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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流油气装备与新技术论文.精品文档. 激光钻井的新发展摘要：为了适应石油工业发展的需要, 改变传统的钻井方式, 根据激光能量密度大等特性, 说明了利用激光器把其他形式的能转换成光能形成很高的温度,熔化、融熔、震碎、蒸发要钻进的岩石进行钻井的基本原理; 指出激光钻井在降低成本、减少污染方面有很大的潜力, 有可能使钻井发生革命性变化; 激光钻井破岩是钻探工程领域一项具有前瞻性的应用基础理论课题。它包括5 大基础科学问题, 即激光/ 岩石/ 流体相互作用原理、岩石快速相变的热力学与传热学、强激光的传输变换与微型化原理、激光破岩岩屑运移的多相流动理论、激
2、光钻井的安全与环境保护科学等. 详细叙述了激光钻井技术的历史、发展、原理等方面的问题。关键词：激光钻井 发展 前景 钻井 新技术1 引言激光技术是20 世纪60 年代在量子物理学、光子光谱学、无线电电子技术基础上兴起的一门多学科结合的科学技术. 这种基于受激辐射而获得的特殊光具有一些重要的特性. 一是方向性强. 几乎是一束定向发射的平行光, 发散角一般为毫弧度数量级;二是亮度大( 即功率密度大) . 激光的亮度可以达到太阳亮度的1 百万万倍以上. 如果用透镜将激光聚焦, 可得到每平方厘米1 万亿瓦的功率密度, 在极小的范围内产生几百万度高温, 几百万个大气压, 每米几十亿伏的强电场; 三是单色
3、性高. 激光近乎是单一频率的光, 单色性远优于一般单色光源. 激光光谱线的线宽可达到千万分之一埃; 四是相干性好. 由于激光的线宽窄, 位移在空间的分布不随时间变, 具有良好的时间相干性和空间相干性.激光的上述特点, 使它的发展促进了许多学科的发展, 在许多工业部门得到了广泛的应用.应用激光技术可在卫星上测定油气田开发过程中地面的沉降, 反映出采收程度, 为今后制定开发计划提供原始资料; 激光可以用来进行机械切割; 分析不同类型的原油; 激光可以用来钻井、射孔等几十个技术部门. 其中以激光钻井最具吸引力.激光技术是20 世纪60 年代在量子物理学、光子光谱学及无线电电子技术基础上兴起的一门多学
4、科结合的科学技术。这种基于受激辐射而获得的特殊光具有一些重要的特性, 如亮度高、单色性方向性好等。基于以上特点, 为了发展快速钻井技术, 人们积极推进激光钻井技术的研究。2 激光破岩的2 个发展阶段纵观激光破岩概念的产生、研究与发展, 它经历了小功率激光器的岩石切割阶段和大功率激光器的钻井破岩阶段。2. 1 激光切割岩石阶段( 1968 - 1994)激光破岩概念的产生可以追溯到1960 年美国科学家Maman C. M. 发明了世界上第1 台红宝石晶体激光器后, 麻省理工学院Moavenzadeh F. ,McGarr y F. J. 和加州大Williamson R. B. 等人在第43
5、届SPE/ AIME 秋季年会上, 联合提出的利用激光能量破碎岩石和钻井的设想。当时的激光器功率小, 输出能量较低; 激光器产生的波长相对较长, 较难聚焦, 能量也不能传输到远离激光光源的地方, 因而该设想没有用于石油钻探的岩石破碎, 但在铁路、矿山和交通业隧道挖掘中坚硬岩石的加热软化和机械辅助破岩方面得到了应用。1971 年, 美国联合飞机研究中心Carstens J.P. 和Brow n C. O. 等人利用连续CO2 激光对花岗岩、石英岩和玄武岩等岩石成功地进行了室内切槽试验。随后, 激光切割岩石的方法在德、日和美等国建筑行业各类石材、混凝土等的切割和加工中得到广泛的工业化应用。前苏联科
