【CN110094158A】一种激光机械联合钻井装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号
(43)申请公布日
(21)申请号 201910368763.4
(22)申请日 2019.05.05
(71)申请人 西南石油大学
地址 610501 四川省成都市新都区新都大
道8号

(72)发明人 邓嵘　何清　陈科　刘瑜　江炫君　
张文汀　敬斌杰　李邱洋　汤小瑞　

(74)专利代理机构 成都环泰知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 51242
代理人 赵红欣　李斌

(51)Int.Cl.
E21B 7/00
(2006.01)

E21B 7/14
(2006.01)

E21B 4/04
(2006.01)

(54)发明名称
一种激光机械联合钻井装置
(57)摘要
本发明涉及一种激光机械联合钻井装置，它
主要包括：潜油电动机、电缆、电刷滑环器、电动
机主轴、钻铤、钻杆、激光发生器、光纤、激光头、
一体筒下端、一体筒中端、一体筒上端、激光头保
护罩、旋转壳、隔离管、单向阀、镜筒、凹镜片、平
面镜片、钻头。电流通过电缆时激光发生器产生
激光束，激光束沿周向分布。经过镜筒调整各光
束的分布，再到达岩石表面呈圆形光斑。利用激
光的热效应辅助钻头破岩，同时高压气流清理岩
屑。本发明的激光机械联合破岩装置能改善纯机
械破岩钻遇高研磨性的地层时效率低的情况。同
时减少钻具的磨损，提高破岩效率。

权利要求书1页 说明书3页 附图4页

CN 110094158 A
2019.08.06

C
N
1
1
0
0
9
4
1
5
8
A
1.一种激光机械联合钻井装置，主要由潜油电动机(8)、电缆(10)、特制电缆-高压气通
管(9)、电刷滑环器(17)、电动机主轴(11)、钻铤(4)、钻杆(22)、激光发生器(7)、光纤(18)、
激光头(19)、激光头安装套(6)、体筒下端(23)、体筒中端(24)、体筒上端(27)、激光头保护
罩(12)、旋转壳(21)、隔离管(5)、单向阀(15)、镜筒(3)、凹镜片(25)、平面镜片(26)、钻头
(1)组成；其特征在于：钻铤(4)内设置有高压气道(14)与激光通道(8)，隔离管(5)设计在激
光头(19)和镜筒(3)外，钻头内的激光-高压气道(2)有突变段(16)。
2.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：镜筒(3)上的平台
与体筒下端(27)的凸台环向接触，体筒下端(27)有外有螺纹与体筒中端(24)的内螺纹配合
固定，体筒下端(27)的外螺纹为顺时针旋转。
3.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：体筒上端(23)和体
筒中端(24)是分段配合固定在钻铤(4)内，体筒上端(23)、体筒中端(24)和体筒下端(27)的
轴向位移由钻头的平台和体筒上端(23)的中心平面限制。
4.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：激光头(19)的数量
与高压气道(14)是数量一致，一束激光搭配一束高压气，光路在隔离管(5)内高压气在隔离
管(5)外，高压气道(14)内设置单向阀(15)，单向阀(15)安装在隔离管(5)外并且在体筒中
端(24)内。
5.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：激光头(19)产生激
光通过镜筒(3)由镜筒(3)上的凹镜片(25)和平面镜片(26)折射进入激光-高压气道(2)，同
时高压气体与激光到达岩石表面。
6.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：激光发生器(7)和
潜油电动机(8)由电缆(10)提供电力，激光发生器(7)的电缆设置在钻铤(4)内跟随电动机
主轴(11)同向转动，电刷滑环(17)安装在特制电缆-高压气通管(9)和旋转壳(21)内。电刷
滑环(17)与特制电缆-高压气通管(9)固定，旋转壳(21)与电动机主轴(11)同角速度转动，
特制电缆-高压气通管(9)内的电缆(10)无转动，钻铤(4)内的电缆(10)与电动机主轴(11)
同角速度转动。
7.根据权利要求6所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：特制电缆-高压气
通管(9)和旋转壳(21)有“Z”字形的间隙，避免特制电缆-高压气通管(9)和旋转壳(21)的相
对转动，潜油电动机(8)内密封。
8.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：激光提前作用在主
要破碎齿(20)所对应的破碎区域；PDC钻头优选4束激光。
9.根据权利要求1所述的一种激光机械联合钻井装置，其特征在于：高压气从钻杆(22)
内孔进入旋转壳(21)和特制电缆-高压气通管(9)组成的环形空间，高压气是由特制电缆-
高压气通管(9)和电刷滑环器(17)固定的凸台内设计的孔流入；钻铤(4)内的激光发生器
(7)、激光头(19)产生的内能传递到体筒下端(23)、体筒中端(24)、体筒上端(27)的外壁由
钻铤(4)内的高压气带走，钻铤(4)内的高压气是从电动机主轴(11)内孔传入，经体筒下端
(23)、体筒中端(24)内的定位凸台内的孔流动。

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CN 110094158 A