我国大部分尚未开发的油气资源主要埋藏在非常规地层和复杂难钻地层,而采用传统钻井工具对此类地层油气资源进行开采时,常出现破岩效率低、钻头损坏严重等问题。因此,开展高效破岩新方法、新理论、新技术的研究是当前油气钻井所需解决的首要难题。目前,国内外学者纷纷开展了各项破岩新技术的研究,其中具有代表性和发展前景的一项是激光机械联合破岩技术。然而,现有关于激光破岩方面的研究,所用激光光斑形状多为圆形,光斑直径一般为5-10mm,且以静止形式作用岩石。相比于激光机械联合破岩实际钻孔尺寸,激光对岩石的损伤面积有限,激光辅助破岩效果不佳。本文利用不同形状移动激光光斑扫描岩石,以达到增大岩石损伤面积的目的,并开展了相关仿真及实验研究。具体研究内容及成果如下:(1)建立服从高斯分布的矩形光斑光强密度分布及移动矩形与圆形光斑温度场分布数学模型,为后续仿真分析提供理论基础。(2)利用COMSOL Multiphysics仿真软件进行了两种移动光斑破岩热力耦合有限元仿真,得到了两种移动光斑辐照花岗岩与砂岩后,岩石表面温度场分布,并将结果与实验所测数据进行比对,验证了理论模型的准确性。(3)以莫尔-库伦强度准则作为岩石发生破坏的判定依据,对两种移动光斑扫描岩石后,岩石表面破碎区域形貌进行仿真分析,并与实验所测数据进行比对,确定移动光斑对岩石表面的损伤范围与光斑辐照区域一致。(4)通过实验得到两种移动光斑对岩石强度及可钻性的影响规律。结果表明:经移动矩形光斑扫描后的花岗岩与砂岩,在矩形光斑辐照区内,岩石单轴抗压强度分别下降了 24%与20%,抗拉强度分别下降了 20%与17%,可钻性级值分别下降16%与38%;经移动圆形光斑扫描后的花岗岩与砂岩,在圆形光斑辐照区附近,岩石单轴抗压强度分别下降了 27%与29%,抗拉强度分别下降了 26%与20%,可钻性级值分别下降20%与53%。(5)以矩形光斑辐照区作为两种移动光斑破岩效果优劣的评判区域,通过比较该区域内两种移动光斑对岩石强度及可钻性的影响程度大小,对两种移动光斑破岩效果的优劣做出评价。结果表明:在矩形光斑辐照区范围内,矩形光斑对两种岩石单轴抗压强度、抗拉强度的削弱能力及可钻性的改善能力强于圆形光斑。