6、学研究院Lebedev 物理研究所是军用大功率激光器的研究中心, 曾在1969 -1978 年间开展了激光与岩石相互作用的研究, 当时的激光功率为0. 5 1.0 kW, 后因资金缺乏而停止。日本是一个地震发生频率较高的国家, 山体的潜在滑移危险性大。日本地球物理研究所和东海大学利用激光破岩技术, 防止浅层地质钻探和建筑打桩作业中山岭滑坡和房屋倒塌事故, 取得了显著的成效。2. 2 钻井破岩阶段( 1994 - )石油天然气勘探开发中的激光钻井破岩与矿山和建筑行业中的工作环境和技术要求迥然不同。例如, 激光钻井破岩的目标层深; 光束的光斑尺寸大; 井眼轨迹必须规则; 井壁必须具有强的防坍塌和抗
7、失稳性能; 具有屏蔽强酸、强碱和有毒气体干扰的能力等。另外, 石油井下环境恶劣, 空间尺寸小, 对激光元器件的功率体积比、移动性和可靠性以及高能光束的远距离传输与控制, 均有特殊的要求。石油激光钻井破岩思想的提出, 源于1994 年美国国会通过的“星球大战” 计划中军用大功率激光器向工业界转化的议案。从20世纪60年代末开始，美国国家科学基金会就启动了探寻高效破岩方法的庞大研究计划，研究了电子束，激光，水射流等25种破岩新方法。在中等强度岩石上进行破岩实验!结论表明)激光钻井破岩法是最易于实现且效率较高的方法之一20世纪70年代初，在美国、法国、荷兰曾出现了用激光钻井和射孔的专利文献，那时人们
8、对激光钻井的研究大多基于“将岩石矿物完全熔化，直接打出预想大小井眼”的假设上，预计所需能量相当大，加之当时激光技术水平有限，激光功率只有数千瓦，波长较长难以聚焦、成本较高、所以许多人怀疑激光钻井的可行性。甚至直到1990年，美国天然气协会仍认为激光钻井不可行随着激光技术的飞速发展，直至1997年，美国国会重新关注激光钻井技术并委托美国天然气工业协会，联合美国空军、陆军和科罗拉多矿业大学，提出了一项两年计划，一起探索如何把美国在20世纪8090年代用于“星球大战”的激光技术用到石油工业钻井、完井上，此时激光钻井的可行性才得以证实。该阶段试验使用的是美军白沙导弹实验场的中红外高级化学激光器，试验结
9、果表明激光钻井的理论速度可达137.2m/h，是目前旋转钻井钻速的100倍以上，并且证实了早期对激光钻井所需激光功率的计算值远远大于实验值。1997 年, 美国能源部( DOE) 批准了芝加哥天然气研究院( Gas Research Institute, GRI) 和科罗拉多矿业学院( CSM) 联合提出的激光钻井计划。该项目( GRI-98/ 0163) 为期2a, 旨在进行激光钻井破岩可行性方面的初步室内试验和基础理论研究。美国GRI 和CSM 的室内试验研究结果表明: 激光破岩与传统的转盘钻井技术相比, 在提高机械钻速方面具有无可比拟的优越性; 军用兆瓦级激光器能为4500 m 井深钻井
10、破岩提供足够的能量1998年，美国天然气工业协会，联合美国空军、陆军又启动了一项研究“激光钻井“的计划，研究激光钻井与完井，其直接研制产品是一台激光钻机，该计划预计用时5年，耗资,600万美元。近年来，美国菲利普斯公司使用化学氧碘激光发生器进行了现场试验。实验结果表明：激光钻井10小时的钻井进尺，需要常规钻井钻10天时间。2000 年, 美国能源部和国家能源技术实验室正式把激光钻井技术的研究列入美国石油天然气勘探开发中重大战略支撑技术的长期发展计划, 并继续支持天然气工艺研究院( Gas Technology Institute,GTI) 的新一轮激光钻井计划( 如图1)a 激光钻机的地面模型
