"坑井の穿孔のための方法であって、a加圧されたガス状流体を用いて坑井の坑井区域から坑井流体をパージするステップであって、これにより、パージされた坑井区域を作り出すステップと、b前記パージされた坑井区域に、レーザビーム照射装置を提供するステップと、c前記パージされた坑井区域の坑壁の対象領域に前記レーザビーム照射装置からレーザビームパルスを送出するステップであって、これにより、前記坑壁の物質の機械的性質を変化させると共に、物質デブリを発生させるステップと、d前記レーザビームパルスの終了に続いて、液体のパルスを前記対象領域に噴射するステップであって、これにより、前記対象領域から前記物質デブリを除去するステップと、を含む方法。前記坑井区域を前記坑井の残りの部分から分離するために、化学的分離手段及び機械的分離手段のうち少なくとも一方が提供される、請求項1に記載の方法。複数の追加の前記液体噴射パルスが前記対象領域に送出され、前記液体噴射パルスのそれぞれは、前の液体噴射パルスの終了の後に続くものである、請求項1に記載の方法。前記レーザビームパルスが前記対象領域にこれを通して送出される光学窓に、圧縮ガス流と加圧液体流のうち少なくとも一方を衝突させることを更に含み、これにより、前記対象領域への前記レーザビームパルスの前記送出の前に前記光学窓を洗浄する、請求項1に記載の方法。所望の坑井穿孔深さが達成されるまで、前記ステップcとdを繰り返す、請求項4に記載の方法。前記レーザビームパルスは、約0.5秒~約30秒の範囲にある時間幅を有する、請求項1に記載の方法。前記少なくとも1つの液体噴射パルスは、約2秒~約90秒の範囲にある時間幅を有する、請求項1に記載の方法。前記坑井区域は、該坑井区域の上方と下方にそれぞれある上側パッカと下側パッカとを用いて分離される、請求項1に記載の方法。前記液体は、ハロカーボン、KCl、弱酸、界面活性剤及び水からなる群から選択された流体を含む、請求項1に記載の方法。坑井の穿孔のための方法であって、坑井において、第1のパッカと第2のパッカとの間で坑井区域を分離するステップであって、これにより、分離された坑井区域を作り出すステップと、前記分離された坑井区域に圧縮ガスを導入するステップであって、これにより、前記第1のパッカと前記第2のパッカとの間にガス空洞を形成するステップと、前記ガス空洞にレーザビーム照射装置を提供するステップと、前記上側パッカと前記下側パッカとの間の坑壁区域の対象領域に、前記レーザビーム照射装置から少なくとも1つのレーザビームパルスを送出するステップであって、これにより、坑壁物質の少なくとも1つの機械的性質を変化させると共に、物質デブリを発生させるステップと、前記レーザビームパルスの後に続いて、少なくとも1つの液体噴射パルスを前記対象領域に送出するステップであって、これにより、前記対象領域から前記物質デブリを除去するステップと、を含む方法。前記レーザビームパルスのそれぞれの後に、複数の前記液体噴射パルスが続く、請求項10に記載の方法。前記少なくとも1つのレーザビームパルスが前記対象領域にこれを通して送出される光学窓に、圧縮ガス流と加圧液体流のうち少なくとも一方を衝突させるように送出することを更に含み、これにより、前記レーザビームパルスの各送出の前に前記光学窓を洗浄する、請求項10に記載の方法。前記レーザビームパルスは、約2秒~約90秒の範囲にある時間幅を有する、請求項10に記載の方法。前記液体噴射パルスのそれぞれは、約0.5秒~約30秒の範囲にある時間幅を有する、請求項10に記載の方法。前記レーザビームパルスのそれぞれの後に続いて、複数の前記液体噴射パルスが前記対象領域に送出される、請求項10に記載の方法。前記液体噴射は、ハロカーボン、KCl、弱酸、界面活性剤及び水からなる群から選択された流体を含む、請求項10に記載の方法。坑井の穿孔のための方法であって、a坑井流体を含む坑井の区域を、化学的及び機械的のいずれかで分離するステップと、b加圧されたガス状流体を用いて、前記区域から前記坑井流体をパージするステップであって、これにより、パージされた坑井区域を作り出すステップと、c前記パージされた坑井区域にレーザビーム照射装置を提供するステップと、d前記パージされた坑井区域の坑壁の対象領域に、前記レーザビーム照射装置からのレーザビームパルスを衝突させるステップであって、これにより、前記坑壁の物質の機械的性質を変化させると共に、物質デブリを発生させるステップと、e前記レーザビームパルスの後に続いて、前記対象領域に液体噴射パルスを噴射するステップであって、これにより、前記対象領域から前記物質デブリを除去するステップと、を含む方法。