激光技术在钻井中的应用.doc

激光技术在钻井中的应用 摘要 随着钻井深度的增加和钻井成本的提高，必须改变传统的钻井方式，来适应石油工业的发展需要。本文在对传统钻井工艺进行回顾的同时，展望新一代的激光钻井技术，分析各自的特点和激光钻井的优势；根据激光能量密度大等特性，利用激光器把其他形式的能转换成光能形成很高的温度，从而熔化、融熔、震碎、蒸发要钻进的岩石进行钻井；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；提出在我国现有技术及经济条件下，应当深入探讨激光钻井原理，激光钻井的可行性及对可用于钻井的激光器的特殊要求。 关键字：激光技术；传统钻井；激光钻井 Abstract Along with the increase of drilling depth and drilling cost, the traditional drilling way must be changed to adapt to the development of the petroleum industry needs. This paper reviews the traditional drilling technology, as well, it forecast the future application of the new generation of laser drilling technique. It also analyzes their characteristics and laser drilling advantages; According to the large properties of laser energy density, using laser can convert other forms energy to light as well as form a high temperature to melt ,fusing, shatter and evaporate the drilling rock; It points out that laser drilling has great potential at reducing the cost and pollution.It may bring a revolution to drilling; It put forwards that we shall discuss the principle of laser drilling and the feasibility of laser drilling further. As well as the special requirements of the lasers that can be used for drilling, in Chinese current technical and economic conditions. Key word:laser technology;conventional drilling;laser drilling 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[1]。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。 自20世纪初旋转钻井取代传统的顿钻钻井，实现石油钻井第一次革新以来，钻井方式一直并无较大变革，仅是通过利用新材料和改进设计来提高钻头的性能，以提高钻遇坚硬岩石地层时的钻速。但旋转钻进方式依然是依靠高钻压、高扭矩、高转速来增大机械钻速。随着新技术的发展，新型破岩方式不断出现，其中包括水射流装置、电子束、空化射流、电气弧、等离子体和激光器等。美国联邦航空研究所激光切割岩石试验的结果表明，利用激光发出的高能聚焦辐射，可在各种坚硬岩石上切割出深而细的切缝。在掘进硬岩隧道时，用激光切割比用机械法更经济，当然，这种经济性取决于激光技术的发展水平、岩石的种类和隧道的断面等因素。如将激光技术应用于石油钻井中，将会给石油钻井技术带来重大突破。 一 传统钻