雷射輔助立管分離和使用方法

2023-05-10 21:07:16

雷射輔助立管分離和使用方法
【專利摘要】本發明提供了一種高功率雷射-立管防噴器裝置和用於與海底立管一起使用的雷射模塊。所述雷射模塊和雷射-立管裝置使用高功率雷射能量以快速地切割立管，所述立管允許海上鑽機快速地並以受控的方式從防噴器分離。
【專利說明】雷射輔助立管分離和使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於碳氫化合物的海上勘探和生產的立管，所述碳氫化合物諸如石油和天然氣。由此，並且具體地，本發明涉及新型雷射模塊，其用於同立管一起使用以從海上鑽機、海底防噴器中任一個或兩者快速地分離所述立管。
【背景技術】
[0002]如本文所用，除非另有說明，術語「防噴器」、「Β0Ρ」和「Β0Ρ組」被給予它們儘可能廣泛的含義，並且包括:(i)定位在或靠近例如海底的鑽孔表面的設備，其用於控制或管理與鑽孔關聯的壓強或流動；(ii)用於控制或管理在與海底立管關聯的鑽孔中的壓強或流動的設備；(iii)具有任意數量和組合的門、閥門或彈性封隔器的設備，其用於控制或管理鑽孔壓強或流動；(iv)海底BOP組，這個組可以包含，例如，閘板剪、管道閘板、全封閘板和環形防噴器；和，(V)其它這樣類似的流動和壓強管理設備的組合和裝置以控制鑽孔壓強、流動或兩者，並且特別是，控制或管理緊急流動或壓強的情況。
[0003]如本文所用，除非另有說明，「海上」和「海上鑽探活動」和類似這樣的術語在它們最廣泛的意義上使用並且能夠包括在任意水體上或在其中的鑽探活動，所述水體無論是淡水或鹹水，無論是人造的或自然產生的，諸如例如河流、湖泊、運河、內陸海、大洋、海洋、港灣和海灣(bays and gulfs)，諸如墨西哥灣。如本文所用，除非另有說明，術語「海上鑽機」被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括固定塔、補給船(tenders)、平臺、駁船、自升式平臺(jack-ups)、浮式平臺、鑽探船、動態定位鑽探船、半潛式平臺和動態定位半潛式平臺。如本文所用，除非另有說明，術語「海底」被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括在任何水體之下或在其底部的任何地球表面，所述水體無論淡水或鹹水，無論人造的或自然產生的。如本文所用，除非另有說明，術語「井」和「鑽孔」被給予它們儘可能廣泛的含義並且能夠包括以鑽孔或其他方式進入例如海底或海床的地球表面的任何孔，並且能夠進一步包括勘探、生產、廢棄、再進入、再加工和注入井。如本文所用，術語「立管」被給予它儘可能廣泛的含義，並且能夠包括連接在水體表面、在其上或在其上方的平臺到在海底、在其上或與其鄰近的結構以施行諸如鑽探、生產、維修、服務、井服務、幹預和完成的活動的任何管材，所述平臺包括海上鑽機、浮動產品儲存和卸載(FPSO)船和浮動氣體儲存和卸載(FGSO)船。
[0004]如本文所用，術語「鑽杆」被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括用於鑽探活動的任何形式的管子，並且指管子的單個段或塊。如本文所用，術語「鑽杆的立根」、「鑽杆立根」、「管立根」、「立根」和相似類型的術語被給予它儘可能廣泛的含義並且包括兩個、三個或四個已經連接，例如接合在一起的，鑽杆節，所述連接通常通過具有螺紋連接的接頭。如本文所用，術語「鑽柱」、「柱」、「鑽杆柱」、「管道柱」和相似類型的術語被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括立根或連接在一起以使用於鑽孔的多個立根。由此，鑽柱可以包括多個立根和數百個鑽杆節。
[0005]如本文所用，術語「管材」被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括鑽杆、套管、立管、盤管、複合管、生產管、真空絕緣管(VIT)和用在或能夠用在鑽探工業的其中具有至少一個通道的任何類似結構。如本文所用，術語「接頭」被給予它儘可能廣泛的含義並且包括用於連接管材到一起的任何類型的裝置、系統、方法、結構和部件，諸如例如，螺紋管接頭和螺栓凸緣。對於鑽杆接頭，接頭部分通常具有比鑽杆的其他部分更厚的壁。如本文所用，管材壁的厚度是管材內徑和管材外徑之間的材料的厚度。
[0006]如本文所用，除非另有說明，「高功率雷射能量」指具有至少約IkW (千瓦)的功率的雷射束。如本文所用，除非另有說明，「大距離」指至少約500m (米)。如本文所用，術語「功率的實質性損耗」、「實質性的功率損耗」和類似這樣的術語指對選定波長超過3.0dB/km(分貝/千米)的功率損耗。如本文所用，術語「實質性的功率傳遞」指至少約50%的透過率。
[0007]相關技術的探討
[0008]深水鑽探
[0009]海上碳氫化合物勘探和生產一直向著更深、更深的水域移動。現今在5000ft、
10,OOOft和更大深度的鑽探活動在被計劃和執行。例如，已經由RIGZONE、www.rigzone.com報導有超過330臺鑽機額定用於在大於600ft (英尺)水深鑽探，並且這些鑽機中有超過190臺鑽機額定用於在大於5000ft水深鑽探，並且這些鑽機中有超過90臺鑽機額定用於10，OOOft水深鑽探。當在這些深、非常深、超深的深度鑽探時，鑽探儀器承受在大洋深處的極端條件，包括在海底的巨大壓強和低溫。
[0010]另外，這些深水鑽機能夠推進可以是在海底以下10，000ft、20，000ft、30，OOOft
或更深的鑽孔。因此，鑽探儀器，諸如鑽杆、套管、立管和BOP承受巨大的力和極端條件。為了應對這些力和條件，鑽探儀器，例如，立管、鑽杆和鑽柱，被設計成更強、更堅固、並在可能的情況下更重。此外，用於製造鑽杆和套管的金屬已經變得更韌性。
[0011]典型地，並通過一般的示例，在鑽探海底的井中，初始的鑽孔做進海床，然後鑽探隨後的且更小直徑的鑽孔以延伸鑽孔的總深度。由此，隨著整體鑽孔變得更深，它的直徑變得更小；從而其可以設想為孔的可伸縮裝置，所述裝置最大直徑的孔在鑽孔最接近地球表面的頂部。
[0012]由此，通過例子，海底鑽探過程的起始階段可以一般地解釋如下。一旦鑽機定位於鑽探要發生區域以上的水表面上，初始鑽孔是通過在海底下面的泥土(the earth)中鑽深度約200-300ft的36"孔而做出的。30"的套管插入這個初始鑽孔。這個30"的套管也可稱為引導管。該30"的引導管可能會或可能不會粘結到位。在這個鑽探操作過程中，通常不使用立管，而鑽屑從鑽孔中，例如，泥土和其他材料通過鑽探活動從鑽孔中移除，返回到海底。下一步，26"直徑的鑽孔在30"的套管內鑽探，延伸鑽孔深度到約1000-1500ft。這個鑽探操作也可以不使用立管而進行。20"的套管然後插入30"的引導管和26"的鑽孔中。這個20"的套管粘結到位。該20"的套管具有固定到其上的井口。(在其他操作中，可能會鑽探額外更小直徑的鑽孔，有井口固定到其上的更小直徑的套管插入那個鑽孔中。)BOP然後固定到立管並通過立管降到海底；在那裡該BOP固定到井口。從此時起向前，一般地，所有鑽孔內的鑽探活動通過立管和BOP進行。
[0013]所述BOP，與其他設備和程序一起，用於控制和管理在井中的壓強和流動。一般地，BOP是幾個機械裝置組，其具有延伸通過這些裝置的連通的內腔。BOP可以具有多個腔，例如，孔直徑範圍從約4 1/6"到26 3/4"。管材從海上鑽機沿立管向下，穿過BOP腔並進入鑽孔。返回物，例如鑽漿和鑽屑，從鑽孔移除並穿過BOP腔傳送，沿立管向上，併到海上鑽機。BOP組通常具有環形防噴器，這是一個可膨脹的封隔器，其作用類似圍繞管材的巨大的括約肌。當不存在管材時，一些環形防噴器也可以用於或能夠密封關閉所述腔。當激活時，這個封隔器抵靠著在BOP腔中的管材密封，防止材料流動穿過形成在管材外徑和BOP腔壁之間的環隙。所述BOP組還一般具有閘板防噴器。如本文所用，除非另有說明，術語「閘板防噴器」被給予其最廣泛的定義並能夠包括任何夾住、抓住、保持、切、割、壓、或其組合在BOP組內的管材的機械裝置，諸如剪切閘板、全封閘板、全封剪切閘板、管道閘板、可變閘板、可變管閘板、套管剪切閘板和防噴器諸如海德裡公司(Hydril)的海德裡壓力控制緊湊閘板、海德裡壓力控制常規閘板、海德裡壓力控制快速測井(QUICK-L0G)和海德裡壓力控制崗哨維修(SENTRY Workover)、謝弗(SHAFFER)閘板防噴器和由卡梅倫公司(Cameron)製造的閘板防噴器。
[0014]由此，BOP組一般具有管道閘板防噴器並且可能具有多於一個的這些防噴器。管道閘板防噴器典型地是兩個類似半圓形的夾持裝置，其被驅使抵靠住在BOP腔中的管材外徑。管道閘板防噴器可以被視作夾住管材並密封關閉在管材與BOP腔壁之間環隙的兩個巨大的手。全封閘板防噴器也可以包含在BOP組內，這些閘板可以在無管材存在時密封所述腔。
