一种用于油气井的激光远程带火切割系统及使用方法与流程

本发明属于油气井抢险，具体地说涉及一种用于油气井的激光远程带火切割系统及使用方法。

背景技术：

1、在油气田开发过程中，钻井、试油、试气和采油气过程中都有可能发生井喷失控事故，井喷失控着火后，由于井内油气压力高、产量大，火势猛，井架、钻机、钻具、井口装置、柴油机、钻井泵、固控设备等被烧坏，井口周围的设备、仪器、物资器材被大火烧毁变形，堆积于井场。若要实现有效控制井喷失控着火，必须进行清障切割，清除烧坏的旧井口装置，重新装上新井口装置。

2、由于火场高温、淋水、烟雾、野外地形等条件，导致现场清障、切割等作业的可视条件恶劣，观察准确度不足，切割时容易出现误差，导致抢险切割工作进展缓慢，效率低下。同时，人员近井口观察和指挥切割具有较大的局限性，即使采用严格的防护措施进行近距离抢险作业，也会带来很多不安全隐患，对人员的伤害风险很大，不能保证抢险人员的安全。

技术实现思路

1、针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种用于油气井的激光远程带火切割系统及使用方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种用于油气井的激光远程带火切割系统，包括：

4、远离井口的第一移动平台，所述第一移动平台上设有用于输出激光的激光器；

5、以及靠近井口的第二移动平台，所述第二移动平台上设有防护外壳，所述防护外壳上设有激光切割头，所述激光传输至所述激光切割头并输出至井口，实现带火切割。

6、本技术方案进一步设置为，所述激光器包括脉冲激光器以及连续激光器，脉冲激光器输出的脉冲激光以及连续激光器输出的连续激光合束形成复合激光。

7、本技术方案进一步设置为，所述连续激光器设有多个，多个连续激光器输出波长相同的连续激光。

8、本技术方案进一步设置为，所述第一移动平台以及所述第二移动平台之间连接有柔性管路，所述柔性管路内设有激光传输光纤、气体线路、冷却液线路以及电连接线路。

9、本技术方案进一步设置为，所述第一移动平台上还设有气源以及冷却液箱，所述气体线路分别连通所述气源以及所述激光切割头，所述冷却液线路分别连通所述冷却液箱以及所述防护外壳，所述激光传输光纤分别连接所述激光器以及所述激光切割头。

10、本技术方案进一步设置为，所述激光切割头的一端延伸至所述防护外壳的内部并作为输入端，所述输入端设有照明光源，所述激光切割头靠近其输入端的位置设有与气体线路连通的高压气管。

11、本技术方案进一步设置为，所述防护外壳的内部设有光路传输元件以及光学监测元件，激光传输光纤输出的激光由光路传输元件传输至激光切割头，所述光学监测元件对应所述输入端设置。

12、本技术方案进一步设置为，所述光路传输元件包括准直输出头、第一反射镜以及第二反射镜，所述准直输出头与激光传输光纤连接，所述第二反射镜倾斜设置，且第二反射镜的光轴与激光切割头的中轴线重合，所述第一反射镜与所述第二反射镜平行设置。

13、本技术方案进一步设置为，所述光学监测元件位于第二反射镜远离激光切割头的一侧，所述光学监测元件与所述第二反射镜之间设有中心波长与照明光波长匹配的窄带滤光片。

14、本技术方案进一步设置为，所述防护外壳的内部设有与冷却液线路连通的冷却通道，所述防护外壳上设有与所述冷却通道相连通的喷淋管，所述喷淋管上开设朝向防护外壳的外表面喷淋冷却液的喷淋孔。

15、本技术方案进一步设置为，所述井口铺设有导轨，所述第二移动平台为履带式平台。

16、本技术方案进一步设置为，所述柔性管路、所述激光切割头以及所述防护外壳的外表面由内至外依次设有隔热层以及耐高温冲击层。

17、第二方面，本发明提供一种用于油气井的激光远程带火切割系统的使用方法，包括如下步骤：

18、切割前，第一移动平台移动至远离井口的位置，第二移动平台将激光切割头输送至靠近井口的位置；

19、切割时，激光切割头输出复合激光至井口的外表面，第二移动平台围绕井口移动，进行一次切割并形成第一切割缝，且第一切割缝的深度小于井口的壁厚，激光切割头输出连续激光至井口的外表面，第二移动平台围绕井口移动，在所述第一切割缝的基础上进行二次切割并形成第二切割缝，且第一切割缝与第二切割缝的深度总和等于井口的壁厚，第一切割缝为封闭的环形切割缝，第二切割缝为非封闭的环形切割缝，在井内流体压力作用下，井口向未形成第二切割缝的方向倾倒。

