用于控制深水钻探的紧急情况的激光辅助系统 |
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| 申请号 | CN201280019934.9 | 申请日 | 2012-02-24 | 公开(公告)号 | CN103492667A | 公开(公告)日 | 2014-01-01 |
| 申请人 | 福罗能源股份有限公司; 雪佛龙美国股份有限公司; | 发明人 | M.S.泽迪克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种大功率激光立管防喷器系统和用于其操作的 控制器 。该系统利用与立管和防喷器关联的大功率激光切断机来提供整体操作，以迅速地削弱或者切断管状部而解决在深海钻探期间会出现的可能意外事故和紧急情况。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光立管和防喷器系统，所述激光立管和防喷器系统用于海上钻探钻机、船舶或者平台以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述激光立管防喷器系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于控制深水钻探的紧急情况的激光辅助系统技术领域[0002] 如在此使用的，除非另作规定，术语“防喷器”、“BOP”和“BOP堆叠”被赋予它们最宽泛的可能含义，并且包括：（i）定位在钻孔表面、例如海底处或附近的装置，该装置用以容纳或者管理与钻孔关联的压力或者流量；(ii)用于容纳或者管理钻孔中与立管关联的压力或者流量的装置；(iii)具有任意数量的闸板、阀门或者弹性栓塞或其组合用于控制或者管理井眼压力或者流量的装置；(iv)海底BOP堆叠，所述海底防喷器组可包含例如剪断闸板、管子闸板、全封闭防喷器闸板和环形防喷器；和(v)用以控制井眼压力、流量或者两者并且具体地用以控制或者管理紧急的流量或者压力情况的流量和压力管理装置的其它这种类似组合和组件。 [0003] 如在此使用的，除非另作规定，“海上”和“海洋钻探活动”以及这种类似术语使用它们最宽泛的含义，并且将包括在任何水域上或中进行的钻井活动，所述水域可以是淡水或咸水、是人工的或者天然的，诸如，例如河流、湖泊、运河、内海、大洋、海洋、港湾和海湾，诸如墨西哥湾。如在此使用的，除非另作规定，术语“海上钻探钻机”被赋予其最宽泛的可能含义，并且将包括固定塔、供应船、平台、驳船、自升式平台、浮式平台、钻探船、动态定位的钻探船、半潜水船和动态定位的半潜水船。如在此使用的，除非另作规定，术语“海底”被赋予其最宽泛的可能含义，并且将包括位于任何水域之下或在其底部处的土地的任何表面，所述水域可以是淡水或者咸水、是人工的或者天然的。如在此使用的，除非另作规定，术语“井眼”和“钻孔”被赋予它们的最宽泛的可能含义，并且包括被钻孔或者以别的方式制成在土地表面、例如海底或者海床中的任何孔，并且将进一步包括勘探井、生产井、弃井、重用井、改造井和注入井。如在此使用的，术语“立管”被赋予其最宽泛的可能含义，并且将包括这样的任何管状部，该管状部将位于水域表面上或以上的平台，包括海上钻探钻机、浮式储油卸油(FPSO)船舶、浮式储气卸气（FGSO）船舶，连接到位于海底处、上或附近的结构，用于诸如钻探、生产、修井、维修、油井服务、调停和完井的活动的目的。 [0004] 如在此使用的，术语“钻杆”被赋予其最宽泛的可能含义，并且包括用于钻井活动的所有形式的管子；并且指代单节或者单件的管子。如在此使用的，术语“钻杆的立根”、“钻杆立根”、“管子的立根”、“立根”和类似类型的术语被赋予它们的最宽泛的可能含义，并且包括典型地通过具有螺纹连接的接头相连的、例如被连接在一起的两节、三节或者四节钻杆。如在此使用的，术语“钻柱”、“管柱”、“钻杆的管柱”、“管子的管柱”和类似类型的术语将被赋予它们的最宽泛的限定，并且将包括连接在一起用于在钻孔中使用的目的的立根。由此，钻柱可包括许多立根和数百节的钻杆。 [0005] 如在此使用的，术语“管状部”被赋予其最宽泛的可能含义，并且包括钻杆、套管、立管、盘管、复合管、生产油管、真空隔热油管（VIT）和其中具有至少一个在钻探工业使用或能够被使用的通道的任何类似的结构。如在此使用的，术语“接头”被赋予其最宽泛的可能含义，并且包括用以将管状部连结在一起的所有类型的装置、系统、方法、结构和部件，诸如，例如螺纹管接头和栓接凸缘。对于钻杆接头，接合部段典型具有比钻杆的其余部分更薄的壁。如在此使用的，管状部的壁厚是指在管状部的内径和管状部的外径之间的材料的厚度。 [0006] 如在此使用的，除非另作规定，“大功率激光能”是指具有至少大约1kW（千瓦）的功率的激光束。如在此使用的，除非另作规定，“大距离”是指至少大约500m（米）。如在此使用的，术语“功率的显著损失”、“显著功率损失”和这样的类似短语是指对于选定波长的超过大约3.0dB/km（分贝/千米）的功率损失。如在此使用的，术语“显著功率传输”是指至少大约50%的透射率。 背景技术[0007] 深水钻探 [0008] 海上碳氢化合物开发与生产已经移动到越来越深的水域。当今，5000ft、10000ft和甚至更大深度的钻井活动被预期和进行。例如，RIGZONE，www.rigzone.com已经报导了有330多台钻机设计用于在大于600ft（英尺）的水深的钻探，并且在这些钻机中，有190多台设计用于在大于5000ft的水深的钻探，并且在这些钻机中，有90多台设计用于在10000ft的水深的钻探。当在这些深处、非常深处以及超深处钻探时，钻探设备常遭受在海洋的深度中发现的极恶劣条件，包括海底处的大的压力和低温。 [0009] 另外，这些深水钻探钻机能够推进位于海底以下10,000ft、20,000ft、30,000ft或者更深处的钻孔。照此，钻探设备，诸如钻杆、套管、立管和防喷器常遭受显著的力和极恶劣条件。为应对这些力和条件，钻探设备，例如立管、钻杆、和钻柱被设计为更坚固、更刚性并且在许多情形中更重。此外，用以制成钻杆和套管的金属变得更韧性。 [0010] 典型地，并且一般来讲，在钻探水下油井时，初始钻孔被制成在海床中，然后，相继且更小直径的钻孔被钻进延伸过钻孔的总深度。由此，随着整个的钻孔变得更深，其直径变小；从而导致在钻孔的与土地表面最近的顶部处的能够想象到孔与最大直径孔的套管式组合。 [0011] 由此，举例来说，海底钻孔过程的起始阶段可以大体上说明如下。一旦钻探钻机被定位在要进行钻探的区域的水面上，则在土地中至海底以下大约200-300ft的深度钻进36″的孔，从而制成初始钻孔。30″的套管被插入这一初始钻孔。这一30″的套管也可以叫做导向套管。该30″的导向套管可以或者不可以被粘接到位。在该钻探作业期间，立管一般未被使用，并且来自钻孔的切屑,例如通过钻探活动从钻孔除去的泥土和其它材料返回到海底。接着，在所述30″的套管中钻制26″直径的钻孔,钻孔的深度被延伸至大约 1,000-1,500ft。该钻探作业也可在不使用立管的情况下进行。20″的套管然后被插入30″导向套管和26″钻孔。该20″套管被粘接到位。所述20″套管具有与之相固定的井头。 （在其它操作中，可以钻制另外的更小直径的钻孔，并且更小直径的套管被插入该钻孔，井头被固定到该更小直径的套管。）