[0015]管道閘板防噴器和環形防噴器典型地僅能夠密封在BOP中的管材與BOP腔之間的環隙；它們不能密封關閉管材。由此，在緊急情況中，例如，當「衝擊」(「kick」)(進入鑽孔的氣體、液體、或壓強的突然湧入)發生時，或如果可能的噴出情況出現時，從孔下壓強高的流可以回來通過管材的內側、管材和立管之間的環隙、並沿立管向上到鑽機。另外，在緊急情況中，管道閘板和環形防噴器可能不能夠圍繞管材形成足夠強的密封以阻止流通過管材和BOP腔之間的環隙。由此，BOP組包括機械剪切閘板裝置。機械剪切閘板通常是對緊急情況的最後防線，所述緊急情況例如，衝擊或可能的噴出。(如本文所用，除非另有說明，術語「剪切閘板」能夠包括全封剪切閘板、剪切密封閘板(shear sealing rams)、剪切密封閘板(shear seal rams)、剪切閘板和其目的是或能夠切割或剪切管材的任意閘板。)機械剪切閘板作用類似巨型閘門閥，其應該迅速關閉整個BOP腔以密封它。它們的目的是切割穿過在BOP腔內可能會阻止剪切閘板完全密封BOP腔的任何管材。
[0016]BOP組能夠具有很多不同的構造，其取決於在部署和使用期間預計的條件和危險。這些部件可以包括，例如，環形類型防噴器、旋轉頭、有一套閘板(全封或管道)的單閘板防噴器、具有兩套閘板的雙閘板防噴器、具有三套閘板的三重閘板式防噴器和用於扼流和壓井線(choke and kill lines)的側出口連接的線軸。這些部件的現有構造的例子能夠是:具有7 1/16"孔和從底部到頂部的單閘板、線軸、單閘板、單閘板和環形防噴器並且具有額定工作壓強5，OOOpsi的BOP組；具有13 5/8"孔和從底部到頂部的線軸、單閘板、單閘板、單閘板和環形防噴器並且具有額定工作壓強10，OOOpsi的BOP組；和，具有18 3/4"孔和從底部到頂部的單閘板、單閘板、單閘板、單閘板、環形防噴器和環形防噴器並且具有額定工作壓強15，OOOpsi的BOP組。
[0017]BOP需要控制出現在井中的壓強，這個壓強能夠高達15，OOOpsi或更大。另外，當緊急情況或最好切割BOP中的管材並密封井的其它情況出現時，有對能夠快速地和可靠地切割穿過任何管材和可能出現在BOP中的底部孔裝置的剪切閘板的需要，所述管材包括鑽鋌、管道接頭。隨著管材並且特別是深、非常深和超深水鑽探的管材的強度、厚度和韌性的增加，已有對更強、更有效和更好的剪切閘板的不斷增長的需求。這種對這樣的剪切閘板以及關於現有機械剪切閘板下面的物理和工程原理的其它信息的長期需求載於:西部工程服務公司(West Engineering Services, Inc.), 「為美國礦產管理局的迷你剪切研究」("Mini Shear Study for U.S.Minerals Management Services")(申請號 2-1011-1003，2002年12月);西部工程服務公司，「為美國礦產管理局的剪切閘板能力研究」("Shear RamCapabilities Study for U.S.Minerals Management Services")(申請號 3-4025-1001，2004年9月)；以及，巴林傑合夥公司(Barringer&Associates Inc.),「剪切閘板防噴器強制需要，，(" Shear Ram Blowout Preventer Forces Required" )(2010 年 6 月 6 日，2010年8月8日修訂)。
[0018]在滿足這些持續和日益重要的需求的嘗試中，BOP已經變得更大、更重和更複雜。由此，已經提出了具有兩個環形防噴器、兩個剪切閘板和六個管道閘板的BOP組。這些BOP能夠重達數百噸並且高度為50英尺或更高。但是，BOP的不斷增長的尺寸和重量對舊的鑽機呈現了重大的問題。很多現有的海上鑽機沒有甲板空間、起重能力，或由於其它原因，能力來處理和使用這些更大更複雜的BOP組。
[0019]如本文所用，術語「立管」被給予其儘可能廣泛的含義術語「立管」被給予它儘可能廣泛的含義並且能夠包括連接在水體表面、在其上或在其上方的平臺到在海底、在其上或與其鄰近的結構為了諸如鑽探、生產、維修、服務、井服務、幹預和完成的活動的任何管材，所述平臺包括海上鑽機、浮動產品儲存和卸載(FPSO)船和浮動氣體儲存和卸載(FGSO)船。
[0020]能夠包括海洋立管、海底立管和鑽探立管的立管本質上是連接海上鑽機、船舶或平臺到鑽孔的大型管材。典型地立管連接到在水位上的鑽機並且連接到在海底的Β0Ρ。立管本質上可以被視為是具有內部腔的非常大的管道，通過所述內部腔鑽井所需要的工具和材料從海上鑽機送下到在海底的鑽孔，而廢棄材料和工具帶出鑽孔並回升到海上鑽機。由此，立管作用類似通過可能數千英尺的水連接海上鑽機到井眼的臍帶。
[0021]立管能夠在尺寸、類型和構造上變化。所有的立管具有中心或中心管，所述管能夠具有範圍從約133/8"到約24"的外徑並且能夠具有從約5/8"到約7/8"或更大的壁厚。立管是分節的，節的長度範圍從約49英尺到約82英尺，並且典型地用於超深水應用時，立管節是約75英尺長。由此，為了具有從鑽機延伸到在海底的BOP的立管，立管節通過鑽機連接到一起並降低到海底。
[0022]每個立管節的端部具有立管聯接器，其使得立管節的大型中心管道能夠連接到一起。術語「立管聯接器」被給予其儘可能廣泛的含義並包括使用機械裝置的不同類型的聯接器，諸如，凸緣、螺栓、夾子、鮑恩(bowen)、潤滑、爪式、鑰匙、螺紋、銷子和其他本領域已知的或以後由本領域開發的聯接裝置。由此，通過舉例的方式，立管聯接器能夠包括凸緣式聯接器，其使用凸緣和螺栓；爪式聯接器，其使用在盒子中由致動螺釘驅使進入接合的爪；和鑰匙式聯接器，其使用旋轉進入鎖定接合的鑰匙機構。凸緣式聯接器的例子可以是VetcoGrayHMF0爪式聯接器的例子可以是VetcoGray MR-1OE0鑰匙式聯接器的例子可以是VetcoGrayMR-6H SE。
[0023]每一立管節還具有關聯與大型中心管的外部管道。這些管道附著到大型中心管的外側，沿著管或立管節的長度向下，並且具有與立管節連接器關聯的它們自己的連接器。典型地，這些管道能夠包括扼流線、壓井線、助力線、液壓線和可能的其他類型的線路或線纜。所述扼流、壓井、助力和液壓線能夠具有從約3"到6.5"或更大的內徑(液壓線可以小到2.5")和從約1/2"到約I"或更大的壁厚。
[0024]可能必須從海上鑽機、船舶或平臺上分離立管的情況會出現。在一些這種情況中，例如，浮動鑽機的駛離(drive-off)，有可能有很少的或沒有時間完全地分離立管。在其它情況中，諸如天氣相關的情況，一旦獲得了足夠的天氣信息，可能沒有足夠的時間拉出立管串；由此迫使決定可能不必要地拉出立管。由此，並且特別地對深水、非常深水和超深水鑽探，已經存在能夠快速地並且以最小損傷地從海上鑽機、BOP或兩者分離立管的需要。
[0025]高功率雷射束輸送
[0026]在共同
【發明者】Dr.Mark Zediker和與他一起在科羅拉多州利特爾頓法羅能源公司(Foro Energy, Inc., Littleton CO)工作的那些人的近期的突破之前，人們相信高功率雷射能量遠距離而沒有大量的功率損失的傳輸是不可得到的。他們在高功率雷射能量傳輸中的突破，特別是能量水平大於約5kW，部分地闡述於包含在美國專利申請出版物2010/0044106和2010/0215326以及Rinzler等正在申請的美國專利申請序列號12/840，978標題為「用於遠距離雷射能量傳送的光纖」("Optical Fiber Configurationsfor Transmission of Laser Energy Over Great Distances")(提交於 2010 年 7 月 21日)內的新穎和創新的技術中。這三個美國專利申請的公開，它們提到或涉及高功率雷射能量傳送，和用於完成這樣的傳送的雷射、光纖和光纜結構的範圍，通過參考合併於此。需注意的是這個通過本文參考的合併沒有提供對這些申請的發明或由此產生的任何專利的實行或使用的任何權利，並且沒有授予或產生據此的任何許可。
[0027]高功率雷射對BOP和立管的利用和應用記載於美國專利申請序列號13/034，175、13/034, 183和13/034，037，各自提交於2011年2月24日，其每一個的全部公開通過引用
合併於此。

【發明內容】

[0028]在海上鑽探操作中，長期以來一直希望具有分離立管的能力以給予海上鑽機從鑽井位置離開的能力。除其它事項外，本發明通過提供本文所教導的製造、設備和工藝的章程解決了這個需要。
[0029]由此，本文提供了雷射-立管防噴器裝置，其用於可操作地可釋放地關聯在水體表面上的海上鑽機、船舶或平臺與在水體海底中的鑽孔，所述雷射-立管防噴器裝置具有:具有第一端部和第二端部的立管節，其中第一端部具有第一聯接器而第二端部具有第二聯接器；可操作地關聯與立管節的雷射模塊；和，構造為可操作地關聯與立管節和鑽孔的防噴器；其中，當雷射-立管防噴器裝置被部署並可操作地關聯海上鑽機與在海底中的鑽孔時，雷射模塊一發射雷射束就可以在立管節上的預定位置完全地切割該立管節，從而從防噴器上釋放海上鑽機。