前記レーザビームパルスのそれぞれの後に続いて、複数の前記液体噴射パルスが前記対象領域に衝突する、請求項17に記載の方法。複数の前記レーザビームパルスが前記対象領域に衝突し、そのそれぞれの後に少なくとも1つの液体噴射パルスが続く、請求項17に記載の方法。前記少なくとも1つのレーザビームパルスが前記対象領域にこれを通して送出される光学窓に、圧縮ガス流と加圧液体流のうち少なくとも一方を衝突させることを更に含み、これにより、前記対象領域への前記レーザビームパルスの前記衝突の前に前記光学窓を洗浄する、請求項17に記載の方法。前記レーザビームパルスは、約2秒~約90秒の範囲にある時間幅を有する、請求項17に記載の方法。前記液体噴射パルスのそれぞれは、約0.5秒~約30秒の範囲にある時間幅を有する、請求項17に記載の方法。坑井の穿孔を実施するための方法であって、a前記坑井において所望の深さに、坑壁から距離をおいて坑井穿孔装置を提供するステップであって、該装置は、レーザビームを照射するためのレーザビーム照射手段を含む、ステップと、b前記坑井内にガス空洞を形成するステップと、c前記レーザビームのパルスを前記坑壁に送出するステップであって、これにより、前記坑壁におけるレーザ誘起の機械的性質の変化を引き起こして、物質デブリを発生させ、穿孔領域を形成するステップと、d前記穿孔領域から前記物質デブリが除去されるまで、液体の少なくとも1つの加圧液体パルスを前記穿孔領域に供給するステップと、を含む方法。所望の穿孔が達成されるまで、前記ステップcとdを繰り返す、請求項23に記載の方法。前記ガス空洞は、前記坑井内に配置された一対の離間したパッカの間に加圧ガスを導入することにより形成される、請求項23に記載の方法。前記液体は、ハロカーボン、KCl、弱酸、界面活性剤及び水からなる群から選択された流体を含む、請求項23に記載の方法。前記液体の流れ直径は、約0.02~約1.27cmの範囲にある、請求項23に記載の方法。前記液体の流量は、約0.5~約200リットル/分の範囲にある、請求項23に記載の方法。前記液体の流速は、約15~約1500m/秒の範囲にある、請求項23に記載の方法。本発明の方法の主要なステップは、所望の穿孔対象領域を含む坑井区域を分離することと、その分離した坑井区域から掘削液などの望ましくない坑井流体をパージすることと、分離した坑井区域内にレーザビーム照射装置を提供することと、所望の穿孔対象領域にレーザビーム照射装置からレーザビームパルスを送出することで、坑壁物質の機械的性質及び/又は下層岩質を変化させると共に、物質デブリの発生を伴うことと、液体噴射パルスを用いて対象領域から物質デブリを除去することと、を含んでいる。所望の穿孔深さが達成されるまで、レーザビームパルスの送出と、その後に続く物質デブリ除去のための1つ又は複数の液体噴射パルスの施与とからなる手順を繰り返す。なお、当然のことながら、本発明の方法に関連するいくつかの操作パラメータが存在し、それらには、限定するものではないが、レーザビーム放射照度、レーザビーム直径、液体噴射パルス流直径、液体流量、液体流速、液体の表面吸収率、及びレーザビームと液体噴射のパルス時間幅が含まれる。また、操作パラメータは穿孔対象領域の岩質に応じて変化し、このため、操作パラメータはかなり大きな範囲となることも、理解できるであろう。本発明の方法は、坑井穿孔のいずれかの特定の適用範囲に限定されるものではないが、約15.24~30.48cm約6~12インチの範囲の直径を持つ坑井において、約0.4~約5kmの範囲の作業坑井深度での、含ガス層又は含油層の穿孔のための使用に特に適しており、そのような地層として、限定するものではないが、硬質砂岩相、砂岩相、頁岩相、及び炭酸塩岩相が含まれる。レーザビームパラメータ本発明の方法の実施に影響を与え得るレーザビームパラメータには、放射照度、レーザビーム直径、光ファイバの長さ、穿孔目標深度における光パワー、面レーザパワー、レーザ波長、対象領域へのレーザビーム入射角、及びレーザビームパルスの時間幅が含まれる。本発明の一実施形態による好ましい放射照度は、約0.5~約10kW/cm2の範囲である。ところで、採用される放射照度は、言うまでもなく、様々な検討事項に影響され得る。例えば、石灰岩では、放射照度が高いほど穿孔速度は高くなるが、代償として、より高出力の面レーザエネルギーが必要となるか、又はより細いレーザビーム/穿孔となる。