BOP然后被固定到立管并且由立管降低到海底；其中BOP被固定到井头。从该点继续向前，大体上，钻孔中的所有钻探活动通过立管和BOP进行。 [0012] BOP随同其他设备和步骤被用以控制和管理井眼中的压力和流量。大体上，BOP是具有从中通过的被连接的内腔的多个机械装置的堆叠。BOP能够具有空腔，例如从大约41/6″到26 3/4″范围中的孔径。管状部被从海上钻探钻机沿着立管推进、通过BOP空腔并且进入钻孔。返出物，例如钻探泥浆和切屑，被从钻孔除去，并且被通过BOP空腔传输、沿立管向上并被传输到海上钻探钻机。BOP堆叠典型地具有环形防喷器，其是在管状部周围类似大的括约肌工作的可扩张封隔器。在无管状部时，一些环形防喷器也可使用或者能够密封空腔。当起作用时，这一封隔器抵靠位于BOP空腔中的管状部密封，从而防止材料流过在管状部的外径和BOP空腔的壁之间形成的环带。BOP堆叠另外典型地具有闸板防喷器。如在此使用的，除非另作规定，术语“闸板防喷器”被赋予其最宽泛的限定，并且将包括这样的任何机械装置，该机械装置夹紧、抓取、保持、切割、切断、挤压或以上述的组合动作作用于BOP堆叠中的管状部，所述BOP堆叠诸如是剪切式闸板、全封闭防喷器闸板、全封闭剪切式闸板、管子闸板、可变闸板、可变管子闸板、套管剪切式闸板、和防喷器，诸如Hydril的HYDRIL PRESSURE CONTROL COMPACT Ram、Hydril PRESSURE CONTROL Conventional Ram、HYDRIL PRESSURE CONTROL QUICK-LOG、和HYDRIL PRESSURE CONTROL SENTRY Workover、SHAFFER闸板防喷器以及由Cameron生产的闸板防喷器。 [0013] 由此，BOP堆叠典型具有管子闸板防喷器并且可以具有这些防喷器中的一个以上的防喷器。管子闸板防喷器典型地是两个半圆状的夹紧装置，其被驱动抵靠位于BOP空腔中的管状部的外径。管子闸板防喷器能够被看作两个大手，该两个大手夹紧管状部并且密封位于管状部和BOP空腔壁之间的环带。全封闭闸板防喷器也可被包含在BOP堆叠中，在无管状部时，这些闸板能够密封空腔。 [0014] 管子闸板防喷器和环形防喷器典型地仅能够密封位于管状部和BOP空腔壁之间的环带；它们不能密封管状部。由此，在紧急情况中，例如当发生“井涌”（气体、流体或者压力突然注入钻孔）时，或者如果出现可能的喷出情况时，因高井下压力形成的流量能够回流通过管状部的内部、位于管状部和立管之间的环带，并且沿立管向上到达钻探钻机。此外，在紧急情况中，管子闸板和环形防喷器可能无法形成围绕管状部的足够强的密封以阻止通过管状部和BOP空腔之间的环带的流量。由此，BOP堆叠包括机械剪切式闸板组件。对于紧急情况，例如井涌或者可能的喷出，机械剪切式闸板典型地是最后的防线。（如在此使用的，除非另作规定，术语“剪切式闸板”将包括全封闭式剪切闸板、剪切密封式闸板、剪切密封闸板、剪切式闸板和旨在或者能够切断或者剪切管状部的任何闸板。）机械剪切式闸板象大的闸式阀一样作用，其被认为迅速地横断BOP空腔闭合以密封BOP空腔。它们旨在切入位于BOP空腔中的可能阻碍剪切式闸板完全地密封BOP空腔的任何管状部。 [0015] 取决于在部署和使用期间预期的条件和风险，BOP堆叠能够具有许多改变的构造。这些部件可包括例如环形类型的防喷器、旋转头、带有一组（全封闭或管子）闸板的单闸板防喷器、具有两组闸板的双闸板防喷器、具有三组闸板的三闸板式防喷器、和带有用于阻流及压井管线的侧向出口连接的卷筒。这些部件的现有构造的示例能够是：BOP堆叠，具有 7 1/16″的钻孔和自下而上的单个闸板、卷筒、单个闸板、单个闸板和环形防喷器并且具有 5,000psi的额定工作压力；BOP堆叠，具有13 5/8″的钻孔和自下而上的四通、单个闸板、单个闸板、单个闸板和环形防喷器并且具有10,000psi的额定工作压力；以及BOP堆叠，具有18 3/4″的钻孔和自下而上的单个闸板、单个闸板、单个闸板、单个闸板、环形防喷器和环形防喷器并且具有15,000psi的额定工作压力。(如在此使用的，术语“防喷器”在BOP堆叠的背景下将包括所有的闸板、剪切式闸板和环形防喷器，以及如用以限制、关断或者控制BOP钻孔内的流量的结构的任何其它机械阀门。 [0016] BOPs需要容纳可能存在于井眼中的压力，该压力可能大至15,000psi或更大。此外，需要这样的剪切式闸板：当发生紧急情况或者其中希望切穿BOP中的管状部并且密封井眼的其它情况时，该剪切式闸板能够迅速地并且可靠地切入可能存在于BOP中的任何管状部，包括钻铤、管接头和井眼下部组件。由于管状部的不断增大的强度、厚度和韧性，并且具体地，由于深处、非常深处和超深处的湿式钻探的管状部，存在日益提高的对于更强、更有力且更好的剪切式闸板的需要。对于这种剪切式闸板以及关于现有机械剪切式闸板的物理学和工程学原理的信息的长期的持续需求，在以下文献有所阐述：West Engineering Services,Inc推出的《美国矿物管理设施的微剪切研究（Mini Shear Study for U.S.Minerals Management Services）》（申请单号：2-1011-1003，2002年12月）； West Engineering Services,Inc推出的《美国矿物管理设施的剪切式闸板性能（Shear Ram Capabilities Study for U.S.Minerals Management Services）》（申 请 单 号： 3-4025-1001，2004年9月）；和，Barringer&Associates Inc.推出的《剪切式闸板防喷器力需求（Shear Ram Blowout Preventer Forces Required）》（2010年6月6日，于2010年8月8日改版）。 [0017] 在满足这些发展中的和不断增强的重要需求的努力中，BOPs变得更大、更重并且更复杂。由此，具有两个环形防喷器、两个剪切式闸板和六管子闸板的BOP堆叠已被提出。这些BOPs重达数百吨，并且竖立达50英尺高或者更高。但是，对于以前的钻探钻机，BOPs的一直增大的尺寸和重量引起显著的问题。许多现有的海洋钻井设备不具有甲板空间、起重能力，或者由于其它的原因，不具有操纵和使用这些更大更复杂的BOP堆叠的能力。 [0018] 如在此使用的，术语“立管”被赋予其最宽泛的可能含义，并且将包括这样的任何管状部，该管状部将位于水域表面上或以上的平台，包括海上钻探钻机、浮式储油卸油(“FPSO”)船舶、浮式储气卸气（“FGSO”）船舶，连接到位于海底处、上或附近的结构，用于诸如钻探、生产、修井、维修、油井服务、调停和完井的活动的目的。 [0019] 立管会包括船用立管、海底立管和钻探立管，并且将海上钻探钻机、船舶或者平台连接到钻孔的基本上大的管状部。典型地，立管被连接到水平面之上的钻机并且被连接到海底上的BOP。立管能够视为基本上很大的具有内腔的管子，钻井所需的工具和材料从海上钻探钻机通过所述内腔往下送至海底中的钻孔，并且废料和工具被送出钻孔并通过所述内腔送回到海上钻探钻机。由此，立管如同脐带芯缆那样工作，将海洋钻井设备通过可能数百英尺的水连接到井眼。 [0020] 立管的尺寸、类型和构造能够变化。