CN104563976B - 激光射孔系统以及激光射孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种激光射孔系统，激光器；用于检测所形成的射孔孔眼的底部的位置的传感器；控制器，控制器构造成能控制激光器的工作，并且基于传感器的测量结果来沿光路方向移动激光器，从而使得激光器发出的激光的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部，其可有效增加射孔的深度；本发明提出了一种激光射孔方法，其在激光器第一次出光后，通过调整激光器与所形成的射孔孔眼的底部的距离，使得激光器的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部，然后再进行第二次射孔，实现对射孔孔眼的加深；从而有效地增加了射孔的深度。

Description

激光射孔系统以及激光射孔方法

技术领域

本发明涉及一种激光射孔系统及其激光射孔方法，属于石油钻井射孔技术领域。

背景技术

油井射孔技术属于一种油井完井技术，具体是指打通套管壁、水泥环层和油气储层从而建立油气储层与井筒之间的流动通道。

目前普遍使用的射孔技术包括子弹式射孔技术、聚能射孔技术等，但采用上述射孔技术时存在诸多问题。例如：射孔弹与油气储层岩石撞击、挤压会在炮眼周围产生压实带降低岩石的渗透率，从而导致油井产能降低；同时，撞击过程中产生的岩石碎屑可能堵塞孔喉，导致油井产能降低。而且上述技术涉及到对高能易爆物品的运输和操作，也存在着一定的安全隐患。为此，人们开始探索采用高功率激光器进行井下激光射孔作业，用于避免上述问题。

在常规的激光射孔作业中，高功率激光器通常是固定后对岩石表面进行照射，此时高功率激光器射出的激光束的焦点位于岩石表面。当激光束射穿岩石表面并形成一定深度的射孔孔眼后，作用在射孔孔眼底部的激光束已经发散，从而使得射孔底部的激光能量密度降低，进而造成射孔的深度受到一定限制。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种激光射孔系统，其可有效增加射孔深度。

本发明的目的在于提供一种激光射孔方法，其可有效增加射孔深度。

本发明提供的一种激光射孔系统，包括：

激光器；

用于检测所形成的射孔孔眼的底部的位置的传感器；和

控制器，所述控制器构造成能控制所述激光器的工作，并且基于所述传感器的测量结果来沿光路方向移动所述激光器，从而使得所述激光器发出的激光的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部。

可选的，所述传感器构造成能够移动到所述光路中以进行测量和从所述光路中移出。

可选的，还包括：

设于所述激光器和待射孔物体之间的支架，所述支架包括有供所述光路从中穿过的通孔，以及能够引导所述传感器沿其滑动从而进出于所述光路的位移槽。

可选的，所述支架固接于所述激光器的射出端。

可选的，所述支架上设置有沿所述位移槽移动的并通过所述控制器控制的第一线性电机，所述第一线性电机通过连接臂与所述传感器连接固定。

可选的，所述激光器与通过所述控制器控制的第二线性电机相连。

可选的，所述传感器为光纤式位移传感器。

可选的，所述激光器为连续式激光器。

可选的，所述激光器为脉冲式激光器。

本发明提供的一种激光射孔方法，包括：

步骤20，使激光器第一次出光，并在待射孔物体的表面上形成射孔孔眼；

步骤30，调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离，使得所述激光器发出的激光的焦点处于所述射孔孔眼的底部处；和

步骤40，使所述激光器第二次出光，并在所述射孔孔眼的基础上继续加工所述射孔孔眼。

可选的，所述步骤30包括：

步骤31：利用传感器来测量所述射孔孔眼的底部的位置；和

步骤32：根据所测得的所述射孔孔眼的底部的位置来移动所述激光器，从而调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离。