[0030]再者，提供了雷射-立管防噴器裝置，其中第一聯接器選自下列組成的組:爪式立管聯接器、凸緣式立管聯接器、鑰匙式立管聯接器、夾式連接器、鮑恩連接器和螺紋連接器。其中第二聯接器選自下列組成的組:爪式立管聯接器、凸緣式立管聯接器、鑰匙式立管聯接器、夾式連接器、鮑恩連接器和螺紋連接器。其中第二聯接器是防噴器連接器，或者其中防噴器連接器是液壓的。[0031]另外，提供了雷射-立管防噴器裝置，其中雷射模塊具有用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，在其中光束路徑朝向第一聯接器定向，其中雷射模塊具有用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中所述光束路徑朝向第二聯接器定向，其中雷射模塊具有用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，在其中光束路徑朝向第一聯接器定向，和/或其中雷射模塊具有用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，在其中光束路徑朝向第二聯接器定向。
[0032]再者，提供了雷射-立管防噴器裝置，在其中所述雷射模塊相鄰於第一聯接器、所述雷射模塊相鄰於第二聯接器、或所述雷射模塊具有至少兩個雷射切割器。
[0033]此外，提供了具有至少10個立管節的雷射-立管防噴器裝置、所述裝置具有至少30個立管節、所述裝置具有至少60個立管節所述裝置、或所述裝置具有至少100個立管節。
[0034]還提供了雷射-立管防噴器裝置，其包括立管節，其中立管節具有用於聯接的第一裝置和用於聯接的第二裝置；用於提供雷射束以切割立管節的部件的裝置；和防噴器。
[0035]更進一步地，提供了雷射-立管防噴器裝置，其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於聯接的第二裝置定向；其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於聯接的第一裝置定向；或者其中用於提供雷射束的裝置可以是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於連接的裝置定向。
[0036]另外，提供了雷射-立管防噴器裝置，其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於聯接的第一裝置定向；其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向第二用於聯接的裝置定向；其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於連接的第一裝置定向；其中用於提供雷射束的裝置是用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑朝向用於連接的第二裝置定向。再者，提供了與海洋立管一起使用的雷射模塊，所述雷射模塊具有:構造用於關聯與海洋立管的殼體，所述殼體限定內部區域，由此海洋立管的至少一部分可以包含在該內部區域內；殼體具有第一雷射切割器和第二雷射切割器；所述第一和第二雷射切割器是定位於殼體內，並且第一和第二雷射切割器各自具有雷射釋放端；並且光束路徑從雷射釋放端延伸到殼體的內部區域。另外，殼體可以是有內部區域的環形殼體，所述內部區域包括殼體的環形部分，並且其中海洋立管具有中心管、外部管道和第一聯接器，並且其中環形殼體構造為容納中心管、外部管道和所述聯接器。
[0037]另外，提供了快速釋放立管節，其具有:立管節，包括具有第一聯接器的第一端部、具有第二聯接器的第二端部和中心管；雷射切割器；以及，在雷射切割器和立管節之間延伸的雷射路徑。
[0038]此外，提供了海上鑽機系統，其包括海上鑽機和快速釋放立管防噴器裝置，所述裝置具有:包括多個立管節的立管，其中所述多個立管節構造為可操作地連接到海上鑽機並從海上鑽機降低到在或靠近海底的深度；防噴器，其構造為可操作地連接到立管並通過立管從海上鑽機降低到海底；以及，具有雷射模塊的立管；雷射模塊，其包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中光束路徑從雷射切割器朝向多個立管節中的一個定向；其中，當該裝置被部署並可操作地關聯海上鑽機與在海底中的鑽孔時，雷射模塊一發射雷射束就可以在預定的位置上切割多個立管節中的一個立管節的至少一部分，從而提供了海上鑽機從防噴器上的快速釋放。
[0039]通過使用與立管節關聯的雷射模塊鑽探海底井的方法，所述方法包括:使用包括多個立管節的立管從海上鑽機降低防噴器到海底，其中所述防噴器包括由該防噴器限定的防噴器腔，立管包括由該立管限定的立管腔；多個立管節中的一個具有與其關聯的雷射模塊，其中所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，並且其中光束路徑從雷射切割器朝向多個立管節中一個的部件定向；固定防噴器到限定鑽孔腔的鑽孔，由此，真空腔、防噴器腔和立管腔處於流體和機械聯通；以及，通過從海上鑽機降低管材向下穿過立管腔、防噴器腔並進入鑽孔而推進鑽孔；由此，鑽探操作通過在緊急情況下具有從雷射模塊發射雷射束以完全地切割在光束路徑中多個立管節的一個的部件的能力而被增強了，從而削弱所述立管並提供海上鑽機從鑽孔的受控分離。
[0040]再者，提供了通過使用與立管節關聯的雷射模塊在海底井上進行鑽探、維修、幹預、完成或服務活動的方法，所述方法包括:定位立管於水體表面和海底之間，所述立管包括由該立管限定的立管腔，其中立管與海底井和海上鑽機、船舶或平臺處於流體聯通；關聯雷射模塊與立管，其中所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，並且其中光束路徑從雷射切割器朝向立管節的部件定向；以及，通過推進結構穿過立管腔而在井上進行活動；從而提供從雷射模塊發射雷射束以完全地切割在光束路徑中的立管節的能力，從而削弱了立管並提供了立管的受控分離。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是本發明的雷射-立管BOP裝置的實施例的透視圖。
[0042]圖2A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射模塊和立管節的實施例的部分剖視圖。
[0043]圖2B是圖2A的雷射模塊和立管節的橫截面視圖。
[0044]圖2C是圖2A的C部分的放大視圖。
[0045]圖3A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射模塊和立管節的第二實施例的部分剖視圖。
[0046]圖3B是圖3A的雷射模塊和立管節的橫截面視圖。
[0047]圖4A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射模塊和立管節的第三實施例的部分剖視圖。
[0048]圖4B是圖4A的雷射模塊和立管節的橫截面視圖。
[0049]圖5A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射模塊和立管節的第四實施例的部分剖視圖。
[0050]圖5B是圖5A的雷射模塊和立管節的橫截面視圖。
[0051]圖6A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射模塊和立管節的第五實施例的部分剖視圖。
[0052]圖6B是圖6A的雷射模塊和立管節的橫截面視圖。
[0053]圖7A是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的本發明的雷射立管節的實施例的透視圖。[0054]圖7B是圖7A的雷射立管節的橫截面視圖。
[0055]圖8A、8B&8C是本發明的雷射模塊第六實施例的橫截面視圖，其示出了同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的在其運行的階段的所述模塊。
[0056]圖9是同圖1的雷射-立管BOP裝置一起使用的定位在立管節上的本發明的雷射模塊的第七實施例的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0057]一般來說，本發明涉及諸如用於具有高功率雷射束切割器的立管的雷射模塊的雷射裝置、雷射立管節和利用這樣的模塊和節的雷射-立管BOP裝置。由此，通過例子的方式，具有雷射模塊的雷射-立管BOP裝置的實施例示意性地示出在圖1中。在這個實施例中，提供了動態定位(DP)鑽探船100，其具有鑽臺101、在鑽臺以上的井架102和在鑽臺101以下的月池103 (如通過在示出鑽探船100內部的圖中的剖面所看到的)以及用於操作的其它鑽探和鑽探支持裝備和設備，所述裝備和設備在海上鑽探領域已知，但未在圖中示出。鑽探船包括雷射-立管裝置104。雖然在此實施例中示出了鑽探船，任何其它類型的海上鑽機、船舶或者包括FPS0、或GGSO的平臺都可能被利用並由此可以包括雷射-立管BOP裝置104。如在此圖中示出的，雷射-立管BOP裝置104被部署並連接鑽探船100與在海底123以下延伸的鑽孔124。
[0058]在圖1中，雷射-立管BOP裝置構造為沿著BOP在或靠近海底的鑽探立管BOP裝置的線路，典型地附著到井口，如在一些鑽探活動中所見到的。本發明的雷射模塊、雷射切割機雷射裝置和雷射-立管裝置具有對其它類型的立管、立管-BOP裝置和活動的應用。由此，它們具有涉及到鑽探、維修、服務、測試、幹預和完成活動的應用。它們還具有對表面BOP的應用，例如，其中BOP定位於水表面之上並且立管從所述BOP延伸到海底、其中BOP未被使用、其中鑽探在立管中進行、其中立管是生產立管和本領域已知或以後開發的其它構造。