所有立管具有大的中央或者中心管，其能够具有在从大约13 3/8″至大约24″的范围内的外径并且能够具有从大约5/8″到7/8″或者更大的壁厚。各节立管的长度能够在从大约49英尺到大约82英尺的范围内，并且典型地对于超深水应用，是大约75英尺长。由此，为使立管从钻机延伸到海底上的BOP，立管节由钻机连接到一起并且被降低到海底。 [0021] 每个立管节的端部具有立管联轴器以将立管节的大的中心管连接在一起。术语“立管联轴器”应该被赋予其最宽泛的可能含义，并且包括各种型式的联轴器，这些联轴器使用机械手段，诸如凸缘、螺栓、卡箝、bowen、润滑、卡爪、键、螺纹、销以及本领域已知的或者本领域以后要开发的其它连接手段。由此，举例来说，立管联合器将包括：使用凸缘和螺栓的凸缘型联轴器；使用位于轴套中由致动螺钉驱动接合的卡爪的卡爪型联轴器；和键型联轴器，其使用旋转形成锁定接合的键机构。凸缘型联轴器的例子可以是VetcoGray HMF。卡爪型联轴器的例子可以是VetcoGray MR-10E。键型联轴器的例子可以是VetcoGray MR-6H SE。 [0022] 每个立管节还具有与大的中心管关联的外部管子。这些管子被附连到大的中心管外部、行进过管道或者立管节的长度，并且形成与立管节连接关联的它们自身的连接。典型地，这些管子将包括节流管线、压井管线、增压管线、液压管线并且可能地包括其它类型的管线或电缆。节流管线、压井管线、增压管线和液压管线能够具有从大约3″（液压管线可以小至大约2.5″）至大约6.5″或以上的内径，并且具有从大约1/2″到大约1″以上的壁厚。 [0023] 通常出现这样的情形，其中可能需要将立管从海上钻探钻机、船舶或者平台断开。在一些情况下，例如浮式钻机的驶离的情形中，可能几乎没有或没有时间来妥当地断开立管。在其它情况中，诸如与天气有关的情况中，在获得足够的天气资料时可能没有足够时间拉起立管柱，由此不得不决定可能不必要拉起立管。由此，并且具体地对于深处、非常深处和超深处的深水钻探，存在对于关于快速地且以最小损伤将立管从海上钻探钻机断开的需求。 [0024] 在海洋钻探活动中，常出现危险的并且通常时间紧急的情况。这些情况能够快速地、意外地发生，并且要求及时的处理和补救措施。虽然这些海上紧急情况可能具有与陆上钻探紧急情况类似的井底原因，但海上作业的管理和控制更为困难和复杂。例如，在海上环境中，一般地更难以将井队人员疏散到离开钻探钻机的位置。另外从环境角度来讲，海上情况比在陆上发生的情况基本上更难以缓和与管理碳氢化合物的意外释放，诸如漏油的情形，或者喷出。在海上环境中，钻探钻机能够从井头背离数万英尺。而且，海上钻探钻机通过立管被固定到钻孔和可能位于钻孔中的任何管状部。这种管状部也可能阻碍、抑制、或者以别的方式阻止井控设备正常工作。这些管状部和立管能够起导管作用，使得危险的碳氢化合物及其他材料进入钻机的正中心并且将钻机及其人员暴露于极度的危险。 [0025] 由此，存在对于能够迅速地且可靠地解决、辅助危险且紧急的海洋钻探情况的管理和缓和的系统的需求。随着海洋钻探活动已经向越来越深的水域的转移，这一需求变得越来越重要。一般而言，本领域尝试通过依赖于更重和更大件的设备来解决该需求；实质上是通过可描述为蛮干的手段来尝试满足这一需求。然而，这种蛮干法并未满足这一长期存在的且重要的需求。 [0026] 大功率激光束输送 [0027] 在发明人Dr.Mark Zediker和与其一起工作的人员在Foro Energy,Inc.，Littleton CO的近期重要成就之前，人们认为大功率激光能在大距离上的无显著功率损失的传输是不可获得的。他们关于大功率激光能、具体地大于大约5kW的能级的大功率激光能的传输的重要成就部分地在如下文献包含的新颖且创造性的教导中提出：美国专利申请公布2010/0044106和2010/0215326，以及2010年7月21日提交的Rinzler等人的、标题为《大距离激光能传输的光纤构造（Optical Fiber Configurations for transmission of Laser Energy Over Great Distances）》的待决美国专利申请12/840,978。这三个美国专利申请的公开在其引用或涉及大功率激光能的传输和用于完成该传输的激光器、光纤和电缆结构的程度上通过引用被合并入本文。注意到，通过引用合并入本文并不提供实践或使用这些申请的发明或从这些申请颁发的任何专利的权力，并且也并不授予或者产生据此的任何许可。 发明内容[0028] 在近海钻井作业中，长期以一直希望能够迅速地并且以受控方式切入或者削弱从海上钻探钻机伸出到或伸入钻孔的管状部，以帮助控制和管理在深海钻探活动期间出现的紧急情况。本发明尤其通过提供本文教导的制造、装置和过程的章节解决了这一需求。 [0029] 由此，本文提供了一种激光立管和防喷器系统，该激光立管和防喷器系统用于海上钻探钻机以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述激光立管防喷器系统具有:大功率激光器；与大功率激光器光学地关联的大功率束开关；立管；防喷器；与大功率束开关光学地关联的第一激光切断机和第二激光切断机；其中第一激光切断机定位在立管附近，据此第一激光切断机能够将第一大功率激光束指向立管的部件；其中第二激光切断机定位在防喷器中，据此第二激光切断机能够将第二大功率激光束指向防喷器内的管状部；和与激光器、束开关和防喷器进行数据和控制通信的控制网络，其中该控制网络允许激光器的激发和防喷器的致动。 [0030] 此外，提供了一种系统，其中控制网络具有可编程序逻辑控制器；其中控制网络具有用户界面；其中控制网络包括存储器件，该存储器件具有用于执行第一激光切断机和第二激光切断机的预定激发序列和防喷器的致动的系列指令；其中控制网络包括多个控制器；其中大功率激光器具有至少大约10kW的功率；其中所述大功率激光器具有至少大约20kW的功率；或者其中大功率激光器具有至少大约40kW的功率。 [0031] 而且，提供了具有多个大功率激光器的系统；其中在任何给定时间，多个大功率激光器中的仅一个大功率激光器处于工作状态；或者具有第三激光切断机，其中第二或者第三激光切断机中的一个与防喷器的上部关联，并且第二或者第三激光切断机中的另一个与防喷器的下部关联。 [0032] 此外，提供了一种激光立管和防喷器系统，该激光立管和防喷器系统用于海上钻探钻机以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述激光立管防喷器系统具有:第一大功率激光器和第二大功率激光器；立管；防喷器；第一激光切断机和第二激光切断机，第一激光切断机与第一大功率激光器光学地关联并且第二光学切断机与第二大功率激光器光学地关联；并且，其中第一激光切断机与立管关联，其中第二激光切断机与防喷器关联。 [0033] 此外，提供了一种激光立管和防喷器系统，该激光立管和防喷器系统用于海上钻探钻机以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述激光立管防喷器系统具有:大功率激光器；大功率束开关，其与大功率激光器光学地且控制地关联；具有第一激光切断机的立管，据此第一激光切断机能够将第一大功率激光束指向立管的部件；包括第二激光切断机的防喷器，据此第二激光切断机能够将第二大功率激光束指向防喷器内的管状部；并且，第一和第二激光切断机与大功率激光器光学地关联。 [0034] 再另外，提供了一种具有激光立管和防喷器系统的海上钻探钻机，该激光立管和防喷器系统用以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述激光立管防喷器系统具有:与大功率束开关光学地关联的大功率激光器；包括多个立管节的立管，其中所述多个立管节构造用于从海上钻探钻机降低到在海底处或附近的深度并且可操作地连接到述海上钻探钻机；防喷器，其构造用于可操作地连接到立管并且由立管从海上钻探钻机降低到海底； 和所述多个立管节中的一个包括第一激光切断机，第一激光切断机用于发出第一激光束限定第一束路径，其中第一束路径被指向立管节；防喷器包括第二激光切断机，所述第二激光切断机用于发出第二激光束限定第二束路径，其中所述第二束路径被指向所述防喷器限定的空腔；和控制系统；其中，当立管和防喷器被部署并且可操作地联接海上钻探钻机和海底中的钻孔，控制系统构造成控制第一和第二激光切断机的激发。再另外，这一系统能够构造成控制防喷器的致动。 [0035] 另外，提供了通过使用激光立管和防喷器系统连同海上钻探钻机对水下油井执行钻孔、修井、调停、完井或者维修的方法，用以控制和管理可能的意外事故和紧急情况，所述方法包括：使用包括多个立管节的立管将防喷器从海上钻探钻机、船舶或者平台降低到海底；其中防喷器包括：防喷器限定的防喷器空腔；和用于发出限定第一束路径的第一激光束的第一激光切断机，其中第一束路径被指向防喷器空腔；其中立管包括：立管限定的立管空腔；和用于发出限定第二束路径的第二激光束的第二激光切断机，其中第二束路径被指向立管的部件；将大功率激光器可操作地连接到控制系统中；将防喷器固定到钻孔，据此钻孔空腔和立管空腔流体连通并且机构连通；并且通过将结构从海上钻探钻机向下通过立管空腔、防喷器空腔并且降低到钻孔中，对钻孔执行操作；并且其中控制系统构造成激发大功率激光器。另外，所述结构可以选自由管状部、钢缆、盘管和钢丝构成的组。附图说明 [0036] 图1和1A是本发明的系统的实施方式的透视图； [0037] 图2是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的实施方式的局部剖切横截面图。 [0038] 图3A是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的局部剖切横截面图。 [0039] 图3B是图3A的激光剪切式闸板组件的一部分的详细横截面图。 [0040] 图4A、4B、4C和4D是图3A的激光剪切式闸板组件的实施方式的横向横截面图。 [0041] 图5是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的横向横截面图。 [0042] 图6是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的横向横截面图。 [0043] 图7是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的局部剖切横截面图。 [0044] 图8是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的局部剖切横截面图。 [0045] 图9是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光剪切式闸板组件的另一实施方式的局部剖切横截面图。 [0046] 图10A、10B和10C是与图1和1A的系统一起使用的本发明的具有激光切断机的激光剪切式闸板的实施方式的部段的图。 [0047] 图11A、11B和11C是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的具有激光切断机的激光剪切式闸板的另一实施方式的部段的图。 [0048] 图12A、12B和12C是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的具有激光切断机的激光剪切式闸板的另一实施方式的部段的图。 [0049] 图13A、13B和13C是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的具有激光切断机的激光剪切式闸板的另一实施方式的部段的图。 [0050] 图14是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的具有激光切断机的一对对置激光剪切式闸板的实施方式的示意性平面图。 [0051] 图15是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的闸板之一中的具有激光切断机的一对对置激光剪切式闸板的另一实施方式的示意性平面图。 [0052] 图16是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光辅助BOP堆叠的实施方式的示意图。 [0053] 图17是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光辅助BOP堆叠的另一实施方式的示意图。 [0054] 图18是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光辅助BOP堆叠的另一实施方式的图解。 [0055] 图19是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的剪切式激光器模块（“SLM”）的实施方式的部段的局部剖切横截面图。 [0056] 图20是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的SLM的另一实施方式的部段的局部剖切横截面图。 [0057] 图21是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的SLM的另一实施方式的部段的局部剖切横截面图。 [0058] 图21A、21B和21C是沿着线B-B截取的图21中的SLM的横向横截面图。 [0059] 图22、22A和22B是本发明的激光束路径的示意图。 [0060] 图23A是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光器模块和立管节的实施方式的局部剖面图。 [0061] 图23B是图23A中的激光器模块和立管节的横向横截面图。 [0062] 图23C是图23A的部段C的放大图。 [0063] 图24A是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光器模块和立管节的另一实施方式的局部剖面图。 [0064] 图24B是图24A中的激光器模块和立管节的横向横截面图。 [0065] 图25A是与图1和1A中的系统一起使用的本发明的激光立管节的实施方式的透视图。 [0066] 图25B是图25A中的激光立管节的横向横截面图。 具体实施方式[0067] 总体上，本发明涉及能够输送受控的、精确的并且预定的激光能以解决在海洋钻探活动期间的危险且紧急情况的多个激光束输送系统。