激光技術(shù)在射孔和裸眼井多級壓裂中的應(yīng)用

采用聚能射孔彈射孔會造成地層損害，降低地層滲透率。新型光纖激光射孔不會產(chǎn)生細(xì)碎屑堵塞孔隙喉道，能有效增加巖石的孔隙度和滲透率；在水平井壓裂中激光器不受地層原地層應(yīng)力的影響，在水平段目的層開槽生成縱向洞眼，輔助裂縫的形成。激光射孔通過提高激光器功率，使巖石溫度不斷增加直至超過巖石熔點，巖石熔化或產(chǎn)生蒸發(fā)形成孔道。激光射開洞眼時在洞眼周圍熔化狀態(tài)下的巖石能夠生成一種類似于陶瓷的熔化層，使形成的洞眼具有光滑的洞壁。激光器能控制射開洞眼的形態(tài)、直徑、深度及方位；洞眼的形態(tài)受不同類型透鏡的控制；聚焦光束可產(chǎn)生圓錐形的孔，平行射束可產(chǎn)生扁平頂?shù)膱A柱形孔。洞眼大小和直徑受透鏡長度的控制，洞眼的深度直接與激光功率和保持不變直徑的持續(xù)時間有關(guān)。射開洞眼時形成的巖屑和粉塵必須得到及時清除，以免阻擋光束方向減少轉(zhuǎn)換到巖石中的能量并降低穿透巖石的能力。激光器提供的熱能可降低地層的破裂壓力，有助于裂縫的形成及傳播。孔隙空間具有較低的熱傳導(dǎo)能力，裂縫的存在會降低熱能傳遞到地層的效率。在實驗室采用激光技術(shù)在砂巖內(nèi)射開的洞眼直徑可達(dá)2.5cm，長度可達(dá)30.48cm。

初步測試表明，在激光的作用下巖石發(fā)生體積膨脹產(chǎn)生相的轉(zhuǎn)換，高的溫度梯度導(dǎo)致黏土脫水和微裂縫的產(chǎn)生，與未受到激光作用的巖石相比，激光器射孔能提高巖石滲透率高達(dá)566%。巖石中的礦物受激光作用在高溫下溶解、分解、脫水導(dǎo)致巖石彈性模量降低；激光還能繞過近井眼地層的應(yīng)力區(qū)降低巖石強度和巖石抗壓裂的阻力。激光射孔有效參數(shù)包括激光功率、波長、系統(tǒng)工作機制（連續(xù)波或脈沖波）、激光類型和輻射射線剖面。選擇激光器類型需要考慮其可移動性、運輸、效率和經(jīng)濟適用性。激光射孔的速度受巖石的孔隙度、滲透率、密度、彈性模量、黏土礦物成分和電導(dǎo)率、熱轉(zhuǎn)換系數(shù)及熔點溫度等巖石物理屬性的影響。穩(wěn)定的高能激光程序可加速實現(xiàn)激光器在非常規(guī)儲層中完井、增產(chǎn)改造、鉆井和建井作業(yè)等井下應(yīng)用。沙特阿美公司已對EXPEC研究中心與哈里伯頓聯(lián)合研制的激光射孔技術(shù)完成現(xiàn)場測試，研究結(jié)果表明高能光纖激光器的能量轉(zhuǎn)換效率極高，可明顯降低對輸入能量的需求。光纖激光射孔有利于保護(hù)油氣層，其技術(shù)和經(jīng)濟可行度都很高。