レーザビーム直径は、坑井とダウンホールツールのサイズに依存し、これらはどちらもレーザビームの出射窓/開口サイズを制限する。レーザビーム直径の好ましい範囲は、約0.5~約15cmである。坑井における穿孔の実際の深さは、光ファイバによる損失によって制限される。具体的には、光ファイバは、約0.44dB/kmの長さ伝送損失を示す。その結果として、実際の光ファイバの長さは約0.02~約10kmの範囲となる。穿孔の目標深度における光パワーは好ましくは約3~約75kWの範囲であり、5kmの光ファイバによって少なくとも50の損失があることに基づくと、好ましい面レーザエネルギー出力は約5~約150kWの範囲である。光ファイバの伝送損失は、少なくとも一部、レーザ波長による影響を受ける。本発明の一実施形態による好ましいレーザ波長は、約700ナノメートル~約1600ナノメートルの範囲である。そして、対象領域へのレーザビームの好ましい入射角は、約0~約45°の範囲である。本発明の方法の実施に影響を与える他のパラメータは、レーザエネルギー吸収率である。このパラメータは、除去されるべき岩石物質において、破砕、融解、蒸発、及び/又は化学分解反応を生じさせる岩石物質の加熱の効率を左右する。吸収率は高いほど望ましいが、しかし、ある程度の反射は、穿孔の幾何学的形状の制御及び孔の先細りを制限するのに利用することができる。レーザエネルギー吸収率の範囲は、物質依存の特性であり、更に、i照射レーザエネルギーの波長、ii表面粗さ、iii入射角、iv水飽和率、にも依存する。また、レーザエネルギー吸収率は、一般に、より低いところから始まって、孔の深さに応じて高くなることもある。このため、明確にすることが難しい。標的に衝突impactする入射レーザエネルギーは、その一定の割合が表面によって反射される。任意の物質の反射率は、屈折率が既知であれば、フレネル方程式から算出することができる。例えば、炭酸カルシウムCa2O3の屈折率はn=1.642であり、この場合、レーザ発振波長λ=1.07ミクロンかつ入射角0°での反射率はR=0.059である。この計算は、物質の表面粗さを考慮していない。表面の反射率は、一般に、表面粗さに依存する。表面粗さの長さスケールが入射レーザエネルギーよりも小さいと、表面は鏡面反射する傾向がある。それ以外の場合は、物質は、入射レーザエネルギーを拡散反射する。物質の表面粗さは、標的となる岩相の粒度に依存するだけではなく、物質除去の方法にも依存する。例えば、石灰岩におけるレーザ穿孔は、一般に、CaOの形態の極めて微細な粉末状デブリを発生するように熱分解する性質の結果として、滑らかな側壁となる。一方、破砕過程を経て形成される砂岩におけるレーザ穿孔は、より凹凸の多い側壁となり得る。本発明の方法の実施に影響を与え得る液体パージパラメータには、液体媒質、液体流直径、液体流量、液体流速、及び化学組成が含まれる。坑井形成物質と適合するいずれかの液体媒質を採用することができる。本発明の方法によって使用するのに適した液体媒質として、限定するものではないが、水、ハロカーボン、7質量KCl、及びレーザの副生成物の分解を助ける例えば弱酸、界面活性剤などの化学添加剤が含まれる。本発明の一実施形態によれば、液体流れ直径liquidstreamdiameterは約0.02~約1.27cmの範囲であり、液体流量liquidflowrateは約0.5~約200リットル/分lpmの範囲であり、液体流速liquidstreamvelocityは約15~約1500m/秒の範囲である。本発明の方法のステップを実行するための装置の概略図を図1に示している。この装置は、ダウンホールツール10を備えており、これは、坑井11内に配置されて、本方法で必要となるレーザビームパルスと流体ジェットパルスをそれぞれ施すのに適した構成要素と、更に坑井の穿孔区域を分離するのに適した構成要素を有している。ダウンホールツールは、地上の、動力源13、レーザエネルギー源14、パージガス源15、及び水源又は他の液体源16に接続されており、それらの動力、レーザエネルギー、パージガス、及び水又は他の液体は、適当な伝送管によってドリルストリング又はコイル管17を介してダウンホールツールに伝送される。ダウンホールツールは、本発明の方法に従って坑井の穿孔区域を分離するために使用される第1のパッカ18及び第2パッカ19と、ツールを適切な方向に向けるためのオリエンティング手段と、を備える。第1及び第2のパッカは、従来の方法で作動して、坑井の区域を分離するものであるが、ただし、パッカのうち少なくとも1つは、分離された坑井区域にある流体と、更には穿孔過程で発生するデブリを、その分離区域から排出させることができる開口部を備えている。