由此，举例来说，图1示出了具有激光束输送系统的海上钻探钻机的实施方式。在该实施方式中，提供动态定位（DP）的钻探船100，钻探船100具有钻台101、位于钻台之上的井架102和位于钻台101下方的船阱103（见图中的剖切部，示出了钻探船100的内部）以及海洋钻探领域已知但中图未出的其它钻探及钻探配套设备和装置。钻探船包括立管104和BOP堆叠105。虽然本实施方式中示出了钻探船，也可以利用任何其它类型的海上钻探钻机、船舶或者平台，包括FPSOs或者GGSOs。 [0068] 立管104被部署并且将钻探船100与延伸到海底123以下的钻孔124相连。立管104的上部，即立管部署时距离水面125最近的部分通过与张拉环127附连的拉紧器126被连接到钻探船100。立管104的上部部段可以具有转向器128和与立管共同使用和布置的且对于海洋钻探领域中的技术人员熟知的其它部件（图中未示出）。 [0069] 立管104从钻探船100的船阱103延伸并且连接到BOP堆叠105。立管104由通过立管联轴器、例如立管联轴器106、108、110连接在一起的立管节、例如立管节107、109组成，并且被通过钻探船100的船阱103降低。由此，立管104也可称为立管柱。立管104的下部，即立管部署时距离海底最近的部分经由立管-BOP连接器115被连接到BOP堆叠105。立管-BOP连接器115与挠性接头116关联，挠性接头116也可称为挠曲连接或者球窝接头。 挠性接头116旨在允许钻探船100从未位于激光辅助BOP堆叠105正上方的位置移动；并且由此允许立管104以某一角度进入BOP堆叠105。 [0070] BOP堆叠105的特征在于具有两个部分组件：上部组件117，其可以称为低位海下立管总成（LMRP）；和下部组件118，其可以称为低位BOP堆叠或者BOP支座。BOP堆叠105具有井头连接器135，井头连接器135连接到井头136，井头136被附接到钻孔124。BOP堆叠105的LMRP117可以具有安放例如环形防喷器的框架。BOP105的下部组件118可以具有安放环形防喷器、激光剪切式闸板组件、剪切式激光器模块（“SLM”）和闸板防喷器的框架。 [0071] 在部署期间，BOP堆叠105被附接到立管104，降低到海底123并且被固定到井头136。井头136被定位和固定到已被粘接到钻孔124中的套管（未示出）。从该点继续向前，一般地，钻孔中的所有钻探活动通过立管和BOP进行。这种钻探活动将包括，例如将端部处具有钻头的钻杆的管柱从钻探船100沿着立管104的内腔、通过BOP堆叠105的空腔降低到钻孔124中。由此，钻柱将从水面125上的钻探船100伸展到钻孔底部，可能位于水面 125和海底123以下数万英尺。钻头将抵靠钻孔底部旋转，同时钻探泥浆被沿着钻杆内部泵送出钻头。钻探泥浆将载运切屑、例如由旋转的的钻头除去的井眼物质沿着在井壁和钻柱的外径之间的环带向上、继续向上通过在BOP空腔壁和钻柱的外径之间的环带、并且继续向上通过在立管空腔的内径和钻柱的外径之间的环带，直到钻探泥浆和切屑一般地由钟形外壳（未示出）引导到、或者在极端情况下由转向器128引导到钻探船100，用于运送或者处理。由此，钻探泥浆被从钻探船100通过立管中的钻柱泵送到钻孔底部，并且部分地通过立管104和BOP105返回到钻探船。 [0072] 立管的各部段典型地沿竖向收纳在海上钻探钻机上。一旦钻探钻机已经到达钻探位置，则立管和BOP总成被部署到海底。一般地，认为可以遵循不同的、改变的并且更详细的步骤，作为部署BOP的第一步骤，BOP堆叠被制备且定位在钻台下方和转台下方。三脚架和万向支架也被关于转台定位。立管的与BOP附连的最下部段被移动到井架中，并且由井架中的起重设备通过三脚架降低并且向下降低到钻台以下，在此被连接到BOP。立管和BOP然后降低至其中立管节的上联轴器位于钻台之上的高度，在此其能够准备连接到立管的下一部段。三脚架将立管保持在这一位置。一旦已经形成连接，两个部段和BOP则被降低，并且重复这一过程直到足够的部段已被添加并且被降低以允许BOP到达并着陆在（附连到）海底处的井头。 [0073] 在这一过程中，激光切断机能够被附连到立管，并且如果它们太大而不能通过三脚架装配，则位于钻台以下，或者如果它们能够通过三脚架装配，则位于钻台以上。此外，在BOP的装配期间，激光切断机能够被附连或被布置在如组装的堆叠中。激光切断机也能够容纳在堆叠中和容纳在立管节中，由此在立管和BOP的部署期间不需要额外的装配时间或者固定切断机的时间。大功率电缆优选地将被附连到立管上的外部机架或者组件并由其保持。优选地，电缆在立管节降低到水中之前被固定到船阱中的立管。以这一方式，随着BOP和立管降低到海底，大功率电缆能够被从卷筒中放出。在每一端上带有大功率激光器联接器的大功率电缆可以在外部安装在每个立管节上，该方式与阻流及压井管线固定到立管节的方式相同。以这一方式，从最上的立管节到激光器的最终光学连接能够在钻台以下并且在立管和BOP已经着陆在井头上之后形成。 [0074] 立管具有内腔（图1中未示出），该内腔与BOP堆叠中的内腔（图1中未示出）流体且机械连通。由此，随着部署，立管104和BOP105提供了空腔或者通道以允许钻探船与钻孔124流体并且机械地连通。BOP堆叠框架保护BOP，并且可以具有海洋钻探领域已知但图中未示出的升降和操作装置、控制和连接模块、及海底作业中使用的其它设备和装置。堆叠中的内腔从堆叠的顶部（距离水面125最近）穿过到达堆叠的底部（距离海底123最近）。 [0075] 在图1所示的示例性实施方式中，立管是21″的立管，并且BOP是183/4″BOP。术语“21″立管和”18 3/4″BOP能够被认为是一般的，并且涵盖其中大的中心管具有在21″的大体范围内的外径的立管和其中中央空腔或者内径在18 3/4″的大体范围内的BOPs。预期使用更小和更大直径的立管、不同类型和构造的立管、具有更小或更大直径的空腔的BOPs和不同类型和构造的BOPs，并且，本说明书的教导和发明不局限于具体立管或者BOP的大小、类似或构造或受其限制。 [0076] 在图1中，立管和BOP总成沿着钻探立管BOP总成的管线配置，其中BOP定位在海底处或附近，典型地被附连到井头，如例如在一些钻井活动中看到的。本发明的现有系统、激光器模块、激光切断机激光器组件和激光器-立管组件可以应用于其它类型的立管、立管-BOP总成和活动。由此，它们具有与钻探、修井、维护、测试、调停和完井活动有关的应用。它们还应用于地表防喷器，例如其中BOP定位在水面以上并且立管从BOP延伸到海底，其中不采用BOP，钻探在立管中完成，其中立管生产立管，并且应用于本领域已知或者新近开发的其它构造。 [0077] 图1中所示的且在图1A中更详细地看到的实施方式中的激光束输送系统具有激光器室140。激光器室140包含40kW光纤激光器141、大功率束开关142、冷却器143和激光系统控制器145，激光系统控制器145具有操作员接口146。还示出了钻探船100的位于钻台101以下的甲板137和钻探船100的位于甲板137以下的另一甲板138。另外示出了用于钻台101和井架102的支撑139。 [0078] 激光系统控制器145\冷却器143\激光器141和束开关142经显示为虚线144的由网络、电缆、光纤或其它类型的工厂、海事或者工业数据和控制信号通信手段通信。