可选的，所述步骤31包括：

步骤311：使所述传感器移入到激光射孔光路上，并测量所述射孔的底部的位置；和

步骤312：使所述传感器从所述激光射孔光路中移开。

可选的，还包括在所述步骤20之前的步骤10：调整所述激光器的位置，并且使得所述激光器的射出端与所述待射孔物体的表面形成预设距离。

可选的，其特征在于，所述激光器的第一次出光和第二次出光均采用连续出光，并且连续出光时间为1s～10s。

可选的，所述激光器的第一次出光和第二次出光均采用间隔出光。

与现有技术相比，本发明提供的激光射孔系统，其在激光器第一次出光后，利用传感器检测形成的射孔孔眼的底部的位置，然后通过控制器控制激光器移动，调整激光器与形成的射孔孔眼的底部的距离，使得激光器的焦点向射孔孔眼的底部移动，从而使得激光器的焦点再次位于射孔孔眼的底部，然后再进行第二次射孔，实现对射孔孔眼的继续加工；从而有效地增加了射孔的深度。

同时，该方法采用多次激光器出光后最终形成一个较深的射孔孔眼，使得高温气化的岩石得以充分的从已形成的射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

在进一步的技术方案中，传感器可在光路中移进或移出，可有效地保证传感器的安全性。

在进一步的技术方案中，通过设置支架便于传感器的安装和移动，其结构简单，便于安装实施。

在进一步的技术方案中，支架固接于激光器的射出端，从而保证支架可与激光器随动，从而有效地避免了支架阻碍激光器的移动。

在进一步的技术方案中，通过第一线性电机在位移槽内移动，并通过连接臂将第一线性电机和传感器连接，从而实现传感器移进或移出光路，其结构简单，便于安装实施。

在进一步的技术方案中，激光器采用脉冲式激光器，从而使得激光器第一次出光和第二出光均为间隔出光，保证高温气化的岩石得以充分的从射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

与现有技术相比，本发明提供的激光射孔方法，其在激光器第一次出光后，通过调整激光器与形成的射孔孔眼的底部的距离，使得激光器的焦点向射孔的底部移动，从而使得激光器的焦点再次位于射孔孔眼的底部，然后再进行第二次射孔，实现对射孔孔眼继续加工；从而有效地增加了射孔孔眼的深度。

同时，该方法采用多次激光器出光后最终形成一个较深的射孔孔眼，使得高温气化的岩石得以充分的从已形成的射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

在进一步的技术方案中，在调整激光器的位置之前，先行测量射孔孔眼的底部的位置，从而为调整激光器移动的距离提供数据，然后再调整激光器与射孔孔眼的底部之间的距离，从而保证对射孔继续加工的质量。

在进一步的技术方案中，先将传感器移至激光射孔光路上进行测量，测量后再将传感器移出激光射孔光路，从而有效地保证传感器的测量精度，进而保证对射孔继续加工的质量。

在进一步的技术方案中，在激光器第一次出光之前，先行调整激光器与待射孔物体的表面之间的距离至预设距离，使得激光器的焦点处于待射孔物体的表面，从而提高射孔的质量。

在进一步的技术方案中，激光器第一次出光和第二出光均采用连续出光，保证形成的射孔的质量。

在进一步的技术方案中，激光器第一次出光和第二出光均采用间隔出光，保证高温气化的岩石得以充分的从射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

上述技术特征可以以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例一提供的激光射孔系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的激光射孔系统中支架的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的激光射孔系统中传感器与第一线性电机连接的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的激光射孔系统的工作过程的流程图；

图5为本发明实施例二提供的激光射孔方法的流程图；

图6为本发明实施例三提供的激光射孔方法的流程图；

附图说明：

1-激光器；2-第二线性电机；3-控制器；4-传感器；

5-支架，51-位移槽，52-通孔；

6-第一线性电机，7-连接臂。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在描述具体实施方式前，先对本发明中出现的方向性名字做如下限定：