あるいは、パッカは膨張可能なデバイスであり、この場合、パッカのうち少なくとも1つを選択的に膨張及び収縮させることで、デブリを通過させることができる。ダウンホールツール内で離間したパッカspacedapartpackers間には、穿孔31を形成するためのレーザビーム30がそこから送出されるレーザビーム照射装置20と、水ジェット流32を穿孔対象領域に施すのに適した水源21と、窒素などのパージガスを提供するためのガス状流体源22とが配置されており、パージガスによって、分離された坑井区域から望ましくない流体をパージすることで、レーザビーム照射装置から穿孔対象領域までのレーザビーム伝送のための障害のない経路を提供する。言うまでもなく、デブリを除去するために、ハロカーボン及びKClなど、水以外の液体を採用することもでき、そのような他の液体は本発明の範囲内にあると認められる。排出させた望ましくない流体が、分離された坑井区域に再び入ることを防ぐため、分離された坑井区域内はオーババランス条件に維持される。本発明の一実施形態によるレーザビーム照射装置は、地上のレーザエネルギー源14に接続された少なくとも1つの光ファイバ又は光ファイバ束を有し、これを通して、レーザエネルギー源から光ファイバ又は光ファイバ束のレーザビーム出力端までレーザエネルギーが伝送される。ダウンホールツールにおいて使用するのに適したレーザビームアセンブリは、当業者には周知である。例えば、本明細書において上記で説明した米国特許第6880646号を参照することができる。ダウンホールツールは、更に、分離された坑井区域にパージガスがこれを通して導入される少なくとも1つのパージガスノズルと、穿孔過程で発生するデブリを除去するための水ジェットパルスがこれを通して穿孔対象領域に施与される少なくとも1つの水ジェットノズルと、を有する。分離された坑井区域内をオーババランス条件に維持することで、レーザビーム照射装置と対象領域との間に障害のない伝送路を維持することが重要であるのと同様に、レーザビームが対象領域にそれを通して伝送されるダウンホールツールの出射窓にデブリ及び液体が蓄積しないようにすることも重要である。これは、ガス状流体ノズルを出射窓の外面に向けて用いて、これによって、各レーザビームパルスの前、及び/又は最中に、ガス状流体を出射窓に送出することで、達成することができる。本発明の方法の実行可能性は、一定圧力の水噴射シーケンスと組み合わせて、レーザビームの照射量、広がり角、照射時間、及びサイクル時間について調査した一連の実験で実証されている。本発明の方法を用いて、深く、高アスペクト比の穿孔を実施することが可能であった。[例]本例では、未だそれほど大きな光パワーレベルを受けたことがない下層の未照射物質を除去することなく、砂岩標的からの熱破砕によるデブリ及びメルトを除去するのに、12.07MPa1750psiの水ジェットが十分であると判断された。光学ベンチの上の二次水格納容器の上方に、パースペクスpersepex水格納容器が配置された。水格納容器内でラボジャッキの上に、ベレア砂岩標的が配置された。標的は、QBHファイバ端子と、照合光学系と、集束レンズと、保護窓とを有する光学ヘッドによって送出される可視ガイドビームを利用して、チェンバへのレーザ入力に合わせて調整された。300mm集束レンズが装着され、これによって、発散ビームを適当なスポットサイズで標的面に投影して、4kWの全レーザ出力で所望のビーム放射照度を得ると共に、デブリの跳ね返りを防ぐために十分な標的からのスタンドオフを設けることができた。高圧洗浄機の後にボールバルブが挿入され、これによって、オンオフサイクルを進めることが容易に可能となった。そして、レーザが繰り返しオンオフされた。100の出力で4秒間オンされた後に、高速水ジェット噴流に応じるために、オフにされた。高速水ジェットを衝突させることは、標的からベレア砂岩の照射部分を迅速に取り除くのに十分であった。このようにして形成された開口又は孔の、レーザエネルギー照射装置に近接した部分は、直径33mmであると測定された。本実験では発散レーザビームを使用したことによって、レーザビーム照射装置から遠位の開口又は孔の部分は、孔の手前部分よりも大きくなった。レーザヘッドは、孔から一定のスタンドオフ距離に維持された。水ジェットによって、パージガス噴射に依存するレーザ穿孔方法と比較して、向上した孔洗浄が提供され、また、孔の先細りが抑えられた。