20孔/米)、防砂射孔、复合射孔器等多种形式。射孔的最终目的是为产层与井筒之间建立可靠、有效的通道，从而获得最大的产出效果。射孔是利用机械、化学或者其他能量打开套管、水泥环和底层，沟通油、气流通道的井下作业成为射孔。最早的完井方式是裸眼或者筛管完井，随着固井工艺的产生，发展了射孔采油工艺。1920年-固井，1926年-子弹射孔研究，1932年应用子弹式射孔，1946年研究聚能射孔弹。1952年应用聚能射孔至今。1960年水利喷砂射孔(割缝)常规聚能射孔是利用射孔弹爆破轰形成的高速金属粒子流，形成一个很高温度和压力的脉冲载荷(冲击波)，撞击靶板(套管、水泥环、岩石)，将把其运动轨迹中的所有物质都挤开，在岩石靶中形成一个孔洞或孔道。岩石颗粒受到破坏而不能回复到初始状态，产生物理变形或次生裂缝，从而产生典型的射孔损害区岩石组织结构，——孔道周围有一个射孔压实区域，该区域内颗粒破碎，大颗粒数量减少，小颗粒数量增多，粒间小碎屑大量增加，颗粒接触较为致密。现有技术中，射孔枪孔弹技术，爆炸物品管理要求苛刻，射孔弹工作可靠性低，施工过程经常发生未爆现象，射孔分布固定、不能灵活调整，且只能形成圆形孔洞，工作过程机械冲击较大，对管串及固井有很大伤害，射孔枪本体重复使用率低等一系列问题，并且能有效解决目前射孔参数问题，例如穿深、孔径，孔径和穿深互不干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种激光射孔装置及其方法，解决现有技术存在的射孔分布固定、不能灵活调整，且只能形成圆形孔洞，工作过程机械冲击较大，对管串及固井伤害大，射孔枪本体重复使用率低的问题。为实现上述目的，本专利技术的一种激光射孔装置包括地面控制系统、电源、射孔器、积分反射镜、运动调整机构、位移传感器和编码器；所述射孔器包括位于射孔器内部顶端的微型高功率激光器；所述积分反射镜固定在所述运动调整机构的上端，通过运动调整机构带动积分反射镜周向旋转运动以及竖直方向运动，整体设置在井下，并通过位移传感器和编码器采集数据，所述微型高功率激光器出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦，经射孔器下端的出射孔出射，再经积分反射镜反射进行射孔作业；所述电源通过电缆与所微型高功率激光器、运动调整机构和丢手引爆连接供电，所述地面控制系统通过电缆与所述微型高功率激光器、运动调整机构和丢手引爆连接传输信号，所述地面控制系统通过数据传输线与位移传感器和编码器连接。所述射孔器还包括冷却回路；所述冷却回路为设置在激光器两侧的散热片以及小型冷却液循环系统构成的水冷循环回路。所述射孔器还包括密封清洁系统；所述密封清洁系统包括密封挡圈，小型风扇。所述运动调整机构包括伸缩杆、运动套管、轴向伺服电机和周向伺服电机；所述伸缩杆同轴设置在所述运动套管内部，并通过轴承连接，所述伸缩杆上端部和所述积分反射镜固定连接，所述伸缩杆下端通过齿轮传动机构和所述周向伺服电机连接，所述运动套管外壁设置有竖直方向的齿条，所述运动套管通过齿轮齿条传动机构和所述轴向伺服电机连接；所述编码器连接在伸缩杆下端固定的齿轮上，所述位移传感器连接在运动套管上。所述运动调整机构在竖直方向运动的距离范围为0-15cm，周向旋转的角度为360°。所述微型高功率激光器出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦与传输具体为：平行聚焦光路包括聚焦镜和平行光管，激光器发射出激光束，经过聚焦镜聚焦，聚焦后的激光光束再经平行光管传输至积分反射镜表面。基于一种激光射孔装置的射孔方法包括以下步骤：步骤一：准备射孔装置，通过电缆将射孔器、积分反射镜、运动调整机构、数据采集模块和桥塞坐封系统承入井下施工位置；步骤二：启动电源，将位置传感器和编码器清零，通过位移传感器和编码器采集井下射孔装置运动位置、角度、方向和设备动作信号数据，并将采集的数据通过数据传输线传输至地面控制系统；步骤三：通过地面控制系统中的主控系统PLC模块对步骤二中采集的数据进行分析，通过模拟量数据采集模块采集位移传感器变量，进而转换并读取轴向运动位置，通过采集编码器变量，进而转换并读取周向角度位置，进而判断此时方向位置，进而依施工要求调整获得射孔工作位置信息；步骤四：地面控制系统根据步骤三中获得的射孔工作位置信息，控制运动调整机构的轴向伺服电机和周向伺服电机运转，调整积分反射镜的位置，使微型高功率激光器发射的激光经积分反射镜反射至射孔初始位置；步骤五：启动微型高功率激光器，所述微型高功率激光器出射的激光光束经过聚焦镜进行激光聚焦，再经平行光管传输，经射孔器下端的出射孔出射，再经积分反射镜反射，进行射孔作业；步骤六：完成初次射孔，关闭微型高功率激光器；步骤七：通过地面控制系统控制运动调整机构的轴向伺服电机和周向伺服电机运转，调整积分反射镜的位置，使微型高功率激光器经积分反射镜反射的光照射至射孔下一作业位置；步骤八：地面控制系统中主控系统PLC模块根据模拟量数据采集模块采集的积分反射镜的位置、角度和方向信息，判断微型高功率激光器经积分反射镜反射的光的位置是否满足要求，如果是，执行步骤九，如果否，执行步骤七；步骤九：启动激光器，再次进行射孔作业；步骤十：重复步骤七至步骤九，直到所有位置射孔作业完成。所述微型高功率激光器两侧为冷却回路，运用小型冷却液循环系统进行换热冷却，在微型高功率激光器工作时进行冷却。所述射孔器内部的密封清洁系统通过密封胶圈进行密封，通过小型风扇进行除尘清洁。