11、b 井下激光破岩模型c 室内激光破岩试验图1 美国激光钻井的基本概念与研究GTI 系由原芝加哥天然气研究院( GRI) 和芝加哥天然气工艺技术研究院( IGT ) 于2001 年联合组成。第2 轮激光钻井计划( DE- FC26-00NT40917)项目分为3 个阶段进行实施, 由天然气工艺研究院( GTI) 和科罗拉多矿业学院( CSM) 等6 家联合承担, 旨在深入研究激光钻井破岩的基础科学理论、淹没环境下激光破岩的模拟试验、激光深井( 大于6 000 m) 破岩能力的评价、井下激光钻井样机的研制, 计划在2009 年完成第1 台工业性试验用车载激光钻机的制造。3 激光技术在钻井中的应用3
12、.1 激光钻井的基本原理激光钻井,从本质上讲,就是利用强激光与岩石的相互作用。激光钻井是个复杂的高温、高压的物理与化学过程,大功率激光器发出的激光经过透镜会聚到一个要钻入地层的圆形区域上,这个圆形区域只是要钻井眼直径的很小一部分,岩石表面对激光具有反射、散射与吸收等作用,强大的热冲击可以使要钻入的岩石材料被击成碎片,岩石由于吸收激光能量所形成的高温可使岩石熔融、岩石反射、散射的激光能量使得岩石的环境温度升高导致熔融的岩石蒸发而形成岩石气体,这样岩石气体可在高压的作用下压出地面,这一过程中存在复杂的质量、能量与动量的传递,此外,由于不同岩石的物理性质不同,且在高温、高压下岩石的物性参数也会发生变
13、化,激光钻井过程存在复杂的化学变化。亮度大( 即功率密度大) 是激光的一大特点, 是激光用来钻井的最主要的特性. 从本质上讲, 钻井用激光器件就是把能量转换成光子, 光子经过聚焦成为强光束, 把岩石熔融、粉碎、蒸发. 具体说来, 就是把激光束聚焦在一个要钻入地层的环形区域上, 这个环形区域是要钻的井眼直径范围内很小的一部分. 激光束聚焦后形成很高的温度, 使要钻入的地层材料熔化蒸发, 强大的热冲击也可以使要钻入的岩石材料被击成细粒, 由于环形区域内熔化材料的蒸发而产生强大的压力足以使击碎的材料被腾升到地面。为了增强热冲击的作用, 易于使要钻的材料成为细粒并喷出井口, 还可以向要钻的部位喷射可膨
14、胀的很强的液体流。液体射流和激光交替作用在要钻部位, 使激光束和液体射流都成为脉冲式的。液体射流所用液体的特性要易于使要钻材料熔化与震碎, 有助于井壁的光滑. 例如, 若要钻的材料是纯净的干硅砂, 则流体应含有钠或钙的化合物以便于岩石熔化, 优化井壁特性。为了使从已钻成的井眼中排出的材料离开地面设备, 在井头可装上转向器, 喷出强液体射流, 当从井中喷出震碎的岩石材料时使其改变方向吹离井口。激光发生器的工作、激光脉冲的长短、注入的强射流体、喷出材料的吹除等整个系统的工作特性, 如脉冲持续时间、频率、聚焦区面积和环形的大小, 相干光源的工作波长和输出功率等都由控制器根据被钻地层的物理特性控制。3
15、.2、用于天然气钻井的激光1. 氢氟酸和氟氚化合物激光其工作波长范围为2. 6 4. 2m。美国军方研制出的这种中红外高级化学激光尚是首次用于储层岩石的初始测试。2. 碘氧激光美国空军研究实验室研制出的这种碘氧激光的工作波长为1. 315m。最早开发可追溯到1977 年, 现今这种高能连续波激光已逐渐发展进化成为一个复杂体系, 用于军事和工业等各个领域。这种中波型激光的精确性以及它的波长范围避免了钻井和天然气井重新完井过程中经常遇到的井控、侧钻和定向钻井问题的出现。3. 二氧化碳激光二氧化碳激光的工作波长是10. 6m, 可以以连续型和重复脉冲波形模式传递, 平均功率约为1MW。在以重复脉冲模
