بکارگیری سیستمهای لیزری پرقدرت در ارتش آمریکا, محققان را بر آن داشته است تا در زمینة استفاده از این تکنولوژی در اکتشاف و حفاری مخازن نفت و گاز مطالعات وسیعی را آغاز کنند. اگر این مطالعات به نتیجه کامل برسد, بدون اغراق انقلابی در صنعت نفت و گاز بوقوع پیوسته است. به منظور تحقق این هدف، مؤسسه تکنولوژی‌ گاز در آمریکا و آزمایشگاه ملی تکنولوژی انرژی، وابسته به وزارت انرژی  طرحی تحقیقاتی را در دست اجرا دارند که در ادامة فعالیت‌های تحقیقاتی به عمل آمده در سال 1999 صورت می­گیرد. در صورت تکمیل مطالعات امکان­سنجی و اجرای اولین پروژة عملیاتی، شگرف­ترین تحول در صنعت حفاری در قرن حاضر اتفاق خواهد افتاد. ارائة گزارشی مختصر از مطالعات در حال انجام در آمریکا و میزان پیشرفت‌ و دستاوردهای آن، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار سیاست‌گذاران و تصمیم­گیران صنایع نفت و گاز کشور قرار دهد:

در ابتدای قرن بیستم, حفاری دوار جایگزین روش‌های قدیمی در صنعت نفت و گاز گردید. گرچه از آن زمان تاکنون  پیشرفت‌های ارزشمندی در این صنعت حاصل گردیده است، اما به هرحال از روشی مکانیکی بر پایة همان اصول اولیه استفاده می­شود.

استفاده از لیزر برای ایجاد منافذ در ساختار بستر سنگ‌ها، روشی کاملاً متفاوت را می­طلبد. در روش جدید حفاری از اشعه‌پردازی استفاده می‌گردد، در این روش رشته­های لیزر روی سطح سنگ تابیده می­شود و توسط تعدادی عدسی که در جهت جریان تابش اشعه قرار دارند، کنترل می­شوند.

سرعت حفاری، 10 الی 100 برابر رسریعت

قبل از اینکه در دهه­های 80 و90 میلادی پیشرفت‌های مهمی در تکنولوژی لیزر به عنوان سلاح دفاعی در ارتش آمریکا صورت گیرد، مفهوم حفاری توسط لیزر تنها در تصور مهندسان نفت وجود داشت. اما هم اکنون محققان معتقدند که تکنولوژی جدید، توان نفوذ اشعه لیزر در سنگ را با سرعتی معادل 10 الی 100 برابر روش صنعتی متداول ممکن نموده است. این امر باعث کاهش بسیار زیاد هزینه­ها نسبت به روش حفاری مکانیکی خواهد شد.

امروزه، هزینة حفاری یک چاه گاز یا نفت در خشکی حدود چهارصد هزار دلار و در دریا حدود چهار و نیم میلیون دلار است. هزینة انجام شده در حفاری­های عمیق‌تر، در شرایط ویژة ساختمان بستر به مراتب افزایش می‌یابد. از طرف دیگر، افزایش سرعت حفاری باعث کاهش مدت زمان عملیات ‌شده و میزان استفاده از لوازم و دکل حفاری و همچنین هزینه‌ها را تقلیل می‌دهد. همچنین با کاهش زمان، بازیافت باقیماندة گاز و نفت موجود در مخازن نیز اقتصادی خواهد بود.

به عقیدة محققان، اشعة لیزر بدنة سنگ‌ها را ذوب می­کند و پوششی سرامیکی در دیوارة چاه به وجود می­آورد. بدین ترتیب هزینة خرید و نصب Casing فولادی حذف می­گردد. سیستم­های لیزری دارای حسگرهای مختلفی در موضع حفاری هستند که شامل سیستم­های تصویری و نمایشگر است که امکان ارتباط با سطح زمین را از طریق کابل­های فیبر نوری ممکن می­سازد.

محورهای طرح تحقیقاتی

اولین مسئله­ای که به ذهن اهل فن می­رسد، تخمین انرژی لازم برای تولید اشعه پر­انرژی لیزر است که توانایی انجام حفاری را داشته باشد. نتایج طرح تحقیقاتی قبلی که توسط مؤسسه تکنولوژی گاز (GTI) منتشر شده است، نشان‌دهندة این امر است که میزان انرژی لازم برای شکستن یا پودر نمودن سنگ بسیار زیاد است.

یکی از مهمترین اهداف تحقیق جدید، اندازه­گیری دقیق‌تر انرژی مورد نیاز برای انتقال اشعه از سطح زمین به قعر دریا است؛ بطوریکه بتوان‌ همان توان موجود را در عمق 1000 متری زیر زمین نیز تولید کرد.

هدف دوم در این مطالعه، پاسخگویی به این سؤال است که: آیا فرستادن امواج لیزر با پالس­های سریع می­تواند سرعت نفوذ را در سنگ نسبت به حالت تابش پیوسته افزایش دهد؟ سؤال سوم این است که: در حضور سیالات حفاری، چه میزان انرژی برای نفوذ در سنگ‌ها مورد نیاز است؟ در اکثر مخازن، سیالاتی با چگالی زیاد به نام"گل حفاری" تزریق می‌گردد که وظیفة شستشوی سنگ‌های خرد شده را به عهده دارند و از طرف دیگر آب را از سیالات هیدروکربنی باارزش دور نگاه ‌می‌دارند، تلاش محققان در راستای یافتن میزان انرژی لازم برای تبخیر کردن و دور نگاه داشتن این سیالات است.

در مرحلة بعد، هدف پروژه بررسی راهکارهای دیگر برای استفاده از لیزر در حفاری است. به عنوان مثال، بعد از حفر یک چاه، حفره‌هایی در ساختار مخزن ایجاد می­شود تا هیدروکربن­ها به بیرون نفوذ کنند. هدف از این کار بررسی امکان ایجاد این حفره­ها توسط لیزر است.

دولت فدرال آمریکا مبلغی در حدود پانصد هزار دلار و مؤسسه تحقیقاتی GTI، دویست و چهارده هزار دلار در این طرح مطالعاتی 3 ساله سرمایه­گذاری نموده­اند. علاوه بر این دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقیقاتی و سرویس‌های انرژی و نفتی دیگری نیز در این طرح تحقیقاتی مشارکت دارند.

دلایل استفاده از لیزر

مؤسسه تحقیقاتی GTI، علت استفاده از تکنولوژی لیزر و سرمایه­گذاری در این زمینه را این چنین بیان می­کند:

1- تحقیقات وسیع صورت گرفته توسط ارتش آمریکا در مورد لیزرهای پرقدرت، پنجره­ای از فرصت‌های فراوان را برای استفاده از این سرمایة ارزشمند می­گشاید و زمینة این تجربه را در صنایع آمریکا در مقیاس تجاری  فراهم می­کند.

2- تکنولوژی­های کمکی، مانند فیبر نوری و Coiled Tubing به سطحی از پیشرفت رسیده­اند که احتمال اقتصادی بودن استفاده از لیزر در حفاری نفت و گاز را افزایش می­دهند. این مسئله خود عامل بسیار مهمی در تشویق صاحبان صنایع به سرمایه­گذاری در این زمینه است.