[0059]雷射-立管BOP裝置104具有立管105和BOP組120。立管105的上部部分，即立管部署時靠近水的表面125的部分，通過附加到張力環127上的張緊器126而連接到鑽探船100。立管105的上部部分可以具有分流器128以及普遍地與立管一起使用和採用並被海上鑽探領域的技術人員所熟知的其它部件(在此圖中未示出)。
[0060]立管105從鑽探船100的月池103延伸並且連接到BOP組120。立管105由立管節如107、109、111、113組成，所述立管節通過立管聯接器如106、108、110、112、114連接在一起並且降低穿過鑽探船100的月池103。由此，立管105也可以被稱為立管串。立管105的下部部分，即立管部署時最靠近海底的部分，通過立管-BOP連接器115連接到BOP組120。立管BOP連接器115關聯與柔性接頭116，其也可以被稱為柔性連接或球接頭。柔性接頭116意在容納鑽探船100從不在雷射輔助BOP組120正上方的位置的運動；並由此容許立管105以一個角度進入BOP組120。
[0061]雷射立管BOP裝置104具有與立管105關聯的靠近連接(由於模塊140而未示出)的雷射模塊140。雷射模塊140通過沿著光束路徑以雷射束的形式傳遞高功率雷射能量到立管裝置，諸如螺栓、爪、立管中心管、或其它結構或裝置，能夠快速地切割材料以使得立管可以快速地從B0P120移除。如本說明書的各種示例性實施例所闡述的，雷射模塊，諸如雷射模塊140，具有一個雷射切割器、兩個雷射切割器或者可以具有幾個雷射切割器。所述雷射切割器能夠旋轉、移動、固定或者它們的組合。雷射模塊可以定位在沿著立管從月池到海底的任何點，在立管中就希望具有類似快速分離的特徵。由此，可設想雷射模塊位於張力環127的略下方、柔性接頭116的略上方和沿著立管串105的點上，和前述的組合。雷射模塊可以是立管節、立管聯接器的組成部分，它可以是其自身的獨立立管節，或者它可以是在立管節已經連接在一起之後添加到立管的裝置。由此，一個、兩個、三個或幾個雷射模塊可以用在雷射-立管BOP裝置中。
[0062]BOP組可表徵為具有兩個部件的裝置:上部件裝置117，其可以被稱為下層海洋立管裝置(LMRP)，和下部件裝置118，其可以被稱為下層BOP組或嚴格意義的Β0Ρ。在這個實施例中，上部件裝置117具有容納環形防噴器130的框架119。下部件裝置118具有容納環形防噴器131、第一閘板阻止部132、第二閘板阻止部133和第三閘板阻止部134的框架121。雖然未示出，BOP組也可以包含剪切雷射模塊(「SLM」)、雷射剪切閘板裝置或兩者。BOP組120具有附著到井口 136的井口連接器135，所述井口關聯與鑽孔124。
[0063]立管具有未在圖1中示出的內部腔，其與BOP組中未在圖1中示出的內部腔處於流體和機械聯通。由此，部署時，雷射立管BOP裝置104提供使鑽探船100與鑽孔處於流體和機械聯通的腔或通道。BOP組框架119、121保護Β0Ρ，並且能夠具有起重及裝卸設備、控制和連接模塊、以及其它在海底操作中利用的裝備和設備，所述裝備和設備在海上鑽探領域是已知的，但未在圖中示出。在所述組中的內部腔從該組的頂部(最靠近水125的表面)穿過該組到它的底部(最靠近海底123)。這個腔，例如，可以是約18 3/4"直徑並且具有腔壁。
[0064]典型地，在深海鑽探操作中使用21"立管和18 3/4" Β0Ρ。術語「21"立管」可以被認為是通用的並涵蓋了其中大中心管具有在21"的一般範圍內的外徑的立管，並且可以包括例如具有21 1/4"外徑的立管。21"立管中心管壁厚的範圍可以從約5/8"到約7/8"或更大。但是，立管和BOP可以在尺寸、類型和構造上不同。立管可以具有範圍從約13 3/8"到約24"的外徑。立管可以是，例如，常規管道立管、柔性管道立管、複合管結構、鋼質懸鏈線立管(「SCR」)、頂部張力立管、混合立管、以及海上鑽探領域的技術人員已知的或以後發展的其它類型的立管。可考慮使用更小和更大直徑的立管、不同類型和構造的立管、具有更小和更大直徑的腔的Β0Ρ、以及不同類型和構造的Β0Ρ;並且，本說明書的教導和發明不局限於或受限於特定立管或BOP的尺寸、類型或構造。
[0065]在部署過程中，BOP組120附加到立管105，降低到海底123並固定到井口 136。井口 136定位並固定到殼體(未示出)，所述殼體已經被粘結到鑽孔124。從此時起，一般地，鑽孔中所有的鑽探活動都通過立管和BOP進行。這樣的鑽探活動能夠包括,例如，從鑽探船100沿著立管的內部腔向下降低在其端部具有鑽頭的鑽杆串，穿過BOP組120的腔並進入鑽孔124。由此，該鑽柱能夠從在水表面125上的鑽探船100延伸到鑽孔的底部，可能是水表面125和海底123以下幾萬英尺。鑽頭能夠相對鑽孔底部旋轉，而鑽探泥漿向下泵入鑽杆內部並流出鑽頭。鑽探泥漿能夠攜帶鑽屑，如旋轉頭除去的鑽孔材料，沿在鑽孔壁和鑽柱外徑之間的環形空間向上，繼續向上穿過在BOP腔壁和鑽柱外徑之間的環隙，並繼續向上穿過在立管腔內徑和鑽柱外徑之間的環隙，直到鑽探泥漿和鑽屑通常地通過鐘形殼體(未示出)，或在極端情況下通過分流器128，定向到鑽探船100以處理或加工。由此，鑽探泥漿從鑽探船100泵送穿過立管中的鑽柱到鑽孔底部並通過雷射-立管BOP裝置104部分地返回到鑽探船。
[0066]立管的節一般垂直存儲在海上鑽機上。一旦鑽機已經到達鑽探位置，立管和BOP裝置被部署到海底。在一般情況下，應當認識到可以跟隨著不同的、變化的和詳細的步驟，作為部署BOP的第一步，BOP組被準備並定位於鑽臺之下和旋轉臺之下。三腳架和常平架(spider and gimbal)也相對旋轉臺定位。附加到BOP的最下部的立管節移入井架然後由井架中的起重設備降低穿過三腳架，並向下到在鑽臺下方的BOP，其在此連接到BOP。所述立管和BOP然後降低到一點，在該點立管節的上部聯接器處於可以容易地連接到下一個立管節的高於鑽臺的高度。三腳架保持立管在這個位置。一旦連接已經建立，然後降低兩個節和Β0Ρ，並重複這個過程直到已經添加和降低了足夠的立管節使BOP能夠到達並降落(附力口)到在海底的井口上。
[0067]在這個過程中，如果雷射模塊太大而不適合通過三腳架，其可以附加到在鑽臺以下的立管，或者，如果雷射模塊適合通過三腳架，其可以附加到在鑽臺以上的立管。另外，如果雷射模塊與立管節是一體的或者結合進立管節，那個節可以作為用來降低BOP到海底的立管節中的一個而添加到立管。
[0068]雷射-立管BOP裝置，可以利用單一的高功率雷射，而優選地可以具有兩個或三個高功率雷射，並且可以具有多個高功率雷射，例如六個或更多。因為它們的短啟動時間和基本上瞬時開啟的能力，高功率固態雷射器，特別是半導體雷射器和光纖雷射器是優選的。高功率雷射器例如可以是具有10kW、20kW、50kW或更高功率的光纖雷射器或半導體雷射器，並且其發射波長優選地在約1550nm (納米)，或1083nm範圍的雷射束。優選雷射器的例子，並且特別是諸如光纖雷射器的固態雷射器，記載於美國專利申請公開2010/0044106和2010/0215326以及正在申請的美國專利申請序列號12/840,978中。該雷射器，或多個雷射器，可以定位在海上鑽機上，水表面以上，並且通過高功率遠距離雷射傳輸線纜光學地連接到立管上的雷射模塊，所述傳輸線纜的優選例子記載於美國專利申請公開2010/0044106和2010/0215326以及正在申請的美國專利申請序列號12/840，978中。所述雷射傳輸線纜可以包含在線軸上，並且在立管節降低到海底時展開並附著到立管節上。雷射器，或多個雷射器，還可以包含在或關聯與BOP框架，並且具有從BOP框架沿立管向上延伸到定位在立管上的雷射模塊的光纜。由此，可能消除對用於從水表面向下傳輸雷射束到海底的高功率光纜的遠距離的需要。鑑於雷射模塊需要在其中運行的極端條件和對它們運行中的高可靠性的需要，雷射-立管BOP裝置的一個這樣的構造是具有至少一個定位在海上鑽機並通過高功率傳輸線纜連接到雷射模塊的高功率雷射器，並且是具有至少一個在海底BOP框架中或關聯與海底BOP框架並通過高功率傳輸線纜連接到雷射模塊的高功率雷射器。
[0069]在圖2A-C、3A-B、4A-B、5A-B和6A-B中，示出了關聯與具有諸如HMF聯接器的凸緣聯接器的雷射模塊的示例性實施例。雖然示出了凸緣聯接器以用於說明的目的，所述教導和保護的範圍可以涵蓋所有類型的立管連接，其包括各種類型的聯接器，所述聯接器使用諸如凸緣、螺栓、夾子、鮑恩、潤滑、爪、鑰匙、螺紋、粗牙螺紋、銷子的機械裝置和本領域已知或以後發展的其它附著裝置。由此，通過舉例的方式，立管聯接器能夠包括凸緣式聯接器，其使用凸緣和螺栓；爪式，其使用在盒子中由致動螺釘驅使進入接合的爪；和鑰匙式，其使用旋轉進入鎖定接合的鑰匙機構。凸緣式聯接器的例子可以是VetcoGray HMF。爪式聯接器的例子可以是VetcoGray MR-10E。鑰匙式聯接器的例子可以是VetcoGray MR-6H SE。雷射能量優選地定向到聯接器中的一個或多個區域或者這些區域的組合，所述區域中連接力是關鍵的、材料是最薄的、重要的結構特徵可被光束路逕到達。