20、本技术方案进一步设置为，所述复合激光以及所述连续激光均为矩形光斑，矩形光斑的长边平行于井口的轴向，矩形光斑的宽边平行于井口的径向。

21、本技术方案进一步设置为，在第一切割缝形成过程中，复合激光沿着井口的周向循环多次扫描，所述第一切割缝的纵截面呈等腰梯形，且第一切割缝的深度小于井口的壁厚20mm-30mm。

22、本技术方案进一步设置为，在第二切割缝形成过程中，连续激光沿着井口的周向单程扫描，且连续激光与第一切割缝的夹角为40°-50°。

23、本技术方案进一步设置为，沿着井口的周向，未形成第二切割缝的圆周为井口圆周的1/3。

24、本发明的有益效果是：

25、1、第二移动平台将激光切割头输送至靠近井口，而第一移动平台承载激光器远离井口，实现激光远程带火切割，无需人员近井口操作，提高安全性。

26、2、激光切割头具备可视化功能，有效解决切割作用区恶劣条件对切割光束以及照明光的影响，能够提供清晰的光学图像，实现可视化，有效提高切割清障作业效率。

27、3、防护外壳采用双重冷却，耐温性能好，以适应高温带火环境，实现近井口抢险作业。

28、4、采用复合激光将井口切薄，在可视化基础上精确控制切割量，采用连续激光将井口切开，实现井口的高效率切割。

29、5、第二移动平台偏角度绕行井口，促使连续激光倾斜切割井口，防止切口高压喷射气流对切割造成影响。

技术特征：

1.一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述激光器包括脉冲激光器以及连续激光器，脉冲激光器输出的脉冲激光以及连续激光器输出的连续激光合束形成复合激光。

3.根据权利要求1所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述第一移动平台以及所述第二移动平台之间连接有柔性管路，所述柔性管路内设有激光传输光纤、气体线路、冷却液线路以及电连接线路。

4.根据权利要求3所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述第一移动平台上还设有气源以及冷却液箱，所述气体线路分别连通所述气源以及所述激光切割头，所述冷却液线路分别连通所述冷却液箱以及所述防护外壳，所述激光传输光纤分别连接所述激光器以及所述激光切割头。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述激光切割头的一端延伸至所述防护外壳的内部并作为输入端，所述输入端设有照明光源，所述激光切割头靠近其输入端的位置设有与气体线路连通的高压气管。

6.根据权利要求5所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述防护外壳的内部设有光路传输元件以及光学监测元件，激光传输光纤输出的激光由光路传输元件传输至激光切割头，所述光学监测元件对应所述输入端设置。

7.根据权利要求3所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述防护外壳的内部设有与冷却液线路连通的冷却通道，所述防护外壳上设有与所述冷却通道相连通的喷淋管，所述喷淋管上开设朝向防护外壳的外表面喷淋冷却液的喷淋孔。

8.根据权利要求3所述的一种用于油气井的激光远程带火切割系统，其特征在于，所述柔性管路、所述激光切割头以及所述防护外壳的外表面由内至外依次设有隔热层以及耐高温冲击层。

9.一种用于油气井的激光远程带火切割系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的用于油气井的激光远程带火切割系统的使用方法，其特征在于，在第一切割缝形成过程中，复合激光沿着井口的周向循环多次扫描，在第二切割缝形成过程中，连续激光沿着井口的周向单程扫描，且连续激光与第一切割缝的夹角为40°-50°。

技术总结
本发明涉及一种用于油气井的激光远程带火切割系统及使用方法，属于油气井抢险技术领域，系统包括远离井口的第一移动平台以及靠近井口的第二移动平台，所述第一移动平台上设有用于输出激光的激光器，所述第二移动平台上设有防护外壳，所述防护外壳上设有激光切割头，所述激光传输至所述激光切割头并输出至井口，实现带火切割，本发明能够实现激光远程带火切割，无需人员近井口操作，提高安全性。

技术研发人员：康民强,朱启华,李剑彬,强永发,蒋学君,宗兆玉
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22