如虚线147所示的，控制器145经由网络、电缆、光纤或其它类型的工厂、海事或者工业数据和控制信号通信手段与BOP控制系统和海上钻探钻机中的可能的其它系统（本图中未示出）通信。控制器145与大功率激光器电缆149的第一卷筒、大功率激光器电缆150的第二卷筒和大功率激光器电缆151的第三卷筒连通（如上所述）。大功率激光器光纤152、153、154分别地将束开关142连接到卷筒149、150、151。大功率光纤152、153、154进入卷筒149、150、151，并且被布置成经由光学滑环155、156、157与卷筒149、150、151上的大功率电缆158、 159、160光学地且旋转地关联。大功率电缆158、159、160可以由支撑161支撑并且由保持器162保持到立管104。 [0079] 虽然图中未示出，电缆158、159、160应该具有适应在BOP和钻台101之间因浮式海洋钻机、诸如钻探船100的竖向运动（起伏）而发生的立管长度的改变的手段。立管长度的改变通过立管-伸缩节（图中未示出）来适应。由此，能够采用额外的电缆长度，并且卷筒可以基于可变的受控驱动，以维持正确的电缆长度和张力。 [0080] 大功率电缆158、159、160跟随立管一直到三个激光切断机：第一激光切断机165，其与立管104关联并且被设置成帮助立管的快速断开；第二激光切断机166，其与BOP105的空腔关联并且被设置成帮助BOP空腔内的任意管状部的快速断开；和第三激光切断机167，其被容纳在剪切式闸板内，并且被设置成帮助剪切式闸板迅速地切断位于闸板路径中的任意管状部并且密封BOP钻孔。 [0081] 虽然示出了三个激光切断机，但可以采用更多或更少的激光切断机。另外，激光切断机相对于立管-BOP总成部件的位置可以改变，并且还可以依赖立管-BOP总成中采用的具体部件而变化。本系统的优点在于，它的部件能够适合于与具体的BOP或者立管-BOP总成构造相匹配。本发明的另一优点在于，预选的激光器激发和防喷器致动顺序能够适合于与这些构造以及可以使用这些构造的应用相匹配。 [0082] 激光器室、例如140可以模块化，亦即，所述室可以是独立性单元，诸如已经装有电气、通信和光学配件的用于发运的容器。在本示例中，另外优选的是容器具有内置在或者以别的方式整合在所述室中的环境控制结构，例如，加热器和空调器。激光器室能够是整合到海上钻探钻机的结构，或者它能够是模块化部件和整体式部件的组合。假如激光器设备和操作员被充分地保护以不受海上环境状况和运行情况影响，并且激光系统易于能够被整合到海上钻探钻机的其它系统中或者与之成一体，则任何的这种结构将是足够的，并且能够采用任何的布置，包括位于从海上钻探钻机分离的单独激光器船上。 [0083] 控制器、例如145可以是任何类型的处理器、计算机、可编程序逻辑控制器（PLC）或者具有存储器和处理器的类似计算装置；可以被、或者被用于工业、海事或者工厂自动化和控制。在该系统中，控制器优选地应该与海上钻探钻机的设备、具体地，BOP控制系统进行数据和控制通信。虽然图中显示为单独的室，但激光系统控制器、例如145能够与BOP控制器或者海上钻探钻机的另一控制器或者控制系统成为一体或者相同。 [0084] 激光系统控制器也可以与井底感测和监控设备、钻台感测和监控设备以及泥浆返回感测和监控设备通信、成为一体或者与之关联。以这一方式，激光系统与BOP控制系统和海上钻探钻机上的其它系统成为一体，或者优选地，完全地整合到其中。另外，该控制器可以是包括BOP控制系统、用于井下条件的监视器和传感器、钻探系统控制器和监视器和海上钻探钻机的其它系统的控制网络的一部分。由此，在可能的紧急情况中，或者在现有的紧急情况中，激光切断机和BOP优选地能够被从BOP控制面板、激光器室、钻探操作台或者海上钻探钻机中的其它场所控制。这一全集中控制系统网络还可以具有预定的激光器激发、防喷器致动和压井、节流和升压泵送和控制步骤，所述步骤能够在预定指令被发送到或者进入到网络中被自动地激活和运行。另外，网络在检测到指定组的状态时可以开始预定指令发送，所述预定指令导致预定的激光器点火、防喷器致动、以及切断和节流和次序。 [0085] 本发明的激光系统可以利用单个大功率激光器，并且优选地也可以具有两三个大功率激光器，并且可以具有多个大功率激光器，例如六个或更多。大功率固态激光器、具体地半导体激光器和光纤激光器是优选的，因为它们的短的启动时间和基本上即时工作的性能。大功率激光器例如可以是这样的光纤激光器或者半导体激光器：其具有10kW、20kW、50kW或更大的功率，并且发出的激光束的波长优选地在大约1550nm（纳米）或者1083nm的范围内。优选激光器，具体地固态激光器，诸如光纤激光器的示例在美国专利申请公布 2010/0044106和2010/0215326以及待决美国专利申请12/840,978中提出。激光器可以位于海上钻探钻机上、位于水面之上、以及经由大功率长距离激光传输电缆光学地连接到立管上的激光器模块，其优先示例在美国专利申请公布2010/0044106和2010/0215326以及待决美国专利申请12/840,978中提出。激光传输电缆可以被容纳在卷筒上，并且随着立管节降低到海底而被退绕并附连到立管节。激光器也可被容纳在BOP框架中或与之关联，并且具有从BOP框架沿着立管向上伸展至位于立管上的激光器模块的光缆。在激光器未位于海上钻探钻机上的情形中，需要额外注意使得这些远程激光器被整合到控制系统或者网络中。由将激光器布置在海底上或者海底附近，存在不需要长距离的大功率光缆以将激光束从水面向上传输到海底的可能性。考虑到其中激光器模块需要操作以及对它们的操作的高可靠性的需求的极端条件，激光器-立管BOP总成的一个这种构造是：使至少一个大功率激光器布置在海上钻探钻机上并且通过大功率传输电缆连接到激光器模块，并且使至少一个激光器位于海底上的BOP框架中或与之关联并且通过大功率传输电缆连接到激光器模块。 [0086] 本发明的激光系统中使用的激光切断机可以是用于输送大功率激光能的任何合适装置。由此，能够采用用于使激光束达到高能量并聚焦的任何构造的光学元件。然而，另外的重要性在于流体光学作用的管理，例如海水、来自被切断的节流管线、切断的压井管线或者切断的立管中心管的泥浆或者其它材料、或者来自被切断的液压管线的液压流体，其中被切断的液压管线可以位于束路径内在激光切断机和要切断的物体，诸如管状部、立管、联轴器、中心管、外管、螺柱、螺母或者其它要切断的结构之间。 [0087] 这些流体能够包括，例如水、海水、咸水、盐水、钻探泥浆、氮气、惰性气体、柴油、霭、泡沫或者碳氢化合物。在这些钻井泥浆中还会可能存在由于钻孔或者其它井下作业的推进而除去的或者形成的钻孔切屑，例如碎片。会存在两相流体和三相流体，这些流体构成由两种或三种不同类型的材料组成的混合物。这些立管流体能够防碍激光束切断管状部或者要切断的其它结构的能力。当激光束穿过这些流体时，这种流体可能无法传输或者仅可以部分地传输激光束，并且由此防碍或者降低激光束的功率。如果这些流体在流动，则这种流量可以进一步增大它们的不透射性。这些流体的不透射性和部分透射性能够因多种现象而产生，包括但不限于，吸收作用、折射作用和散射。另外，所述不透射性和局部透射性能够是并且可能将是取决于激光束的波长。 [0088] 取决于激光切断机、立管以及BOP总成的构造，激光束可能需要穿过大约8″的立管流体。