[0070]在「A」圖中，以實線示出了立管凸緣並用虛線示出了相關的管和雷射模塊。「A」圖中還具有沿著「B」圖的A-A線的部分從視圖中刪去的剖視圖。在「B」圖中，示出了沿著兩個凸緣之間的橫向連接做出的凸緣和雷射模塊的橫截面。
[0071]由此，轉到圖2A、2B和2C，提供了立管節中心管200，其具有附著在其下端的凸緣
201。立管節中心管203具有附著在其上端的凸緣202。(雖然未在這個圖中示出，應當認識到立管節中心管200能夠具有附著在其上端的凸緣而且立管節中心管203能夠具有附著在其下端的凸緣。)凸緣201通過螺栓和螺母204、205、206、207、208、209連接到上部凸緣
202。同樣關聯與立管節200、203並延伸穿過凸緣201、202的是扼流線210、升壓線211、壓井線212、液壓線213和空白(例如，凸緣中的開放未填充孔)214、215。凸緣201具有外表面216、配合表面235和臺肩面236。凸緣203具有外表面217、配合表面237和臺肩面238。當凸緣201和202接合併連接時，表面235對著表面237接合而表面236對著表面238接合。雷射切割器220、221、222、223、224、225分別地具有柔性支撐線纜226、227，、228、229、230、231。雷射切割器光學關聯與至少一個高功率雷射器。雷射切割器包含在雷射模塊218的殼體219內。在這個實施例中，雷射切割器靠近螺栓頭定位，參見例如雷射切割器219和螺栓208，並且具有朝著螺栓定向的光束路徑。
[0072]轉到圖3A和3B，提供了立管節中心管300，其具有附著在其下端的凸緣301。立管節中心管303具有附著在其上端的凸緣302。(雖然未在這個圖中示出，應當認識到立管節中心管300能夠具有附著在其上端的凸緣而且立管節中心管303能夠具有附著在其下端的凸緣。)凸緣301通過螺栓和螺母304、305、306、307、308、309連接到上部凸緣302。同樣關聯與立管節300、303並延伸穿過凸緣301、302的是扼流線310、升壓線311、壓井線312、液壓線313和空白(例如，凸緣中的開放未填充孔)314、315。凸緣301具有外表面316、配合表面335和臺肩面336。凸緣303具有外表面317、配合表面337和臺肩面338。當凸緣301和302接合併連接時，表面335對著表面337接合而表面336對著表面338接合。雷射切割器320、321、322、323、324、325、326、327、328、329每一個具有柔性支撐線纜(未示出)。雷射切割器光學關聯與至少一個高功率雷射器。雷射切割器包含在雷射模塊318的殼體319內。在這個實施例中，雷射切割器定位靠近螺栓頭，參見例如雷射切割器334和螺栓308，並且靠近外部管道，參見例如雷射切割器326和升壓線311。雷射切割器具有朝著螺栓和外部管道定向的光束路徑。
[0073]轉到圖4A和4B，提供了立管節中心管400，其具有附著在其下端的凸緣401。立管節中心管403具有附著在其上端的凸緣402。(雖然未在這個圖中示出，應當認識到立管節中心管400能夠具有附著在其上端的凸緣而且立管節中心管403能夠具有附著在其下端的凸緣。)凸緣401通過螺栓和螺母404、405、406、407、408、409連接到上部凸緣402。同樣關聯與立管節400、403並延伸穿過凸緣401、402的是扼流線410、升壓線411、壓井線412、液壓線413和空白(例如，凸緣中的開放未填充孔)414,4150凸緣401具有外表面416、配合表面435和臺肩面436。凸緣403具有外表面417、配合表面437和臺肩面438。當凸緣401和402接合併連接時，表面435對著表面437接合而表面436對著表面438接合。雷射切割器420、421、422每一個具有柔性支撐線纜(未示出)。雷射切割器光學關聯與至少一個高功率雷射器。雷射切割器包含在雷射模塊418的殼體419內。在這個實施例中，雷射切割器定位靠近兩個凸緣的連接，即外表面417、416和配合表面435、437會聚的環。由此，在這個實施例中，雷射切割器定向進入凸緣，並且具有交叉於或沿著配合表面435、437接合而建立的環狀盤的光束路徑。
[0074]轉到圖5A和5B，提供了立管節中心管500，其具有附著在其下端的凸緣501。立管節中心管503具有附著在其上端的凸緣502。(雖然未在這個圖中示出，應當認識到立管節中心管500能夠具有附著在其上端的凸緣而且立管節中心管503能夠具有附著在其下端的凸緣。)凸緣501通過螺栓和螺母504、505、506、507、508、509連接到上部凸緣502。同樣關聯與立管節500、503並延伸穿過凸緣501、502的是扼流線510、升壓線511、壓井線512、液壓線513和空白(例如，凸緣中的開放未填充孔)514,5150凸緣501具有外表面516、配合表面535和臺肩面536。凸緣503具有外表面517、配合表面537和臺肩面538。當凸緣501和502接合併連接時，表面535對著表面537接合而表面536對著表面538接合。雷射切割器520、521、522每一個具有柔性支撐線纜(未示出)。雷射切割器光學關聯與至少一個高功率雷射器。雷射切割器包含在雷射模塊518的殼體519內。在這個實施例中，雷射切割器定位靠近臺肩部536、538。以這個方式，雷射器具有從雷射切割器定向到臺肩部536、538彼此接合區域的光束路徑。另外，在這個實施例中，光束路徑定向穿過凸緣連接的最薄的區域，並由此為雷射切割器呈現了最少量的需要移除的材料。
[0075]轉到圖6Α和6Β，提供了立管節中心管600，其具有附著在其下端的凸緣601。立管節中心管603具有附著在其上端的凸緣602。(雖然未在這個圖中示出，應當認識到立管節中心管600能夠具有附著在其上端的凸緣而且立管節中心管603能夠具有附著在其下端的凸緣。)凸緣601通過螺栓和螺母604、605、606、607、608、609連接到上部凸緣602。同樣關聯與立管節600、603並延伸穿過凸緣601、602的是扼流線610、升壓線611、壓井線612、液壓線613和空白(例如，凸緣中的開放未填充孔)614、615。凸緣601具有外表面616、配合表面635和臺肩面636。凸緣603具有外表面617、配合表面637和臺肩面638。當凸緣601和602接合併連接時，表面635對著表面637接合而表面636對著表面638接合。雷射切割器620、621、622每一個具有柔性支撐線纜(未示出)。雷射切割器光學關聯與至少一個高功率雷射器。雷射切割器包含在雷射模塊618的殼體619內。在這個實施例中，雷射切割器靠近螺栓的螺母定位，參見例如雷射切割器620和螺栓608上的螺母，並且具有朝著螺母定向的光束路徑。
[0076]用於雷射模塊的殼體可以與凸緣中的一個是一體的。殼體可以是兩個部分，其每個部分與凸緣是一體的，並且由此，凸緣連接時殼體部分將會結合在一起。殼體可以向內延伸，並且與中心管或者在凸緣上或者在凸緣下結合。當殼體向內延伸時，它可以構造為保持水在光束路徑外，所述光束路徑在雷射切割器和例如螺栓頭的被切割材料之間。但是，在這種殼體構造的情況下，必須小心以使殼體以提供到螺栓和螺母的通路以及到外部管道的通道的方式裝配。所述殼體可以是開口環類型的構造或者可以是分為兩個或更多的半圓形部分，此部分在凸緣已被連接到一起後圍繞凸緣連接在一起，或者圍繞中心管或立管連接在一起。
[0077]優選地，在激活後，雷射切割器將沿著它們各自的光束路徑傳播(通常也被稱為作為發射或射出雷射以創建雷射束)它們各自的雷射束。切割器然後會繞著立管旋轉使光束路徑切割另外的材料。例如在圖4A-B的實施例中，雷射切割器必須旋轉約比完整轉動的1/3多一點以切透立管接頭連接的整個圓周。可以利用非旋轉的雷射切割器，但是，在這樣的情況下，為保證立管的快速、乾淨和受控的切割，應使用更大數量的切割器，諸如每一個螺栓具有雷射切割器的圖3A-B的實施例。高功率雷射能量束的傳遞會切割，或者以其它方式，移除在光束路徑中的材料。由此，高功率雷射能量，例如，能夠切割保持兩個立管凸緣在一起的螺栓；並且分離或切斷通過那些螺栓保持在一起的兩個立管節。
[0078]雖然未在圖中示出，本說明書的雷射模塊和教導可使用於目前存在的任何類型的立管聯接器，其包括爪式聯接器和旋轉鑰匙式聯接器，以及還有待發展的將來的立管聯接系統，和本文的教導可能會引起的立管聯接系統。
[0079]圖7A和7B示出了雷射立管分離部分的實施例。圖7B是雷射立管分離部分沿著圖7A中的線B-B作出的橫截面視圖。提供了立管節700。立管節700具有中心管703，其在它的端部具有上部聯接器701和下部聯接器702。這些聯接器可以是鑽探領域的技術人員已知的任何類型的立管聯接器，並且能夠包括凸緣式、爪式和旋轉鑰匙式聯接器。立管節700具有與之相關的四個外部管道，壓井線704、扼流線705、升壓線706和液壓線707。立管節700具有雷射模塊708，其具有殼體709。外部管道構造為繞過雷射殼體，例如在雷射殼體外部。由此，雷射切割器710、711可以靠近立管節700的中心管703。雷射切割器具有送入饋通裝置714並進入導管715的柔性支撐線纜712、713，其用於連接到高功率雷射能量源和可以利用在雷射切割器的操作或監控中的其他材料。柔性支撐線纜具有額外的鬆弛或長度以容許雷射切割器710、711繞著中心管703圓周的旋轉。在圖7A和7B的實施例中，所述切割器必須移動約1/2的旋轉以切斷中心管材703。