井筒的轴向即为激光射孔系统中的轴向。

实施例一：

如图1所示，本实施例中提供的激光射孔系统，包括：

激光器1；

用于检测所形成的射孔孔眼的底部的位置的传感器4；和

控制器3，控制器3构造成能控制激光器1的工作，并且基于传感器4的测量结果来沿光路方向移动激光器1，从而使得激光器1发出的激光的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部。

使用时，先通过激光器1第一次出光并在待射孔物体的表面形成射孔孔眼；然后激光器1关闭，同时传感器4测量形成的射孔孔眼的底部的位置，然后利用控制器3控制调整激光器1移动，使得激光器1的激光的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部，最后通过激光器1第二次出光，对射孔孔眼继续照射；上述过程为一个射孔过程，重复上述过程即可实现增加射孔孔眼的深度的目的。

同时，该方法采用激光器1多次出光后最终形成一个较深的射孔孔眼，使得高温气化的岩石得以充分的从已形成的射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

本实施例中，传感器4在测量形成的射孔孔眼的底部的位置时，需要传感器4置于光路中，才能够对射孔孔眼进行测量，但如果传感器4一直置于光路中，激光器1在开光时，会对传感器4造成损坏。因此，传感器4构造成能够移动到光路中以进行测量和从该光路中移出。

使用时，激光器1第一次出光结束后，传感器4移动至光路中对形成的射孔孔眼的底部的位置进行测量；测量结束后，将传感器4移动出光路，为激光器1第二次出光让出光路的位置。其通过传感器4可在光路中移进或移出，可有效地保证传感器4的安全。

本实施例中，为了便于传感器4在光路中移进或移出，还设置有设于激光器1和待射孔物体之间的支架5。如图2所示，支架5包括有供光路从中穿过的通孔52，以及能够引导传感器4沿其滑动从而进出于光路的位移槽51。其通过设置支架5便于传感器4的安装和移动，其结构简单，便于安装实施。

需理解的是，采用支架5结构安装传感器4，仅为传感器4的一种安装结构，但传感器4的安装结构不唯一，其它能够保证传感器4移进移出光路的安装结构，也应落入本发明的保护范围。

本实施例中，由于支架5置于激光器1和待射孔物体之间，当激光器1沿光路移动时，支架5设置的位置有可能会阻碍激光器1的移动，从而影响到射孔的加工深度，进一步的还可能造成激光器1的损坏。为此，可将支架5固接于激光器1的射出端。这样一来，保证支架5可与激光器1随动，从而有效地避免了支架5阻碍激光器1的移动。

本实施例中，传感器4需要在支架5上移动，当利用传感器4测量形成的射孔孔眼的底部的位置时，需要将传感器4移动至光路中，即移动到支架5上的通孔52位置处；当测量完成时，需要将传感器4移出该光路，即移动出支架5上的通孔52的范围。为此，如图1和图3所示，支架5上设置有沿位移槽51移动的并通过控制器3控制的第一线性电机6，第一线性电机6通过连接臂7与传感器4连接固定。

使用时，第一线性电机6在位移槽51内呈直线往复运动，从而带动传感器4移动至支架5上的通孔52处（即移动至光路中）或移动出支架5上的通孔52处（即移出光路）。

其通过第一线性电机6在支架5上的移动并带动传感器4实现移动，从而保证传感器4的安全性；其结构较为简单，便于安装使用。

本实施例中，为了便于激光器1沿光路方向移动，激光器1与通过控制器3控制的第二线性电机2相连。通过第二线性电机2带动激光器1沿光路方向移动。

本实施例中，所述传感器为光纤式位移传感器。

本实施例中，激光器1为连续式激光器，从而使得激光器1第一次出光和第二出光均为连续出光，保证形成的射孔的质量。

本实施例中，激光器1为脉冲式激光器，从而使得激光器1第一次出光和第二出光均为间隔出光，保证岩石蒸汽得以充分的从射孔中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