在其它构造中，激光切断机可以定位成接近或者非常接近要切断的结构，并且以保持该接近的方式移动。在这些构造中，激光束在激光切断机和要切断的结构之间的行进距离可以维持在大约2″、小于大约2″、小于大约1″以及小于大约1/2″内，并且维持在小于大约3″至小于大约1/2″、及小于大约2″到小于大约1/2″的范围内。 [0089] 具体地，对于其中激光器具有相对长的行进距离，例如大于大约1″或者2″（虽然这一距离可能大体上取决于激光功率、波长以及钻井泥浆类型、以及其它因素）的那些构造和实施方式，有利的是将这种立管流体的不利影响减到最小并且基本上保证或者保证这种流体不会防碍激光束的传输，或者使用足够的激光功率以克服因将激光束传输通过这种流体而可能发生的任何损失。为此，机械系统、压力系统以及喷气式系统可用以降低、最小化或者基本上消除钻井泥浆对于激光束的影响。 [0090] 例如，机械装置可用以将要执行激光切断的区域与从隔离区域移除的立管流体隔离开，举例来说通过导入惰性气体或者透光流体诸如油或者柴油机燃油来实现。流体在这一构造中的使用具有附加的优点，即其是基本上不能压缩的。另外，填充有透光流体（气体或者液体）的机械通气管类装置或者管道可以在激光切断机和要切断的结构之间伸展或者以别的方式被布置在位于激光切断机和要切断的结构之间的区域中。以这一方式，激光束通过通气管或者管道传输到所述结构。 [0091] 高压气体的射流可以与激光切断机和激光束一起使用。高压气体射流可用以清除激光束的路径、或者部分路径。气体可以是惰性的，或者其可以是空气、氧气或者促进激光切断的其它类型的气体。所需的较小量的氧气以及通过激光-金属-氧气相互作用由管状部的烧割消耗氧气的快速速率不应对钻探钻机、水面设备、员工、或者海底部件引起火灾隐患或者风险。 [0092] 氧气、空气的使用，或者具有非常大功率的激光束的使用，例如大于大约1kW，能够在切断区域中生成并保持等离子体泡或者气体泡，这能够部分地或者完全地排出激光束路径中的钻井泥浆。 [0093] 具有单个液流的高压激光液体射流可以与激光切断机和激光束一起使用。用于射流的液体对于激光束应该是透射的，或者是至少基本上透射的。在这一类型的射流激光束组合中，激光束可以与射流共轴。然而，这一构造的缺陷和问题在于流体射流并不起波导的作用。该单射流构造的另外的缺陷和问题在于，射流必须提供两种能力：使钻井泥浆离开激光束，以及成为透射光束的介质。 [0094] 组合的液体激光器射流可以用作激光切断机。组合的流体射流具有由环形的外射流包围的芯部内射流。激光束由光学器件引导到芯部射流中，并且由作用为波导的芯部射流透射。单个环状喷射流能够包围芯部，或者能够采用多个成组的环状喷射流。照此，组合的流体射流具有芯部射流。这一芯部射流由第一环状喷射流包围。这一第一环状喷射流也能够由第二环状喷射流包围；以及第二环状喷射流能够由第三环状喷射流包围，第三环状喷射流能够由附加的环状喷射流包围。外环状喷射流作用以保护芯部内射流不受存在于激光切断机和要切断的结构之间的环带中的钻井流体的影响。芯部射流以及第一环状喷射流应该由具有不同折射率的流体形成。在其中组合射流仅具有芯部射流和围绕芯部的环状射流的情形中，形成芯部的流体的折射率应该大于形成环状射流的流体的折射率。以这种方法，折射率的差异允许组合的流体射流中的芯部作用为波导，以保持包含在芯部射流中的激光束并且在芯部射流中透射激光束。另外，在这一构造中，激光束并不明显地，即使有的话，离开芯部射流和进入环状射流。 [0095] 形成组合的流体射流的各种射流的压力和速度能够取决于应用和使用环境而改变。由此，举例来说，压力能够从大约3000psi、到大约4000psi、到大约30,000psi、到优选地大约70,000psi、到更大压力的范围内变化。芯部射流和环状射流可以具有相同的压力，或者不同的压力，芯部射流可以具有更高的压力或者环状喷射流可以具有更高的压力。优选地，芯部射流比环状射流的压力高。举例来说，在多射流构造中，芯部射流能够是70,000psi，第二环状射流（定位成与芯部射流和第三环状射流相邻）能够是60,000psi，并且第三环状射流（外射流，其定位成与第二环状射流相邻并且与工作环境介质接触）能够是 50,000psi。射流的速度能够相同或不同。由此，芯部的速度能够大于环状射流的速度，环状射流的速度能够大于芯部射流的速度，并且多个环状喷射流的速度能够不同或者相同。 芯部射流和环状射流的速度能够选择成使得芯部射流并不接触钻井泥浆，或者这种接触被最小化。射流速度能够从相对慢到非常快的范围内变化，并且优选地从大约1m/s（米/秒）至大约50m/s、到大约200m/s、到大约300m/s和更大的范围内变化，最先形成射流的顺序能够是首先形成芯部射流，之后形成环形圈射流，芯部射流首先跟随环形圈射流，或者芯部射流和环形圈射流同时形成。为最小化或者消除芯部与钻井泥浆的相互作用，环状射流首先被形成，之后形成芯部射流。 [0096] 在选择形成射流的流体和确定流体折射率的差异量时，激光束的波长和激光束的功率是应该考虑的因素。由此，例如，对于具有在1080nm（纳米）范围内的波长的大功率激光束，芯部射流能够由具有大约1.53的折射率的油形成，而环状射流能够由具有大约1.33至大约1.525的折射率的油水混合物形成。由此，用于这一构造的芯部射流将相应地具有从大约0.95到大约0.12的NA（数值孔径）。这种组合的流体激光射流的进一步细节、描述和示例列出在Zediker等人的在2010年8月31日提交的、标题为“波导激光器射流和使用方法（Waveguide Laser Jet and Methods of Use）”的临时美国专利申请61/378,910中，该申请的整个公开通过引用合并于此。注意到，所述通过引用合并入本文并不提供实践或使用这些申请的发明或从所述申请颁发的任何专利的权力，并且也并不授予或者产生据此的任何许可。 [0097] 除使用大功率激光束切断管状部之外，在BOP堆叠中可使用其它形式的定向能量或手段来提供同样效果。这种定向能量装置将包括等离子体切断机、电弧切断机、大功率喷水器和粒子喷水器。然而，这些装置中的每种装置与大功率激光能相比具有缺陷。具体地，大功率激光能具有更大的可控性、可靠性，并且比这些其它装置对于BOP系统部件的损伤基本上可能性更弱。然而，这些其它略不理想的装置的使用在本文中由本发明构思为定向能量装置，来切断BOP空腔内的管状部。 [0098] 激光束接触要切断的结构的角度可以由激光切断机内的光学器件确定，或者其可以通过激光切断机本身的角度或者定位来确定。有利于或者基于立管、外部管、联轴器或者其组合的构造的各种角度可被使用。 [0099] 本发明的构造中使用的激光切断机的数目能够是单个切断机、两个切断机、三个切断机以及直到并且包括12个或更多个切断机。如上所述，切断机的数目依赖于多个因素，并且对于任何具体的构造和最终用途的最佳切断机数目可以基于最终用途需求和本说明书中提供的公开和教导来确定。切断机另外可以定位成使得它们各自的激光束路径是平行的，或者至少在立管的中心轴线内不相交。 [0100] [0098]以公布数据为基础，在表I中列出了激光功率、通量和切割速率的示例。 [0101] [0099]表格I [0102] [0103] 激光切断机具有放出端，激光束从放出端传送。激光切断机另外具有束路径。