16、式传递时, 它的脉冲周期为1 30s。4. 一氧化碳激光一氧化碳激光的工作波长为5 6m, 可以以连续型和重复脉冲波形模式传递, 它的平均功率为200kW , 脉冲周期为1 1000s。第一谐波一氧化碳激光在以连续波和重复脉冲模式传递时, 它的脉冲波长为2. 5 4. 0m。5. 自由电子激光由于自由电子激光所采用的高能电子不会离散能级, 从而使得自由电子激光可以以连续波的波形被调制到任意波长。一些科学家认为自由电子激光是未来高能激光的发展方向。激光辐射波长可以调整的特性优化了激光由于反射、散射、黑体辐射和等离子体的屏蔽效应而出现的能量损失。6. 铝钕、镱、金刚砂化合物铝钕、镱、金刚砂化合物的
17、工作波长为1. 06Lm。目前, 仅有输出功率为4kW 的工业用激光用于了商用。对这种激光的研究趋势表明, 采用输出功率为10kW 或更大功率的激光是可行的。7. 氟氪化合物氟氪化合物是一种激发二聚体激光, 工作波长为0. 248m。之所以用激发二聚体这个术语描述这种激光主要是因为在这个双原子分子中氟氪原子是在受激状态而不是在基态结合的。这一特征使得激发二聚体激光只能以重复脉冲波形模式工作。它的最大平均功率是10kW , 脉冲周期为0. 1s。3.3两种有希望的高能激光3.3.1中红外高级化学激光(M IRACL) 美国最高平均功率激光(兆瓦级) 最初是为船舰防御开发的, 并在二十世纪八十与九
18、十年代期间, 在高能激光系统实验场广泛用于军事上概念的实验。现在的中红外高级化学激光, 已经能够将巨大的能量在空气中传播数英里, 该能量可在飞行中的战略性或战术性军事目标上穿洞, 业已证实, 可将多种固体材料诸如软岩石材料击穿。3.3.2化学氧- 碘激光(CO IL) 美国空军1977 年发明的空对空防御高功率激光具有应用于天然气钻井的潜在可能性。化学氧碘激光作为一种能够跟踪并摧毁导弹的机载激光战术武器而声名大噪。该技术在深度超过15 000 f t 的天然气井钻井与完井中同样精确的应用, 将消除井控、侧钻与定向钻井的问题。“空军对开发化学氧碘激光技术的商业用途很感兴趣”, 空军研究实验室气体
19、化学激光技术分部的激光系统工程师B rian GQ u illen 上尉说,“尽管是作为一种武器系统来开发的, 但CO IL 的高功率输出以及便宜的化学材料使其非常适合于其它用途。”使其具有商业用途的CO IL 的一个独特优点是它具有与光纤结合的可能性。这就使其非常适合于诸如石油钻井之类的远距离高功率发射。图1 说明了化学反应如何产生激光束。3.4 当前激光钻井技术的研究内容尽管激光钻井技术的提出已有近30 年的历史,但却一直没有付诸实现. 因此, 激光钻井仍然是一个探索性课题, 要研究的问题很多, 当前要研究的主要有以下四条:首先是要深入探索激光钻井的原理. 钻井是一个复杂的物理、化学过程,
20、 传统的钻井是通过冲击、切削将岩石剥离并通过钻井液将钻屑带出井眼. 那么, 用激光钻时, 究竟如何将岩石一层一层剥离, 又如何将岩屑带出井眼, 实现这一过程会遇到什么困难, 怎样克服这些困难等.第二是探讨激光与周围介质的相互作用及作用结果对采收的影响. 在钻进过程中会遇到油、气、水和各种不同类型的岩石及其他物质, 激光与这些物质会发生那些作用, 这些作用对钻进过程有什么影响, 对今后的油气开采有什么影响, 其中的不利影响如何解决.第三是激光钻井的经济性. 采用激光钻, 所用的一套设备当然与传统的设备不同. 在各种复杂环境下, 激光钻与传统的钻井方式相比, 究竟在什么情况下是合算的, 什么情况下