試料は、孔の幾何学的形状と特徴の観測を可能にするために断面に分割された。細い高圧水流によって、孔の後ろからソリッドの搬送が可能となった。具体的なエネルギー結果は、8.9kJ/ccでの破砕と極めて類似していたが、試料を融解させるほど高くはなかった。水ジェットがオンであった時間又はレーザのリセットに要した時間を除いて、レーザのオン時間のみに基づいて算出された穿孔速度は、3.5cm/分であった。[ビーム直径試験]交互のレーザ/水噴射による本発明の方法を、長さ対直径アスペクト比L/Dが6よりも大きい侵入について更に評価するため、一定のビーム放射照度でビーム直径試験を実施した。試験は、同軸エアーナイフを備える光学ヘッドで、光学系保護を提供する銅コーン開口部を通して、344mm焦点距離のレンズによって作り出される発散レーザビームに基づくものであった。高圧洗浄機ARNorthAmerica社製,AR240型,最大12.07MPa1750psi,最大流量5.7リットル/分1.5GPM,最高温度50°C122°Fと、レーザヘッドに固定された零度洗浄ノズル噴射システムT003によって、レーザ穿孔の高圧水パージングを図った。ノズルの圧力は、約6.89MPaG約1000psigであると算出された。固定の4.14MPaG600psigレギュレータN2パージを含み、パルスサイクルの終わりに、内径1.58mmのステンレス鋼管による送出によって、次のレーザパルスの前に穿孔を乾燥させる窒素パージングを可能とした。レーザヘッドは、石灰岩標的の前面上に所要のビームスポットサイズが20mm~28mmで変化させて得られるように、位置付けられた。それぞれのビーム直径についての光学パラメータの設定を表1に示す。全てのビーム直径のショット間で、約0.65kW/cm2の放射照度が維持された。ビーム放射照度が高いほど、レーザのオン時間を短くすることが可能である。28mm直径ビームは、レーザシステムの最大出力4kWを利用し、前面上で24mmと20mmのスポットサイズは、それぞれ75と50の出力設定を利用した。自動パルスサイクルごとに、12秒のレーザパルス時間幅と、その後に続くそれぞれ3秒の時間幅の5回の水ジェットパルスと、最後の5秒のN2パージと、を利用した。試験は、1回のみの3秒の水パージで開始したが、試料は亀裂が生じた。標的の完全性を確保するため、冷却効果を向上させるように水量を増加した。窒素パージは、レーザのサイクルを進める前に、孔から水気を一掃する目的で導入された。レーザをオンにする前に、窓を清浄にするための約5秒間のN2パージ時間によって効果が得られた。疎水性の窓面により、その時間を0.5秒ほどにまで短縮することができた。これらの試験で採用された石灰岩標的は、寸法が15.24cm×15.24cm×60.96cm6インチ×6インチ×24インチであると測定された。穿孔は、10サイクルのそれぞれを幾度か実行した後に、深さの最小増加が示された点で終了された。試験が終了した後に、標的は、ロックソーで、長手方向に垂直平面で分割された。孔の寸法は、穿孔の長さに沿って20mm刻みで測定された。直径が大きい孔ほど、デブリ除去のためのより効率的な孔清浄化が提供されるので、深い孔が可能であることが確認された図2を参照。通常、レーザエネルギーは岩の表面を不安定化することができるが、その不安定したソリッドを孔から除去することは難しく、その結果、レーザ穿孔の深さは、約7.62~10.16cm約3~4インチに制限される。本発明の方法及び装置は、ダウンホール環境でのレーザ穿孔において有効な見通し線を提供し、また、新しい穿孔表面を露出させるように、加圧された水/液体ジェットによって穿孔から不安定なソリッドを効果的に除去する手段を提供する。更に、本発明の方法及び装置は、同期的に、レーザビームがオフのときに水による光学窓のパージを可能にすると共に、レーザのオン時間の前、又はその最中に、標的へのレーザエネルギーを妨げる光学面上の結露を除去するための光学面のガスパージを可能にすることで、汚染環境においてレーザの光学面を清浄に維持する。これらのステップは、穿孔へのレーザエネルギーを最大化するように、レーザのオン/オフ時間、及び水ジェットのオン/オフ時間と同期される。上記明細書では、本発明について、これらの幾つかの好ましい実施形態に関連させて説明し、例示目的で多くの詳細を記載しているが、本発明は追加の実施形態を許容するものであり、発明の基本原理から逸脱することなく、本明細書に記載の詳細の一部を大きく変更することが可能であることは、当業者には明らかであろう。"