为了便于理解，下面结合图4，对本实施例中的激光射孔系统的整体工作过程加以描述。

调节激光器1与待射孔物体表面的距离至预设距离（即使得激光器1的焦点处于待射孔物体的表面处），控制器3控制激光器1第一次出光；激光器1第一次出光结束后，关光并向控制器3发出一关光信号。

控制器3接收到关光信号后，其控制第一线性电机6启动，带动传感器4移动至光路中并向控制器3发出一到位信号；控制器3接收到到位信号后，其控制传感器4开始测量距离，传感器4测量完距离后向控制器3发出一距离信号；控制器3接收到距离信号后，其控制第一线性电机6启动，带动传感器4移出光路并向控制器3发出一复位信号。

控制器3接收到复位信号后，其控制第一位移装置启动，带动激光器1移动并调整激光器1与已形成的射孔孔眼的底部之间的距离，同时控制器3控制激光器1的位移距离，使得移动后的激光器1至已形成的射孔的底部的距离等于预设距离（即使得激光器1的焦点处于已形成的射孔孔眼的底部处），第一位移装置移动结束后，向控制器3发出一工作信号。

控制器3接收到工作信号后，控制激光器1第二次出光，并将已形成的射孔孔眼进行加深。

实施例二：

如图5所示，本实施例提供一种激光射孔方法，包括：

步骤20，使激光器第一次出光，并在待射孔物体的表面上形成射孔；

步骤30，调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离，使得所述激光器发出的激光的焦点处于所述射孔孔眼的底部处；

步骤40，使所述激光器第二次出光，并在所述射孔孔眼的基础上继续加工所述射孔孔眼。

本实施例中提供的激光射孔方法，其在激光器第一次出光后，通过调整激光器与形成的射孔孔眼的底部的距离，使得激光器的焦点向射孔孔眼的底部移动，然后再利用激光器进行第二次射孔，实现对射孔孔眼的加深；从而有效地增加了射孔孔眼的深度。

同时，该方法采用激光器多次出光后最终形成一个较深的射孔孔眼，使得高温气化岩石得以充分的从已形成的射孔孔眼中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

实施例三：

如图6所示，本实施例中提供的激光射孔方法，包括：

步骤10，调整所述激光器的位置，并且使得所述激光器的射出端与所述待射孔物体的表面形成预设距离；

步骤20，使激光器第一次出光，并在待射孔物体的表面上形成射孔孔眼；

步骤31，利用传感器来测量所述射孔孔眼的底部的位置；

步骤32，根据所测得的所述射孔孔眼的底部的位置来移动所述激光器，从而调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离；

步骤40，使所述激光器第二次出光，并在所述射孔孔眼的基础上继续加工所述射孔孔眼。

本实施例中，步骤20与实施例一中的步骤20相同或类似，在此不再赘述。

本实施例中，由于步骤20中，激光器第一次出光时是要在待射孔物体的表面形成射孔孔眼，因此需要在激光器第一次出光前将激光器的焦点聚焦在待射孔物体的表面上。为此，增加步骤10，在激光器第一次出光前，先行调整激光器的位置，从而使得激光器的射出端与待射孔物体的表面形成预设距离；其中，预设距离应保证，当激光器与待射孔物体的表面之间的距离为预设距离时，激光器的焦点刚好聚焦在待射孔物体的表面。

本实施例中，由于需要调整激光器的射出端与射孔孔眼的底部之间的距离，从而使得激光器发出的激光的焦点处于射孔孔眼的底部处，为此需要得到已形成的射孔孔眼的深度，从而为激光器的移动提供移动距离的数据。为此，将实施例一中的步骤30具体为：

步骤31，利用传感器来测量所述射孔孔眼的底部的位置；和

步骤32，根据所测得的所述射孔孔眼的底部的位置来移动所述激光器，从而调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离。

