专利名称：一种井下激光辅助破岩试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光钻井领域，尤其是一种激光辅助破岩试验装置。
背景技术：
2001年天然气工艺研究院(GTI)和科罗拉多矿业学院(CSM)等6家联合承担第2轮激光钻井计划(DE-FC26-00NT40917)，进行了激光钻井破岩模拟试验:(I)激光器波长为
3.8μπι的中红外高功率化学激光器，输出功率60(Tl200kW，光斑直径为152.4mm激光束直接照射在304.8mmX 304.8mm的沙岩面上,经4.5s的照射,激光束穿透沙岩样63.5mm,排除
2.5kg沙岩，相当于50.8m/h的机械旋转钻井速度。(2)对水平井的钻井和射孔作业进行了模拟。用透镜将激光束聚集在一个直径为50.8mm,厚度为76.2mm的沙岩岩样上,两次2s的激光照射后贯穿岩样152.4mm，相当于135m/h的机械旋转钻井速度；用高能激光射孔，射孔深度可达61m。试验前后的渗透率测量表明:井眼周围和井内的渗透率均没有减少。日本在2010年做了两组浸水激光钻孔试验，分别是熔化实验和剥落试验。采用相同条件:同样的CO2激光器(相同的功率、能量、波长、频率等)，同样浸入水中，切割的都是稻田花岗岩，目的都是钻一个φ5.08cm深30mm的孔。不同的是熔化实验采用固定照射，剥落试验有一个移动路径。结果是:二者都能完成浸水钻孔任务，其中移动试验用三分之一的能量就能获得3倍的机械钻速。以上试验都采用激光固定照射岩样法，无法模拟激光器在钻头不同安装位置对破岩性能的影响，也不能模拟不同的钻头转速以及不同的钻井液对激光辅助破岩性能的影响。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够模拟激光器在钻头不同安装位置、不同的钻头转速以及不同的钻井液性能，为设计激光辅助破岩钻头提供试验依据的激光辅助破岩试验装，。本实用新型的技术方案包括:激光器、光纤、激光头、固定架、岩心容器和卡盘，其中，激光器通过光纤连接到激光头，固定架固定激光头后与岩心容器连接，卡盘固定在岩心容器的底部。所述固定架由外框架和内框架组成，外框架与岩心容器连接，激光头固定连接在内框架上，内框架为纵向、横向可调节的固定架；所述的卡盘为可旋转卡盘。上述方案进一步包括:所述的卡盘由驱动电机驱动，所述的岩心容器为透明筒。激光器由激励电源驱动并由分路器分为多个支路。所述的驱动电机为变频调速电机。本实用新型公布的在旋转钻井体系工况下的井下激光辅助破岩试验装置，将激光头安装在可调固定架上，通过光纤将激光器的能量经由分路器输送到激光头，激光头相对岩心的位置相对可调。通过由驱动电机驱动的卡盘固定岩心模型并模拟钻头相对地层旋转，通过透明筒内 不同钻井液改变钻井液参数对辅助破岩性能的影响。[0011]本实用新型的有益效果是:通过激光器功率、激光头相对岩心位置参数、岩心转速、钻井液性能的变化，完成各种条件下激光破岩性能数据的收集。
图1为本实用新型的激光辅助破岩试验装置结构示意图；图中标记:1_分路器；2_激光器；3_激励电源；4-光纤；5_可调固定架；6-激光头；7-透明筒；8-岩心；9-卡盘；10-驱动电机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步的详细说明。参见图1，激励电源3驱动激光器2产生高能激光，通过分路器I，经由光纤4连接到不同的激光头6。激光头安装在可调固定架5上，可调固定架5的轴线与卡盘9轴线重合，激光头6相对岩心的距离Htl、激光头相对岩心轴线的径向距离Rn通过可调固定架调整，以模拟激光器在钻头不同安装位置对破岩性能的影响，同时通过调整激光器2的输出能量，可以优选合适的辅助破岩激光器功率。卡盘9装夹岩心8，而岩心8前端固定安装了一个透明筒7。工作时，由驱动电机10带动卡盘9以设定的速度旋转，驱动电机10为变频调速电机，转速任意可调，而透明筒内可以填充各种钻井液，也可以不填充钻井液。通过改变卡盘转速和钻井液性能，可以模拟不同的钻头转速以及钻井液对激光辅助破岩性能的影响。
权利要求1.一种井下激光辅助破岩试验装置，包括激光器(2)、光纤(4)、激光头(6)、固定架(5)、岩心容器(7)和卡盘(9)，其中，激光器(2)通过光纤(4)连接到激光头(6)，固定架(5)固定激光头(6)后与岩心容器(7)连接,卡盘(9)固定在岩心容器(7)的底部,其特征在于:所述固定架(5)由外框架和内框架组成，外框架与岩心容器(7)连接，激光头(6)固定连接在内框架上，内框架为纵向、横向可调节的固定架；所述的卡盘(9)为可旋转卡盘。
2.根据权利要求1所述的井下激光辅助破岩试验装置，其特征在于:所述的卡盘(9)由驱动电机( 10 )驱动，所述的岩心容器(7 )为透明筒(7 )。
3.根据权利要求1或2所述的井下激光辅助破岩试验装置，其特征在于:激光器(2)由激励电源(3 )驱动并由分路器(I)分为多个支路。
4.根据权利要求2所述的井下激光辅助破岩试验装置，其特征在于:所述的驱动电机(10)为变频调速电机。
专利摘要本实用新型涉及激光钻井领域的一种井下激光辅助破岩试验装置。包括激光器、光纤、激光头、固定架、岩心容器和卡盘，其中，激光器通过光纤连接到激光头，固定架固定激光头后与岩心容器连接，卡盘固定在岩心容器的底部。所述固定架由外框架和内框架组成，外框架与岩心容器连接，激光头固定连接在内框架上，内框架为纵向、横向可调节的固定架；所述的卡盘为可旋转卡盘。本装置将激光头安装在可调固定架上，激光头相对岩心的位置相对可调。旋转卡盘模拟钻头相对地层旋转。通过激光器功率、激光头相对岩心位置参数、岩心转速、钻井液性能的变化，完成各种条件下激光破岩性能数据的收集。
文档编号E21B7/00GK203081285SQ20122073316
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者谢慧, 周燕, 罗熙, 陈志礼, 李亚伟 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院