21、不合算. 特别是在我国现有经济与技术条件下, 激光钻井的可行性.第四是对钻井用激光器的特殊要求. 钻井用激光器功率要达到106W 级, 这么大功率的激光器为实现钻进在结构上有什么特殊要求, 不同地质条件下实现激光钻井的激光器功率门槛值究竟要多大等等.3.5 激光钻井技术的意义井眼是从地下采收油气的唯一通道. 因此, 钻井是石油工业中极为重要的一环. 随着开采难度的加大, 钻井在整个石油工业中所占比重也在加大, 钻井费用已占石油工业总费用的55% 80%. 据美国天然气体研究协会1990 年对世界范围内陆上和海上3000 口井的分析表明, 钻深大于4572m 的深气井, 钻机在现场时间的50%
22、用于钻进, 20% 用于起下钻柱更换井下总成, 30% 用于其他作业. 降低钻井成本主要通过加快钻进速度, 减少钻柱移动来获得. 传统的钻井方法总是要使用钻井液, 钻井液不仅对周围地层造成伤害, 用过的钻井液也是环境的污染源.根据模拟实验研究, 用功率为600 1200kW,波长为3.8m 的MIRACL 激光器发出的激光, 在4.5s 钻穿了0.0635m 的砂岩试样, 移走了2.495kg的岩石, 由此折算等效钻进速度为50-60m/ h; 而用500kW 激光束, 在两个两秒的激光冲击后, 沿水平方向钻透了0.1524m, 折算的等效钻速为137.16m/h。因此, 采用激光钻井, 可以
23、显著提高钻进速度, 减少钻机平均天数, 减少起下钻时间, 提高井控、射孔、侧钻能力；激光与周围岩石相互作用, 可以形成光滑的玻璃化井壁, 减少套管；还可以促进井下钻井机械, 激光钻头, 激光射孔技术的发展; 而所有这一切都可在有利于环保、安全, 提高有效成本的情况下进行。因此, 激光钻可降低成本, 减少污染, 可能会使钻井技术发生革命性变化。4 激光钻井技术的研究成果4.1 用于激光钻井的激光美国军方研制的中红外高级化学激光(MIRACL)是用于储层岩石初期试验的第一种兆瓦级激光,其工作波长为3.4um功率为1.6MW.在接下来的研究中还用到了氧碘激光、二氧化碳激光和钇铝石榴石激光。OBrie
24、n等人利用美国空军研制的化学氧碘激光对不同岩心在不同条件下进行了大量实验研究。氧碘激光工作波长为1.4um功率为7KW。 它的能量衰竭慢，是一种高质量的激光，能成功地穿越近50万米，与之相比油气井的40005000米就微乎其微了。该种中波型激光的精确性及波长范围有效地解决了钻井和完井过程中井控、侧钻和定向钻井等问题。二氧化碳激光工作波长为10.6um,平均功率可达1MW,可以用连续型和脉冲型两种模式传递能量!其最大的优点在于有较好的稳定性和可靠性。钇铝石榴石激光工作波长为1.06um、平均功率约为1.6KW,是大多数实验室研究所用激光。用于激光钻井的激光种类有限! 可供选择的还有一氧化碳激光、
25、自由电子激光和氪氟化物激光等。4.2 激光钻井的有关概念4.2.1 比能表示移除单位体积岩石所需要的能量（单位：KJ/cm3）它是比较不同破岩方式效率的标准量之一。可表示为：4.2.2岩石流动效率用以表示近井地带受伤害的程度。若：CF=1,近井地带未受伤害；CF1,近井地带得到改善。4.2.3 二次作用泛指岩石开始熔化后，所有引起激光作用于岩石能量损失的因素，它包括岩石矿物的重复熔化，井眼内矿物和气体的分解、裂缝的形成等。4.3 激光钻井破岩机理岩石的破碎和运移是油气井钻井、完井过程中的重要问题之一。 因此研究激光钻井也应首先着眼于激光与岩石作用机理的研究。由于激光具有较强的单色性!其被地面发
26、生器产生后，经光纤束传输至井下，通过井下透镜组聚焦放大后，可形成功率密度极高的光束。当其作用于岩石表面时，一部分能量被岩石吸收，其余都被反射和散射损失了。当岩石内的能量积累到一定程度，温度足够高时，就会发生一系列复杂的物理化学反应，如破碎、分解、熔化、气化等。激光作用于岩石表面，当其功率较低时，大部分能量用于岩石热膨、产生裂缝以及矿物的分解，此时比能值较大。但随功率的增加!移除岩石的激光能量利用率也随之增加，此时比能值逐渐减小。在矿物开始熔化前的那一刻!比能值达到最小。功率继续增加后!由于热量在岩石中的扩散要比岩石从激光束中吸收能量容易得多、快得多，使岩石基质吸收的能量超过了扩散的能量，温度达