[0080]在圖9中提供了雷射立管模塊以附加到立管的中間部分，用於在遠離立管聯接器的部分切斷該立管。由此，在圖9中示出了立管900的一部分，其在遠離聯接器沿著立管的位置(未在這個圖中示出)。立管節900具有中心管903以及壓井和扼流線，例如，904、906。立管節900具有雷射模塊909，其具有雷射切割器，例如，911、912和913。所述模塊和雷射切割器以該雷射切割器會切割扼流和壓井線，和優選地切割中心管外部的所有線路，以及中心管的方式定位。這個模塊中的切割器可以旋轉，以風扇運動方式移動。可以採用更多和更少的切割器。所述模塊可以固定到立管節、在部署過程附加到立管節、或在部署之後通過ROV (「遠程操作車輛」)附加到立管節、或者它可以是一體的或可拆卸的。
[0081]圖2A，2B和2C的雷射切割器224將被用作示例，應理解的是本文公開和描述的其他雷射切割器可以具有相似的構造。由此，轉到圖2C，其是圖2A的一部分的放大視圖，示出了雷射切割器224的雷射釋放端250。從雷射切割器224傳播的雷射束會跟隨的光束路徑251在雷射釋放端250和將要切割的立管節部件之間延伸，所述將要切割的立管節部件在這個示例中是螺栓208。殼體219具有構造為或以其他方式適合接觸、關聯與或接合將被雷射切割的立管部件。殼體219具有遠離內部區域252的外部區域253。一般地說，殼體內部區域將最接近立管而殼體外部區域將最遠離立管。
[0082]需要在外部管道上具有快速分離閥門或裝置以在立管中心管、外部管道、螺栓或保持立管節在一起的其它裝置，或它們全部被切斷時，便利於它們的分離和關閉或關斷。這些用於外部管的分離裝置應以如果雷射模塊被激活並切斷立管或是削弱立管時，防止它們攜帶的材料溢漏的方式定位使得快速分離稱為可能。[0083]雷射模塊可以包含防護罩從而為雷射切割器提供對水、壓強或立管在其中部署的其它海底環境條件的或多或少的保護。防護罩可以是殼體的部分或它可以是單獨的部件。它可以有助於雷射模塊壓強的管理，或貢獻於雷射模塊的壓強管理。防護罩可以由諸如鋼或其它類型的金屬或者既足夠堅固以保護雷射切割器又可以通過雷射束在其發射時快速切表I]的其它材料的材料製成。所述防護罩還能夠從雷射束的光束路徑上移開。在這種構造中，雷射模塊激活後，防護罩會從光束路徑上移開。在可移動防護罩構造中，防護罩不必是容易地被雷射束切割的。
[0084]雖然對於單個立管節顯示了單個雷射模塊，多個雷射模塊、不同形狀的模塊和在不同位置的模塊可以被採用。更進一步，各自具有其自己的雷射模塊的多個立管節可以用於在海上鑽機和BOP之間的不同位置的立管中。產生精確和預定的雷射能量到立管的傳輸模式的能力和做出在立管中並穿過立管的精確和預定的切割的能力，提供了即使在緊急情況下切斷立管而不壓碎它並且以對立管最小的損壞而這樣做的能力。
[0085]雷射模塊可以是機加工以容納雷射切割器的單體，或者它可以由多個部分安裝在一起製成，安裝的方式為其擬定用途提供充分的強度，並且特別是承受1，OOOpsi,
2,OOOpsi,4, 500ps1、5，OOOpsi和更大的壓強。該模塊需要能夠在BOP定位的深度會出現的壓強下運行，由此例如在1，000ft,5, OOOftUO, OOOft和可能更大的深度下。殼體包含雷射切割器的區域可以是加工出來的，或者是裝配出來的以容納雷射切割器，同時為主體的擬定用途保持足夠的強度要求。雷射模塊的殼體也可以是兩個或更多的單獨的部件或零件，例如用於上半部分的一個部件和用於下半部分的一個部件，或者用於繞著立管連接的環狀部分的多一個部件。這些部件可以通過例如螺栓凸緣、或海上鑽探領域的一個技術人員已知的其它合適連接裝置而彼此連接。雷射模塊或殼體可以具有通路、多個通路、通道或其它這樣的結構以傳送用於從雷射源傳輸雷射束進入殼體和雷射切割器的光纖光纜，以及與雷射傳輸裝置的運行或監控和它的切割操作相關的其它線纜。
[0086]圖8A至SC示出了雷射模塊實施例的橫截面視圖。這些圖還示出了雷射模塊800的在切割例如立管聯接器812時的操作順序。在這個實施例中，雷射模塊800具有四個雷射切割器826、827、828和829。柔性支撐線纜與每個雷射切割器關聯。由此，柔性支撐線纜831與雷射切割器826關聯，柔性支撐線纜832與雷射切割器827關聯，柔性支撐線纜833與雷射切割器828關聯，而柔性支撐線纜830與雷射切割器829關聯。柔性支撐線纜位於通道839中並進入饋通裝置813。在饋通裝置813的一般區域，支撐線纜從柔性轉變成半柔性，並可以進一步包括在導管838中以用於到高功率雷射器或用於切割操作的其它材料源的傳送。柔性支撐線纜830、831、832和833具有額外的或附加的長度，所述長度容納雷射切割器826、827、828和829圍繞軸811和圍繞立管聯接器812的運轉。
[0087]圖8A至SC示出了雷射模塊800切割立管聯接器812的啟動順序。在這個例子中，所述順序的第一個視圖(例如，快照，因為所述順序優選地是連續的而非跳動的或分步的)示出在圖8A中。當激活時，四個雷射切割器826、827、828和829發射沿著光束路徑850、851,852和853傳播的雷射束。光束路徑850、851、852和853從雷射切割器826、827、828和829朝著中心軸811延伸並由此與立管聯接器812相交。所述光束朝著立管聯接器812的中心軸811定向。因此，所述光束從模塊內部和立管外部發射並沿它們各自的光束路徑朝著立管聯接器的中心軸傳播。雷射光束衝擊立管聯接器812並開始切割，即從立管聯接器812移除材料。
[0088]如果立管聯接器812被視作鐘錶盤，雷射切割器826、827、828和829可以被視作最初分別地位於12點鐘、9點鐘、6點鐘和3點鐘。激活後，雷射切割器和它們各自的雷射束開始繞著中心軸811和立管聯接器812運轉。(在這種構造中，雷射切割器在運轉時也會繞著它們自己的軸旋轉，並由此，如果它們移動經過一個完整的軌道，它們也會已經移動經過一個完整的轉動。)在本示例中，如圖中所觀察到的，切割器和光束以逆時針方向運轉；但是，也可以使用順時針的轉動。
[0089]由此，如在所述順序的下一視圖圖8B中所看到的，雷射切割器826、827、828和829已經旋轉了 45度，同時沿著光束路徑850、851、852和853傳播的雷射束已經切穿了立管聯接器812的圓周的四個1/8部分(B卩，總共一半)。圖SC然後顯示切割器已經移動經過了四分之一圈。由此，切割器826可以被視為已經從12點鐘位置移動到9點鐘位置，同時其它切割器已經類似地改變了它們各自的鐘表面位置。由此，通過移動經過四分之一圈，光束路徑850、851、852和853將已經越過了立管聯接器812的整個圓周而沿著這些光束路徑的雷射束將切斷該立管聯接器。
[0090]雷射切割器的軌道運動的速率取決於使用的切割器的數量、雷射束在衝擊將要切割的材料時的功率、它們的厚度和雷射切割所述材料的速率。軌道運動的速度應該足夠慢以確保擬定的切割能夠完成。除了轉圈的切割器，雷射束可以掃描，例如以類似風扇的模式移動。在這種方式中，光束路徑能夠沿著例如管狀區域的將要切割的區域掃描，而切割器或至少切割器的底部保持在固定的位置。這種雷射束的掃描可以例如通過繞著固定點來回移動切割器實現，所述運動類似搖擺風扇的運動。它也可以通過具有包含在切割器內以類似風扇的模式掃描光束路徑和由此的雷射束例如雷射掃描器的光學器件實現。例如，旋轉的多面鏡或稜鏡(prim疑為prism)可以用作掃描器。但是，應注意的是掃描過程一般來說可能比本說明書提供的其它切割方法效率更低。用於光束路徑和雷射束的另外的掃描模式許多也可以用來完成或處理特定的切割應用或BOP腔中的管狀構造。
[0091]雷射切割器的軌道或其它運動可以通過本領域已知的機械、液壓和機電系統完成。例如，切割器可以安裝到步進電機上，所述步進電機的供電是通過BOP內的電池、從表面來的電纜或兩者兼而有之。步進電機可以進一步具有與其關聯的控制器，這個控制器可以構造為控制步進電機執行對應於特定切割步驟的動作。凸輪作業系統也可以用來移動切割器經過切割運動或循環。所述凸輪可以通過電動馬達、液壓馬達、液壓活塞、或前述的組合來驅動，以在一種運動裝置失敗的情況下，優選地提供一種移動切割器的備份系統。齒輪箱，齒條齒輪裝置或它們的組合可以結合電動馬達、液壓馬達或活塞裝置用於提供切割器的運動。控制系統可以是集成於切割器運動裝置，諸如步進電機控制組合，可以是BOP的部件，諸如與其它控制系統包含在BOP上，或者它可以是在鑽機上，或者是前述的組合。
[0092]術語「完全的」切割和類似這樣的術語的使用，包括切斷立管成兩部分，即完全穿過壁並繞立管中心管整個圓周的切割，以及，在其中足夠的材料被從立管移除以充分地削弱立管，從而保證鑽機從BOP受控的和快速的釋放或分離可以發生的切割。取決於具體的構造和立管-BOP裝置的擬定用途，完全的切割可以是，例如:切斷立管成兩個單獨的部分；切斷立管中心管成兩個單獨的部分；切斷立管中心管和至少一個或更多的外部管道成單獨的部分；繞著立管外部部分移除環狀材料，從約10%到約90%的壁厚；一些在壁上創建的穿孔，但不會延伸穿透立管壁；一些完全穿透立管壁的穿孔；一些在壁上創建的狹縫，但不會延伸穿透立管壁；一些完全穿透立管壁的狹縫；通過本說明書公開的構造移除的材料；切割用於連接立管節在一起的裝置；使用任一種前述類型的材料移除，削弱用於連接立管節在一起的裝置；或其它模式的材料移除和前述的組合。優選的是所述完全的切割在不到一分鐘內做成，並且更加優選的是所述完全切割在30秒或更短內做成。
