【背景】激光钻井技术的提出始于20世纪70年代，美国、法国、荷兰当时就发表用激光钻井和射孔的相关文献，中国地质大学文国军教授课题组提出了煤层气水平孔激光智能定向钻进的概念，优化组合激光钻井、气体循环钻井和智能钻进技术，并从多方面研究了其可行性和优势。
激光破碎煤岩的基本原理与激光破碎其他岩石基本一致，即利用高能光束使岩石基质材料局部快速加热,由固态瞬间相变到热熔和汽化状态，或者由于内应力增大而破碎，然后由高速辅助气流将其携走和排除。
试验激光器功率为500 W，激光束为高斯光束，波长1 064 nm，脉冲宽度为1.2 ms，频率为270 Hz。循环气体分别采用压缩氮气和压缩空气，激光器轴向吹气，气体压力为0.5 MPa。如下图所示，试验岩样采用无烟煤，端面平整。岩样同一表面分布的钻孔，钻孔标号1—5代表激光照射时间依次为3、6、9、12、15 s。调整煤岩表面离焦量，以改变激光照射到煤岩表面的平均功率密度。钻孔标号中A1—A5、B1—B5、C1—C5平均功率密度分别为5、15、35 W/mm2。
采用氮气和空气循环的激光钻井破碎煤岩岩样表面效果分别如下图所示。试验结果表明：无论是采用氮气还是空气循环钻进，都能够在煤层中顺利实行激光钻进。且随着激光平均功率密度增加及激光照射时间的增加，钻井进尺深度也随之增加，同时钻孔直径增大，热影响区域增大。由于燃烧效应，空气循环激光钻井钻孔直径比氮气循环激光钻井钻孔直径大，空气循环激光钻井比氮气循环激光钻井进尺稍大。在钻孔周边均发现部分未燃烧的煤岩岩屑，这表明空气循环钻井过程中，煤岩尚未完全燃烧便被循环气体带出孔底，符合激光钻井破岩的第1种方式，属于理想的破碎钻井。
氮气循环激光破碎煤岩岩样表面
空气循环激光破碎煤岩岩样表面
来源：《煤炭科学技术》
引用格式：杨玲芝，文国军，王玉丹，等.激光钻井技术在煤层气定向钻进中的应用探讨[J].煤炭科学技术,2016,44(11)：127-131.（转载请标明出处）