27、到矿物熔点，岩石开始熔化，但由于二次作用的影响，比能值将会产生一个飞跃。由图1可以看到比能值随激光平均功率的变化关系。研究表明：比能值受岩石中石英含量、表面粗糙程度、颜色、颗粒胶结程度、岩性、激光参数等多种因素影响。石英含量越高、颗粒胶结越致密!岩石比能值就越大。不同种类的岩石有不同的一系列激光参数（激光束功率、能量、频率、脉冲宽度、作用时间等），使得比能值亦有所不同。4.4影响激光钻井效率的因素4.4.1激光类型的影响激光钻井过程中，激光类型的选定尤为重要。激光发射类型可分为连续型和脉冲型。早期实验结果表明：使用脉冲型激光比连续型激光更能有效地移除岩石。在激光发射类型、波长、峰值功率、平均功
28、率、强度相同的情况下，随着脉冲宽度和脉冲频率的增加，比能值将减小，但前者较后者对比能值的影响更大。4.4.2 激光作用方式的影响为了钻得预期大小的井眼，激光作用于岩石的模式采用如图2所示的六边形，这样尽可能地增大了波及范围，减小了重叠面积!并且其轮廓也近似于圆，为将其用于传输能量至井底奠定了基础。进一步的研究表明：由于岩心存在各向异性，使得激光水平入射岩心比垂直入射节省能量。4.4.3 激光能量的损失激光的能量除了被岩石吸收，消耗于破碎、熔化、气化岩石外，很大部分能量以反射、散射以及岩石矿物状态变化（熔化、气化、分解）引起的热效应$热膨胀形成裂缝等形式损失掉了。（1）引起能量损失的两个现象一是
29、黑体辐射:岩石的温度很高时，自身也将变成辐射源,当岩石的温度超过了热量扩散范围，由于黑体辐射，部分能量将因岩石表面辐射而损失。二是等离子屏障：高功率激光能在岩石表面形成等离子屏障，等离子屏障反射、散射激光能量，从而大大减少了岩石表面所获得的能量。（2）二次作用及防止方法连续型激光或是脉冲频率较高的脉冲型激光作用于岩石时，如果破碎、熔化的岩石不能及时被清理，碳酸盐岩就会二次吸收部分激光能量而受热分解，这样势必加大激光的无效消耗。因此在激光钻井过程中，常用氮气伴随激光共同作用于岩石，防止岩屑回流从而阻隔激光与新鲜岩石作用，减少不必要的能量损失。除此之外，形成裂缝也是激光能量损失的一种典型形式。研究
30、表明：砂岩较页岩和石灰岩，更易形成裂缝；并且岩石中粘土、石英颗粒的含量越高，岩心的孔隙尺寸越小，就越容易形成裂缝。4.5 激光作用后岩石物性的变化激光钻井能使近井地带的孔隙度和渗透率增加。 其中砂岩的渗透率变化最大，增加率可达171%，页岩孔隙度增加幅度最大，作用后其值增加7倍。 并且激光作用后岩石杨氏模量、体积模量和泊松比都有很大幅度的减小。然而剪切模量和压缩系数却有不同程度的增加。岩石流动效率由传统钻井的0.650.85，增加到了3.433.70。这些变化与岩石热物性和所含矿物类型相关。 在高温下，由于颗粒之间的胶结物发生状态改变，粘土中的水分蒸发，砂岩地层产生裂缝、碳酸盐岩分解等，使得岩
31、石孔隙体积变大、连通性改善，有利于油气的运移。5 激光钻井技术的优势激光钻进系统较传统钻井方法有大量优点。激光钻井无须同轴套管, 使用或不使用套管的情况下可以钻单一井径的井眼, 钻机的功率减少, 套管成本也减少。因为光子沿直线传播, 所以井眼轨迹偏离预定轨道的情况减少。激光钻井能减少钻头的使用或者不使用钻头, 因此能减少起下钻时间。更重要的是, 机械钻速比传统的机械钻速高得多, 减少了钻井成本。激光钻进对渗透率的影响: 对岩石使用激光之后岩石的孔隙度和渗透率均有增加, 增加的程度取决于岩石的热导率。如果岩石的热导率大, 渗透率增加就明显; 岩石的热导率小, 渗透率的增加就不明显。这是由于渗透率