[0093]在旋轉雷射模塊中的雷射切割器數量越大，在同樣的時間量下完成切割的軌道運動速率可以越慢。另外，增加雷射切割器的數量減少完成立管切割的時間，而不必增加軌道速率。增加雷射束的功率將使管材能夠更快地切割，並由此允許更快的運轉速率、更少的雷射切割器、更短的時間以完成切割，或它們的組合。
[0094]用於本發明實施例的示例和附圖中的雷射切割器可以是任何適合於高功率雷射能量傳遞的設備。由此，可以採用任何用於使雷射束達到極點和聚焦雷射束的光學元件。但是，進一步的考慮是立管流體光學效應的管理，所述流體例如立管外部的海水或水、從切割扼流線、切割壓井線或切割立管中心管而來的泥漿或其它材料、或從切割液壓線而來的液壓流體，所述流體可以位於在雷射切割器和立管、聯接器、中心管道、外部管道、螺栓、螺母或將要切割的其他結構之間的光束路徑內。
[0095]通過舉例的方式，這樣的立管流體可以包括水、海水、鹽水、滷水、鑽漿、氮氣、惰性氣體、柴油、霧、泡沫、或碳氫化合物。很可能也能夠出現在這些鑽井流體中的是例如碎片的鑽孔鑽屑，所述鑽屑移除於，或生成於，鑽孔的推進或其它井下操作。可以存在兩相流體和三相流體，其可以相當於兩種或三種不同類型材料的混合物。這些立管流體能夠幹擾雷射束切割管材的能力。這樣的流體可能不傳輸或可能僅部分地傳輸雷射束，並由此在雷射束穿過它們時幹擾或減低雷射束的功率。如果這些流體是流動的，這樣的流動可能進一步增加它們的非透射性。這些流體的非透射性和部分透射性可以產生於數個現象，包括但不局限於，吸收、折射和散射。另外，非透射性和部分透射性可以是，並很可能是，取決於雷射束的波長。
[0096]在21"立管中，取決於雷射切割器的構造和立管聯接器的尺寸，雷射束可能需要通過超過8"的立管流體(例如，從HMF凸緣外表面到立管節中心管內表面的距離)。在其它的構型中，雷射切割器可以定位為接近或非常接近將要切割的結構並且以保持這種接近的方式移動。在這些構造中，雷射束在雷射切割器和將要切割的結構之間傳播的距離可以保持在約2"內、小於約2"、小於約I"和小於約1/2"，並且保持在小於約3"到小於約1/2"和小於約2"到小於約1/2"的範圍內。
[0097]特別地，對於那些雷射有例如大於I "或2 "相對長的距離(雖然這個距離可能是或多或少取決於雷射功率、波長、鑽井流體類型，以及其它因素)要傳播的構造和實施例，有利的是最小化這樣的立管流體的有害效應，並基本上保持，或確保，這樣的流體不會干擾雷射束的傳輸，或者使用足夠的雷射功率以克服從穿過這樣的流體傳輸雷射束可能會發生的任何損失。為此目的，機械型、壓強型和噴射型系統可以用來減輕、最小化或充分地消除鑽井流體對雷射束的影響。
[0098]例如，機械設備可以用來隔離雷射切割將要執行的區域，然後立管流體可以從這個隔離區域移除，以舉例的方式，通過插入惰性氣體或諸如油或柴油的光學傳輸流體。流體在這種構造中的使用具有其基本上不可壓縮的額外的好處。另外，充滿光學傳輸流體(氣體或液體)的類似通氣管的機械設備或者管可以延伸於或者放置於雷射切割器和將要切割的結構之間的區域。雷射束以這種方式傳輸通過通氣管或管到所述結構。
[0099]高壓氣體射流可以同雷射切割器和雷射束一起使用。高壓氣體射流可以用於為雷射束清理路徑或部分的路徑。該氣體可以是惰性氣體，或者它可以是空氣、氧氣、或加速雷射切割的其它類型的氣體。相對小的氧氣需要量，和它將通過雷射-金屬-氧氣反應被管材燃燒消耗的較快的速率，應該不存在對鑽機、表面設備、人員、或海底部件的火災隱患或風險。
[0100]氧氣、空氣的使用或非常高功率雷射束的使用，例如大於lkw，能夠在切割區域產生和維持等離子泡沫或氣體泡沫，其可能部分地或完全地取代在雷射束路徑中的鑽井流體。
[0101]具有單液體流的高壓液體射流可以同雷射切割器和雷射束一起使用。用於射流的液體對雷射束應當是透射性的或至少基本上是透射性的。在這種類型的射流雷射束組合中，雷射束可以與射流同軸。但是，這種構造具有射流部不作為波導的不足和問題。這種單射流構造的另一不足和問題是射流必須同時提供保持鑽井流體遠離雷射束的力又作為傳輸光束的介質。
[0102]複合流體雷射射流可以用作雷射切割器。所述複合流體射流具有被環形外部射流環繞的內部核心射流。雷射束通過光學器件定向進入核心射流並通過核心射流傳輸，所述核心射流起波導的作用。單個環形射流可以環繞核心，或者可以採用多個嵌套的環形射流。這樣，複合流體射流具有核心射流。這個核心射流被第一環形射流環繞。這個第一環形射流也可以被第二環形射流環繞；而第二環形射流可以被第三環形射流環繞，其可以被另外的環形射流環繞。所述外部環形射流作用為保護內部核心射流防止出現在雷射切割器和將要切割的結構之間的環隙中的鑽井流體。核心射流和第一環形射流應當由具有不同折射率的流體製成。在復活射流僅具有核心射流和環繞核心射流的環形射流的情況下，組成核心射流的流體的折射率應當大於組成環形射流的流體的折射率。以這種方式,折射率的不同使復活流體射流的核心能夠起波導的作用，保持雷射束包含在核心射流內，並在核心射流中傳輸雷射束。另外，在這種構造中，雷射束不會明顯，如果有的話，離開核心射流並進入環形射流。
[0103]組成複合流體射流的各種射流的壓強和速度可以依賴應用和使用環境而變化。由此，通過舉例的方式，壓強的範圍可以從約3000psi到約4000ps1、約30，OOOps1、優選地約70，000ps1、到更大的壓強。核心射流和環形射流可能是相同的壓強，或者可能是不同的壓強，核心射流可能是更高的壓強或者環形射流可能是更高的壓強。優選地，核心射流相比環形射流是更高的壓強。通過舉例的方式，在多重射流構造下，核心射流可以是70，OOOpsi，第二環形射流(其定位成鄰近核心和第三環形射流)可以是60，OOOpsi而第三(外側，其定位成鄰近第二環形射流並接觸工作環境介質)環形射流可以是50，OOOpsi。射流的速度可以是相同的或不同的。由此，核心射流的速度可以大於環形射流的速度，環形射流的速度可以大於核心射流的速度而多個環形射流的速度可以是不同或相同的。核心射流和環形射流的速度可以被選擇使得核心射流不接觸鑽井流體，或這樣的接觸被最小化。射流的速度範圍可以從相對慢到非常快並且優選地範圍從約lm/s (米/秒)到約50m/s、約200m/s、約300m/s和更大。第一次形成射流的順序可以是首先是核心射流隨後是環形圈、首先是環形圈射流隨後是核心、或者核心射流和環形圈是同時形成的。為了最小化，或者消除，核心與鑽井流體的相互作用，環形射流是首先產生的隨後是核心射流。
[0104]在用於形成射流的流體的選擇中和在流體折射率不同的量的確定中，雷射束的波長和雷射束的功率是應被考慮的因素。由此，例如對具有在1080nm (納米)範圍的波長的高功率雷射束，核心射流可以由具有約1.53的折射率的油製造，而環形射流可以由具有從約1.33到約1.525的折射率的油和水的混合物製造，由此，用於這種構造的環形射流能夠分別地具有從約0.95到約0.12的NA (數值孔徑)。這樣的複合流體雷射射流的進一步的細節、描述和例子包含在Zediker等的臨時美國專利申請，序列號61/378，910，標題為「波導雷射射流和使用方法(Waveguide Laser Jet and Methods of Use)」,提交於2010年8月31日，其全部公開內容通過引用合併於此。應注意的是，所述通過本文參考的合併沒有提供對這些申請的發明或由此產生的任何專利的實行或使用的任何權利，並且沒有授予或產生據此的任何許可。
[0105]雷射束接觸將要切割的結構的角度可以是被在雷射切割器內的光學器件決定，或者它可以是被雷射切割器自己的角度或定位決定。可以使用有利於或者基於立管、外部管道、聯接器、或其組合的構造的角度。
[0106]在本發明的構造中使用的雷射切割器的數量可以是單個切割器、兩個切割器、三個切割器和直到並包括12個或更多的切割器。如上面討論的，雷射切割器的數量取決於數個因素並且對任何特定構造和最終用途的切割器最優數量可以基於最終用途的需求以及在這個說明書中提供的公開和教導確定。切割器還可以定位成使得它們各自的雷射束路徑是平行的，或者至少在立管中心軸之內是不相交的。
[0107]雷射功率、通量和切割速率的例子基於發表的數據記載於表1。
[0108]表1
[0109]`
類型厚度雷射功率光斑大小雷射通量氣體切割速率
(mm)(瓦特) (微米) (MW/cc2)(m/min)
低碳鋼 15 5,000300__TA__^__1-8
不鏽鋼 15 5,000 300300 丨 N2 | 16
[0110]用於雷射切割器的柔性支撐線纜為執行切割操作提供了所需的雷射能量和其它材料。雖然對每個雷射切割器顯示為單個線纜，可以使用多個線纜。由此，例如，在雷射切割器採用複合流體雷射射流的情況下，所述柔性支撐線纜可以包括高功率光纖、用於核心射流流體的第一線路和用於環形射流流體的第二線路。這些線路可以組合成單個線纜或者它們可以保持獨立。另外，例如，如果利用了採用氧氣射流的雷射切割器，切割器會需要高功率光纖和氧氣線路。這些線路可以組合成單個線纜或它們可以保持獨立如多個線纜。所述線路和光纖應當覆蓋在柔性保護層或外護套中以保護它們免受立管流體、海底環境和雷射切割器的運動，而同時保持足夠的柔性以適應雷射切割器的軌道運動。隨著支撐線纜靠近饋通裝置，其柔性降低而可以採用更加堅固的裝置來保護它們。例如，光纖可以放置於金屬管中。在裝配雷射模塊和立管、搬運立管或模塊、部署立管的過程中以及從海底環境條件中，遠離饋通裝置的導管可以為支撐線纜添加額外的保護。