本专利技术的有益效果为：本专利技术的一种激光射孔装置及其方法通过控制运动调整机构的不同动作，来控制积分反射镜的位置变化，从而达到射孔参数的可调，可根据现场需要，通过调节微型高功率激光器的功率，控制穿深指标值，竖直方向0-1.5m范围内连续可调整，进而圆孔直径0-25mm连续可调，割缝的缝宽和缝长可调整等等，有效进行射孔控制。当射孔完成后，地面依据施工要求，控制引爆工具串尾部丢手爆破系统，进而使桥塞脱离机构用于井下坐封。目前最常用的为16孔/米，而激光射孔可可根据现场需要,通过机械运动实现孔密、相位、方位的连续调整。激光射孔器采用高性能激光技术、安全性高，激光射孔可靠性高，施工过程易于实现反馈监控，射孔分布可依据施工现场需求、动态调整，可根据科研及生产需要，设计孔洞形状，并可加工长缝通道，无机械冲击，工作过程平稳，射孔器本体可长期重复使用的问题。本专利技术的激光射孔可根据现场需要，通过运动调整机构实现孔密、相位、方位的连续调整。激光射孔器采用高性能激光技术、安全性高，激光射孔可靠性高，施工过程易于实现反馈监控，射孔分布可依据施工现场需求、动态调整，可根据科研及生产需要，设计孔洞形状，并可加工长缝通道，无机械冲击，工作过程平稳，射孔器本体可长期重复使用。激光射孔节省时间，节省成本，便于控制，易于操作，提高工作效率，保证射孔质量，更精确，更可靠。附图说明图1为本专利技术的一种激光射孔装置结构示意图；图2为本专利技术的一种激光射孔装置中的平行聚焦光路结构图：图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光射孔装置，其特征在于，包括地面控制系统、电源、射孔器(3)、积分反射镜(4)、运动调整机构(5)、位移传感器(9)和编码器(8)；所述射孔器(3)包括位于射孔器(3)内部顶端的微型高功率激光器(2)；所述积分反射镜(4)固定在所述运动调整机构(5)的上端，通过运动调整机构(5)带动积分反射镜(4)周向旋转运动以及竖直方向运动，整体设置在井下，并通过位移传感器(9)和编码器(8)采集数据，所述微型高功率激光器(2)出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦，经射孔器(3)下端的出射孔出射，再经积分反射镜(4)反射进行射孔作业；所述电源通过电缆(1)与所微型高功率激光器(2)、运动调整机构(5)和丢手引爆连接供电，所述地面控制系统通过电缆(1)与所述微型高功率激光器(2)、运动调整机构(5)和丢手引爆连接传输信号，所述地面控制系统通过数据传输线与位移传感器(9)和编码器(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光射孔装置，其特征在于，包括地面控制系统、电源、射孔器(3)、积分反射镜(4)、运动调整机构(5)、位移传感器(9)和编码器(8)；所述射孔器(3)包括位于射孔器(3)内部顶端的微型高功率激光器(2)；所述积分反射镜(4)固定在所述运动调整机构(5)的上端，通过运动调整机构(5)带动积分反射镜(4)周向旋转运动以及竖直方向运动，整体设置在井下，并通过位移传感器(9)和编码器(8)采集数据，所述微型高功率激光器(2)出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦，经射孔器(3)下端的出射孔出射，再经积分反射镜(4)反射进行射孔作业；所述电源通过电缆(1)与所微型高功率激光器(2)、运动调整机构(5)和丢手引爆连接供电，所述地面控制系统通过电缆(1)与所述微型高功率激光器(2)、运动调整机构(5)和丢手引爆连接传输信号，所述地面控制系统通过数据传输线与位移传感器(9)和编码器(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种激光射孔装置，其特征在于，所述射孔器(3)还包括冷却回路；所述冷却回路为设置在微型高功率激光器(2)两侧的散热片以及小型冷却液循环系统构成的水冷循环回路。3.根据权利要求1或2所述的一种激光射孔装置，其特征在于，所述射孔器(3)还包括密封清洁系统；所述密封清洁系统包括密封挡圈，小型风扇。4.根据权利要求1所述的一种激光射孔装置，其特征在于，所述运动调整机构(5)包括伸缩杆(501)、运动套管(502)、轴向伺服电机(503)和周向伺服电机(504)；所述伸缩杆(501)同轴设置在所述运动套管(502)内部，并通过轴承连接，所述伸缩杆(501)上端部和所述积分反射镜(4)固定连接，所述伸缩杆(501)下端通过齿轮传动机构和所述周向伺服电机(504)连接，所述运动套管(502)外壁设置有竖直方向的齿条，所述运动套管(502)通过齿轮齿条传动机构和所述轴向伺服电机(503)连接；所述编码器(8)连接在伸缩杆(501)下端固定的齿轮上，所述位移传感器(9)连接在运动套管(502)上。5.根据权利要求4所述的一种激光射孔装置，其特征在于，所述运动调整机构(5)在竖直方向运动的距离范围为0-15cm，周向旋转的角度为360°。6.根据权利要求1所述的一种激光射孔装置，其特征在于，所述微型高功率激光器(2)出射的激光经平行聚焦光路进行聚焦与传输具体为：平行聚焦光路包括聚焦镜(6)和平行光管(7)，激光器发射出激光束，经过聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚晓峰，刘楷书，尚进，贲超，
申请(专利权)人：吉林市旭峰激光科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22