32、高的岩石比渗透率低的岩石传热快, 导致泥土中的矿物质遇水膨胀, 水蒸发后压力下降导致岩石产生裂缝。激光射孔: 激光射孔的完成不需要任何的激光器, 同时能防止传统的射孔方法对地层造成的伤害。使用射孔枪产生的岩屑可能堵塞井眼, 甚至需要修井。传统的射孔方式产生的裂缝会将射孔区域和其他区域连通, 套管也会破裂。激光射孔可克服以上问题并提供一套更有效、更经济的方法。激光新技术能使套管开窗并使其他井场工作成为可能。打捞: 由于激光钻进系统使用小部件来代替传统庞大的钻井立柱, 因此打捞作业更容易。激光可以将落鱼融化或剪碎, 即使在井中有工具丢失或落鱼的情况下, 也可将侧钻的几率降低。传统的旋转钻进的成本很
33、高, 激光钻井技术能给目前石油工业带来革命性的变革。标准陆地井的钻井成本大约是40 万美元。激光钻井的机械钻速比传统的高10 100 倍。即使高10 倍的情况下,激光钻井可以将钻井时间降低十分之一, 从而使钻井成本显著降低。激光钻井同样可以钻水平井并且清除井眼里的碎屑。6 结语激光破岩是钻探领域具有先导性和前瞻性的应用基础理论项目, 涉及到多学科的交叉渗透与协同配合, 存在着一系列的难题亟待解决。如大功率激光器的小型化、井喷控制和井漏防治、井壁岩石釉化层强度与井眼坍塌、油气藏的发现与储层保护、激光束在井下环境传输性能、每米钻井成本的经济性等,这些问题是制约激光钻井工业化应用的瓶颈, 应分阶段、
34、分步骤地进行基础理论研究。可以相信, 随着激光破岩基础科学理论研究的深入开展和科学技术的不断进步, 这些问题将会迎刃而解。中国拥有比西方国家领先1 000 余a 从事油气钻探的历史。我国发明的卓筒井钻井工艺被誉为“中国古代的第五大发明 ”, 在世界钻探史上写下了光辉灿烂的一页。在近代, 我国的钻井技术却落后于以美国为代表的西方国家。激光钻井是一种全新的钻井概念, 为我国钻探技术战略上的跨跃式发展提供了新的契机。它的成功突破将为我国的石油天然气钻井、地质钻探、矿山工程以及海洋油气资源开发带来一个崭新的发展空间。因此, 重视激光破岩基础科学理论的超前研究, 引领世界钻探领域的科技前沿, 对促进我国
35、钻探工程学科的发展具有十分重要的意义。参考文【1】甘云雁，陈利.新型钻井技术-激光钻井的研究进展(J).科技导 报,2005,23(3):37-40【2】陈海燕.利用激光钻井(J).现代物理知识,2010,16(2):47-49【3】于泳，赵天博，赫泽，付阳秋.于泳赵天博赫泽付阳秋(J).石油钻采工艺,2000,22(5):39-41【4】韩常省.激光钻井技术展望(J).西安石油学院学报( 自然科学版),2000,15(2):38-40【5】施斌全,薛启龙,唐文全,吴泉佟.激光钻井技术研究展望(J).国外油田工程,2010,26(9):42-44【6】吴彬（译），杜德林（审校）.激光技术或许使天然气钻井彻底变革(J).国外石油机械,1990,10(5):1-2【7】马卫国, 杨增辉, 易先中, 江 山, 钱玉宝, 管 锋.国内外激光钻井破岩技术研究与发展(J).石油矿场机械,2008,37(11):11-17【8】窦宏恩. 21 世纪的激光钻井技术 J . 石油科技论坛,2004( 2) : 59-62【9】闫铁，杜婕妤，李玮，毕雪亮，姚尚林.高效破岩前沿钻井技术综述(J).石油矿场机械,2012,41(1):50-55【10】孙宁,苏义脑,李根生.钻井工程技术发展M,2006.【11】郭永峰.前景广阔的“激光钻井”（J）.天然气工业,2004,1:16