Лазерное бурение

Механизм разрушения с помощью оптических генераторов (лазерным лучом) зависит от плотности энергии импульса. При небольшой плотности поглощенное оптическое излучение вызывает нагрев породы и разрушение ее плавлением. Лазерное излучение создает на забое скважины значительный температурный градиент от 1100°C на его поверхности и 75°С на глубине 2,2 мм от нее. Возникшие разрывные напряжения приводят к шелушению породы и термическому сколу, аналогично тому, как это происходит при термическом разрушении.
При воздействии мощным лазерным лучом, разрушение близко к электрическому пробою диэлектрика. В начале появляется узкий канал пробоя, где генерируется ударная волна. Сама порода переходит в состояние пара с взрывным выделением газов. В зависимости от оптических свойств породы (поглощение или прохождение луча), взрывной канал заканчивается расширением полости.
Лазерный буровой инструмент не имеет механического контакта с горной породой и его стойкость практически не ограничена. Конструктивно буровой инструмент (лазер) устанавливается на конце буровой колонны, а энергия подается от генератора, находящегося в трубе. Вращение осуществляется потоком промывочной жидкости (возможны и другие варианты).
Существующие мощности лазеров недостаточны для разрушения породы по всей площади забоя скважины. Имеется конструкция, когда при бурении взрывных скважин лазерный луч подрезает периферическую зону в виде канавки, а центральная часть забоя, ослабленная трещинами за счет термических напряжений, разрушается механическим инструментом. Продукты разрушения удаляются сжатым воздухом.
Для лазерного бурения твердость и крепость породы не имеют существенного значения, но приходится считаться с тугоплавкостью пород. В США опубликован проект бурового устройства с встроенным атомным реактором диаметром всего 400 мм. Плавление породы задача не сложная, более сложно конструктивно осуществить сбережение бурового инструмента от воздействия высоких температур с сохранением его работоспособности.

---