随着世界各国的不断开发,地层浅中部区域的油气已经供不应求,深层地质深度大、复杂的地质结构、极高的岩石硬度,给钻井带来了巨大的挑战。采用激光破碎岩石技术能够提高硬质岩石破岩效率及油气资源产能,而研究不同激光工艺参数下的破碎效果以及岩石破碎机理对于深层硬质岩石快速破岩钻井具有重要意义。根据激光功率密度值将激光破岩分为低功率密度激光破岩和高功率密度激光破岩两个方面。本文采用了激光线性扫描和定点照射相结合的方法,通过定性定量分析不同激光功率密度照射花岗岩表面的破碎效果,确定激光照射花岗岩破碎而不熔化的临界功率密度范围为0.5W/mm~2~5W/mm~2(当激光功率密度高于5W/mm~2时,花岗岩表面将发生熔化)。低功率密度激光破岩研究中,辅之以氩气携岩方法,分析不同功率密度下激光破岩的比能和钻进速度,结果发现,当激光功率密度为5W/mm~2时,岩石表面无熔化,穿透率为0.69mm/s,钻进效率最高。在高功率密度范围内研究激光照射花岗岩和砂岩,对于激光功率P和照射时间t进行实验分析,从比能、钻进速度、孔隙度、岩石表面的裂纹分析来探讨两种激光工艺参数对于激光破岩的影响,得出高功率密度激光破岩比能随激光功率P的增大而减小,随激光照射时间t增加先增大后减小;岩石孔隙度随激光照射时间t增加出现波动,但总体呈增大趋势。借助MATLAB图像处理对两种岩石破碎效果进行定量分析,发现随着激光功率P和激光照射时间t增加,花岗岩和砂岩上钻孔的直径和深度都变大,表面均出现的宏观裂纹面积和裂纹长度也越大,裂纹宽度增加,且花岗岩的钻孔深度小于砂岩,岩石断裂倾向于穿过激光照射孔区,向最靠近的边界处扩展。通过对岩石的断口进行微观分析,结合岩石的破碎过程分析,发现当采用低功率密度激光照射时,花岗岩发生穿晶和沿晶混合断裂方式,微观破碎机制是从临弱面开始断裂破坏,宏观表现为岩屑弹射。当采用高功率密度激光照射岩石所产生的断裂形貌,砂岩和花岗岩的断裂机制都是沿晶和穿晶混合的脆性断裂。不同的是,砂岩内胶结物的胶结程度较差,以沿晶断裂为主;花岗岩结构致密,断裂由激光照射区向其它方向呈发散状拓展,导致花岗岩表面发生层片状剥落。