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10kW光纤激光器在钻探领域应用

  • 产品时间:2022-09-10 00:24
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简要描述:自高功率激光器问世以来,人们就开始考虑到在石油天然气行业中用激光器展开岩石钻井。 Mauer在一本关于高级钻井技术的书中,总结了上世纪60年代人们利用CO2激光器展开的各种初期尝试,但是由于尺寸和复杂性的容许,当时的研究结论是,该工艺尚能不成熟期。 2002年,来自科罗拉多矿业大学的RamonaGraves利用中红外化学激光器顺利毁坏了柔软的岩石,随后,Ramona又证明了高功率二极管也某种程度需要钻透岩石。但是在那时,这项技术仍有缺乏,所以不应商业化推展。...

详细介绍
本文摘要:自高功率激光器问世以来,人们就开始考虑到在石油天然气行业中用激光器展开岩石钻井。 Mauer在一本关于高级钻井技术的书中,总结了上世纪60年代人们利用CO2激光器展开的各种初期尝试,但是由于尺寸和复杂性的容许,当时的研究结论是,该工艺尚能不成熟期。 2002年,来自科罗拉多矿业大学的RamonaGraves利用中红外化学激光器顺利毁坏了柔软的岩石,随后,Ramona又证明了高功率二极管也某种程度需要钻透岩石。但是在那时,这项技术仍有缺乏,所以不应商业化推展。

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自高功率激光器问世以来,人们就开始考虑到在石油天然气行业中用激光器展开岩石钻井。  Mauer在一本关于高级钻井技术的书中,总结了上世纪60年代人们利用CO2激光器展开的各种初期尝试,但是由于尺寸和复杂性的容许,当时的研究结论是,该工艺尚能不成熟期。

2002年,来自科罗拉多矿业大学的RamonaGraves利用中红外化学激光器顺利毁坏了柔软的岩石,随后,Ramona又证明了高功率二极管也某种程度需要钻透岩石。但是在那时,这项技术仍有缺乏,所以不应商业化推展。

  以后2008年,IPG光子公司创新性的发售10kW光纤激光器,才最后为激光钻井技术南北商业化应用于关上了大门。一年后,在CSM的帮助下,我们启动了商业化激光钻井工艺以及涉及辅助性技术的研究研发,以空缺这项技术空白。在漫长的钻井行业发展史上,首个重大进展不应归属于HowardHughes在1908年发明者的两牙轮钻头。

两牙轮钻头不仅爆炸了钻井行业的变革,也使休斯公司沦为行业巨擘。双牙轮钻头最初的点子来自休斯公司一位研究人员,在几经24年的大大研究改进之后,最后发展沦为三牙轮钻头。在随后的80年里,三牙轮钻头仍然在钻井行业占有着主导地位。

  钻井发展史上的第二个“里程碑”是通用电气公司在1971年发售的聚晶金刚石填充片(PDC)钻头。30年的应用于实践证明,在加工某些岩石时,PDC钻头较三牙轮钻头更加可信。于是,在近几年里,PDC钻头顺利代替了双牙轮钻头,发展沦为钻井行业的选用。然而,这两种钻头在面临白云石、玄武岩、花岗岩之类的超硬结晶岩时,仍束手无策。

回应,我们研发了一种将仪器热源与PDC钻头结合的新型钻井系统。实践证明,岩石抗压强度多达30ksi时,该人组钻井系统与传统的三牙轮钻头或PDC钻头比起,具备明显的效率优势(如图1右图)。图1:融合了高功率激光器及PDC钻头的新型钻井系统。

  组合式钻头的主要工作原理是再行利用转动的激光光束使牢固的岩石裂开并显得薄弱,然后再行用一组PDC工件齿,清理那些早已被激光光束弱化的岩体。从钻头中射向的激光束以一种独有的类似于雷达扫瞄的方式,对凿洞的底面展开冷却(如图1右图)。激光能有效地弱化岩石表面,并使岩体产生微裂痕,这样用PDC钻头就能只能地除去碎片的岩石。  激光工艺的插手,使岩石的抗压强度从30ksi降到几百psi,所以只必须很少的机械能就能清理。

例如,原本用三牙轮钻头时,必须在钻头上产生多达25,000磅的重力,才能击穿抗压强度30ksi的岩石。而现在只必须产生不多达1500磅的重力,扭矩大于100英尺-磅,10马力的能耗就可以2~3倍的速率钻透某种程度的岩石。我们用4”、6”、8.5”钻头,对石油、天然气及地热行业遇上的所有岩石类型展开了试验,结果都获得了顺利。


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