[0111]優選的是饋通裝置、導管、支撐線纜、雷射切割器和與雷射切割器的操作相關的其它海底部件，應當建造為滿足預定用途的壓強需求。如果其不能滿足對特定用途的壓強需求，或者需要冗餘保護，雷射切割器的相關部件可以包含在或包圍於滿足所述需求的結構。對深水和極深水用途，雷射切割器的相關部件應當優選地能夠在2，OOOpsi,4, 500ps1、5，OOOpsi或更大的壓強下操作。對滿足這些壓強需求有用的所述材料、配件、裝置對海上鑽探領域、相關的海底遠程操作車輛(ROV)領域和高功率雷射領域內的普通技術人員是已知的。
[0112]本發明可以以在本文具體公開的那些以外的形式中體現，而不脫離其精神或基本特徵。所描述的實施例都被認為是在所有方面僅是說明性的而不是限制性的。
【權利要求】
1.一種雷射-立管防噴器裝置，其用於可操作地釋放地關聯在水體表面上的海上鑽機、船舶或平臺與在水體海底中的鑽孔，所述雷射-立管防噴器裝置包括: a.立管節，其包括第一和第二端部，其中第一端部具有第一聯接器而第二端部具有第二聯接器； b.雷射模塊，其可操作地關聯立管節；和， c.防噴器，其構造為可操作地關聯立管節和鑽孔； d.其中，當雷射-立管防噴器裝置被部署和可操作地關聯具有海底鑽孔的海上鑽機時，發射雷射束的雷射模塊可以在立管節上的預定位置完全地切割立管節，從而從防噴器上釋放海上鑽機。
2.根據權利要求1所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，所述第一聯接器選自下列組成的組中:爪式連接器、凸緣連接器、鑰匙式連接器、夾式連接器、鮑恩連接器和螺紋連接器。
3.根據權利要求1所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，所述第二聯接器是防噴器連接器。
4.根據權利要求3所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，所述防噴器連接器是液壓的。
5.根據權利要求1所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，光束路徑朝向第一聯接器定向。
6.根據權利要求1所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，光束路徑朝向第二聯接器定向。
7.根據權利要求1所述的雷射-立管防噴器裝置，還包括29個附加的立管節。
8.一種雷射-立管防噴器裝置，包括:立管節，所述立管節包含用於聯接的第一裝置和用於聯接的第二裝置；用於提供雷射束以切割立管節的部件的裝置；和防噴器。
9.根據權利要求8所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於聯接的第一裝置是爪式立管聯接器。
10.根據權利要求8所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於提供雷射束的裝置包括用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，光束路徑朝向用於聯接的第一裝置定向。
11.根據權利要求8所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於聯接的第一裝置是凸緣式立管聯接器。
12.根據權利要求11所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於提供雷射束的裝置包括用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，光束路徑朝向用於聯接的第一裝置定向。
13.根據權利要求8所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於聯接的第一裝置是鑰匙式立管聯接器。
14.根據權利要求13所述的雷射-立管防噴器裝置，其中，用於提供雷射束的裝置包括用於發射具有光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，光束路徑朝向用於聯接的第二裝置定向。
15.一種用於與海洋立管一起使用的雷射模塊，所述雷射模塊包括: a.殼體，所述殼體構造為與海洋立管關聯，所述殼體限定內部區域，由此所述海洋立管的至少一部分可以包含在內部區域內；b.殼體，其具有第一雷射切割器和第二雷射切割器； c.所述第一雷射切割器和第二雷射切割器，其位於殼體內並且所述第一雷射切割器和第二雷射切割器中的每一個都具有雷射釋放端； d.第一光束路徑，其從第一雷射切割器的雷射釋放端延伸到殼體的內部區域；和 e.第二光束路徑，其從第二雷射切割器的雷射釋放端延伸到殼體的內部區域。
16.根據權利要求15所述的雷射模塊，其中，所述殼體包括環形殼體，所述環形殼體具有包含殼體的環狀空間的內部區域，並且其中，海洋立管包括中心管、外部管道和聯接器，並且其中，環形殼體構造為容納所述中心管、外部管道和聯接器。
17.根據權利要求15所述的雷射模塊，其中，所述第一光束路徑朝向部分的內部區域定向，所述部分構造成適合於鄰近海洋立管的中心管放置。
18.根據權利要求15所述的雷射模塊，其中，所述第一光束路徑朝向部分的內部區域定向，所述部分構造成適合於鄰近海洋立管的外部管道放置。
19.根據權利要求15所述的雷射模塊，其中，所述第一光束路徑朝向部分的內部區域定向，所述部分構造成適合於鄰近海洋立管的聯接器放置。
20.根據權利要求15所述的雷射模塊，其中，所述第一和第二雷射切割器構造在所述殼體內以在殼體內移動，由此，第一和第二雷射切割器在殼體與所述海洋立管關聯時具有至少部分地繞海洋立管運轉的能力。
21.一種快速釋放立管節，包括: a.立管節，其包括具有第一聯接器的第一端部、具有第二聯接器的第二端部和中心管; b.雷射切割器；和， c.光束路徑，其在雷射切割器和立管節之間延伸。
22.根據權利要求21所述的快速釋放立管節，其中，所述第一聯接器包括栓子並且光束路徑朝向所述栓子定向。
23.—種海上鑽機系統,包括: 海上鑽機；和 快速釋放立管防噴器裝置，所述裝置包括: a.立管，其包括多個立管節，其中，所述多個立管節構造用於從海上鑽機降低並可操作地連接海上鑽機至位於或靠近海底的深度。 b.防噴器，其構造為可操作地連接到立管並被立管從海上鑽機降低到海底；和 c.立管，其包括雷射模塊； d.雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，其中，所述光束路徑從所述雷射切割器朝向多個立管節的一個定向； e.其中，當所述裝置被部署和可操作地關聯具有海底鑽孔的海上鑽機時，發射雷射束的雷射模塊可以在預定的位置完全地切割所述多個立管節的一個的至少一部分，從而提供海上鑽機從防噴器上的快速釋放。
24.一種通過使用與立管節關聯的雷射模塊而鑽探海底井的方法，所述方法包括: a.使用包括多個立管節的立管從海上鑽機降低防噴器到海底，其中，所述防噴器包含由防噴器限定的防噴器腔，立管包含由立管限定的立管腔；b.多個立管節中的一個具有與之關聯的雷射模塊，其中，所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，並且其中，所述光束路徑從所述雷射切割器朝向所述多個立管節的一個的部件定向； C.固定防噴器到限定鑽孔腔的鑽孔，由此所述鑽孔腔、防噴器腔和立管腔處於流體和機械聯通；和 d.通過從海上鑽機降低管材向下穿過立管腔、防噴器腔並進入鑽孔而推進鑽孔； e.由此，通過在緊急情況下具有從雷射模塊發射雷射束以完全地切割在光束路徑中的所述多個立管節的一個的部件，從而削弱所述立管的能力，鑽探操作被增強了。
25.一種通過使用與立管節關聯的雷射模塊而在海底井上進行鑽探、維修、幹預、完成或服務活動的方法，所述方法包括: a.在水體表面和海底之間定位立管，所述立管包括由立管限定的立管腔，其中所述立管與海底井和海上鑽機、船舶或平臺處於流體連通； b.使得雷射模塊與所述立管關聯，其中，所述雷射模塊包括用於發射限定光束路徑的雷射束的雷射切割器，並且其中，所述光束路徑從所述雷射切割器朝向所述立管的部件定向；和 c.通過推進結構使其穿過立管腔而在井上進行活動； d.提供從雷射模塊發射雷射束以完全地切割在光束路徑中的立管，從而削弱立管的能力並提供立管的受控分離。`
【文檔編號】E21B33/06GK103502564SQ201280019473
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月24日 優先權日:2011年2月24日
【發明者】M.S.澤迪克, H.A.伯傑龍, P.V.克拉克, B.O.費爾克洛斯, J.F.莫克斯利, P.D.多伊奇, C.C.林茲勒 申請人:福羅能源股份有限公司, 雪佛龍美國股份有限公司