通过步骤31为调整激光器的射出端与射孔孔眼的底部的距离提供移动距离的数据，从而保证激光器在调整位置后可以更好地对射孔孔眼继续进行加深。

本实施例中，由于利用传感器来测量射孔孔眼的底部的位置，因此传感器在测量时应移动至射孔光路中，在测量结束后应移出该光路，从而避免被光束照射而发生损坏。为此，步骤31具体还包括：

步骤311，使所述传感器移入到激光射孔光路上，并测量所述射孔孔眼的底部的位置；和

步骤312，使所述传感器从所述激光射孔光路中移开。

本实施例中，激光器第一次出光和激光器第二次出光均采用连续出光，并且连续出光时间为1s～10s。从而可有效地保证形成的射孔的质量。

本实施例中，激光器第一次出光和激光器第二次出光均采用间隔出光。从而保证高温气化的岩石得以充分的从射孔中排出，有效地避免了由于长时间射孔而导致的孔壁坍塌。

最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种激光射孔系统，包括：

激光器；

用于检测所形成的射孔孔眼的底部的位置的传感器，所述传感器构造成能够移动到激光射孔光路中以进行测量和从所述激光射孔光路中移出；和

控制器，所述控制器构造成能控制所述激光器的工作，并且基于所述传感器的测量结果来沿光路方向移动所述激光器，从而使得所述激光器发出的激光的焦点处于所形成的射孔孔眼的底部。

2.根据权利要求1所述的激光射孔系统，其特征在于，还包括：

设于所述激光器和待射孔物体之间的支架，所述支架包括有供所述光路从中穿过的通孔，以及能够引导所述传感器沿其滑动从而进出于所述光路的位移槽。

3.根据权利要求2所述的激光射孔系统，其特征在于，所述支架固接于所述激光器的射出端。

4.根据权利要求2所述的激光射孔系统，其特征在于，所述支架上设置有沿所述位移槽移动的并通过所述控制器控制的第一线性电机，所述第一线性电机通过连接臂与所述传感器连接固定。

5.根据权利要求1所述的激光射孔系统，其特征在于，所述激光器与通过所述控制器控制的第二线性电机相连。

6.根据权利要求1所述的激光射孔系统，其特征在于，所述传感器为光纤式位移传感器。

7.根据权利要求1所述的激光射孔系统，其特征在于，所述激光器为连续式激光器。

8.根据权利要求1所述的激光射孔系统，其特征在于，所述激光器为脉冲式激光器。

9.一种激光射孔方法，包括：

步骤20，使激光器第一次出光，并在待射孔物体的表面上形成射孔孔眼；

步骤30，调整所述激光器的射出端与射孔孔眼的底部之间的距离，使得所述激光器发出的激光的焦点处于所述射孔孔眼的底部处；和

步骤40，使所述激光器第二次出光，并在所述射孔孔眼的基础上继续加工所述射孔孔眼。

10.根据权利要求9所述的激光射孔方法，其特征在于，所述步骤30包括：

步骤31，利用传感器来测量所述射孔孔眼的底部的位置；和

步骤32，根据所测得的所述射孔孔眼的底部的位置来移动所述激光器，从而调整所述激光器的射出端与所述射孔孔眼的底部之间的距离。

11.根据权利要求10所述的激光射孔方法，其特征在于，所述步骤31包括：

步骤311，使所述传感器移入到激光射孔光路上，并测量所述射孔孔眼的底部的位置；和

步骤312，使所述传感器从所述激光射孔光路中移开。

12.根据权利要求9到11中任一项所述的激光射孔方法，其特征在于，还包括在所述步骤20之前的步骤10，调整所述激光器的位置，并且使得所述激光器的射出端与所述待射孔物体的表面形成预设距离。

13.根据权利要求9所述的激光射孔方法，其特征在于，所述激光器的第一次出光和第二次出光均采用连续出光，并且连续出光时间为1s～10s。

14.根据权利要求9所述的激光射孔方法，其特征在于，所述激光器的第一次出光和第二次出光均采用间隔出光。