束路径由激光束意图遵循的并且从激光切断机的放出端延伸到要切断的材料或者区域的路径来限定。 [0104] 激光束接触管状部的角度可以由激光切断机内的光学器件确定，或者其可以通过激光切断机本身的角度或者定位来确定。在图22中示出了激光切断机2200的示意图，其中束路径2201以各种角度离开切断机。当从激光切断机激发或者发射时，激光束将沿着束路径行进。束路径另外相对于BOP空腔或者立管空腔纵轴（虚线）2211示出。如图22A和22B中的放大图所示，束路径2201与纵轴2211形式的角度、并且由此沿着该束路径行进的激光束与纵轴2211形成的角度能够是相对于轴线2211的最远地背离井头连接侧2210的部分的锐角2205或者钝角2206。正交角度或者90°角度也可使用。BOP井头连接侧2210在图中示出为本文使用的用于角度确定的参考点。 [0105] 束路径（和沿着束路径行进的激光束）与BOP或者立管的纵轴之间的角度大体上对应于束路径和激光束将冲击位于BOP空腔或者立管中的管状部所沿着的角度。然而，使用以BOP或者立管为基础的参考点来确定该角度是优选的，因为管状部可以偏移或者在接头或者受损管状部的情形中可以存在具有变化的、不与BOP空腔中心轴线平行的面的表面；类似地，立管将很少是直的并且可以在其中具有弯曲或者移动。 [0106] 由于在激光束和纵轴之间形成的角度能够变化，并且是预定的，激光切断机的位置、或者更具体地激光束离开切断机的位置处的点并不必然需要与待切断的区域正交。由此，激光切断机位置或者束发射角能够形成为使得激光束从以下位置行进：要切断的区域之上，这将导致在激光束和纵轴之间形成锐角；与要切断的区域相同的高度，这将导致在激光束和纵轴之间形成90°角；或者在要切断的区域之下，这将导致在激光束和空腔纵轴之间形成钝角。以这种方法，在闸板形状、闸板表面、闸板的施力和要由激光切断的区域的位置之间的关系能够被评估和改进，以针对具体应用优化这些因素的关系。 [0107] 用于激光切断机的柔性支撑电缆提供了执行切割操作需要的激光能和及其他材料。虽然显示为每个激光切断机设置单个电缆，但能够使用多根电缆。由此，例如，在使用组合的流体激光射流的激光切断机的示例中，柔性支撑电缆将包括大功率光纤、用于芯部射流流体的第一管线和用于环状射流流体的第二管线。这些管线能够被合并成单个电缆，或者它们可以保持分离。此外，例如，如果使用采用了氧气射流的激光切断机，切断机将需要大功率光纤和氧气管线。这些管线能够被合并成单个电缆，或者它们可以被分离为多根电缆。所述管线和光纤应该用柔性防护罩或者外护套覆盖以保护它们不受立管流体、海底环境和激光切断机的移动的影响，而同时保持足够的柔性以适应激光切断机的轨道运动。作为馈通组件附近的支撑电缆，挠性降低并且能够采用更刚性的装置来保护它们。例如，光纤可以被置于金属管道。离开馈通组件的导管在激光器模块和立管的装配期间、立管或者模块的操纵、立管的部署期间并且相对于海底环境条件对于支撑电缆添加了额外保护。 [0108] 优选地，馈通组件、管道、支撑电缆、激光切断机和与激光切断机的操作关联的其它海底部件应该被构造成满足预定使用的压力需求。如果激光切断机相关的部件不满足具体用途的压力需求，或者如果需要冗余保存，则激光切断机相关的部件可以包含在满足所述需求的结构中或由所述结构围起。对于深处和超深处的水域使用，激光切断机相关的部件应该优选地能够在2,000psi、4,500psi、5,000psi或者更大的压力下操作。对满足这些压力需求有用处的材料、配件、组件对于海洋钻探领域、相关的海底遥控小车（“ROV”）领域以及大功率激光器领域中的普通技术人员是已知的。 [0109] 本发明的激光系统中使用的激光切断机可以整合到激光剪切式闸板、剪切式激光器模块和激光立管模块。这些装置及利用激光定向能量切断机的其他构造，诸如与立管和BOP部件关联的激光切断机，被提供在均在2011年2月24日提交的美国专利申请13/034,175、13/034,183和13/034,017中，这些专利申请中的每个申请通过引用合并入本文。 [0110] 转向图2，示出了能够用在BOP堆叠中的激光剪切式闸板组件的实施方式的示例。激光剪切式闸板组件200具有本体201。本体201具有下剪切式闸板202，（距离井头较近）和上剪切式闸板203，下剪切式闸板202和上剪切式闸板203在致动时由下活塞组件205和上活塞组件206压入内腔204。在致动时，剪切式闸板202、203的配合表面207、208彼此接合，并且密封内腔204，并且由此密封井眼。内腔204具有内腔壁227。另外，设置有激光输送组件209。激光输送组件209位于激光剪切式闸板组件200的本体201中。激光输送组件209可以是，例如环形组件，其包围或者部分地包围内腔204。这一组件209位于剪切式闸板202、203之上，即位于更远地背离井头的一侧。激光输送组件209与至少一个大功率激光器源光学地关联。 [0111] 在钻探及其他活动期间，管状部（图2中未示出）典型地定位在内腔204中。环带形成在管状部的外径和内腔壁227之间。这些管状部具有的外径的尺寸能够在从大约18″直到数英寸的范围内变化，并且具体地，典型地在从大约16 2/5（16.04）″英寸到大约5″或者更小的范围内变化。当管状部存在于空腔204中时，在激光剪切式闸板组件200致动时，激光输送组件209将大功率激光能输送到位于空腔204中的管状部。大功率激光能完全地切断管状部，或者在结构上最小程度地削弱管状部，以允许剪切式闸板202、203迅速地密封空腔204，从而如果管状部完全地由激光能切断则移动任何余留的管状部段避开剪切式闸板，或者如果仅通过激光削弱则切断管状部并且移动切断的管状部段避开剪切式闸板。由此，激光剪切式闸板组件200保证剪切式闸板表面207、208接合、密封并且由此封闭BOP空腔204和井眼。虽然图2的实施方式的示例中示出了单个激光输送组件，但也可以采用多个激光输送组件、不同形状的组件和不同位置的组件。另外，也可以采用其中激光输送组件位于剪切式闸板以下，即位于距离井头较近一侧的构造，以及其中激光输送组件位于剪切式闸板或者BOP堆叠的其它部段或者模块以上、以下、内部或者其组合的构造。 [0112] 激光能切断、除去或者基本上削弱内腔中的管状部的能力允许使用单个剪切式闸板的可能性，其中不同地可以要求或者需要两个剪切式闸板；由此，在整个组件中减少运动部件的数目，降低BOP的重量，降低BOP高度和减缩用于BOP的甲板覆盖区，以及其它的益处。 [0113] 另外，对于管状部形成精确和预定的激光能输送模式的能力以及在管状部中且穿过管状部形成精确且预定的切口的能力提供了这样的能力：使得剪切式闸板切断和配合表面构造成允许与激光能输送模式更为有效地匹配、配套或者以其它方式工作。由此，针对激光能输送模式匹配或者设计的剪切式闸板构造是本发明所预期的。另外，在管状部中或者通过管状部形成精确的且预定的切口的能力提供了这样的能力：即使在紧急情况下，也能够切断管状部，而不会挤压管状部，并且使管状部的切断端部具有预定形状，以帮助随后附连到打捞工具以从钻孔回收切断的管状部。另外，切断管状部而不挤压管状部的能力在切断的管状部的下部部段提供更大的面积，即更大的开口，钻探泥浆或者其它流体能够通过该更大开口被与BOP堆叠关联的压井管线泵送到井眼中。 [0114] 激光剪切式闸板组件的本体可以是被加工成容纳激光输送组件的单件，或者其可以由多个件制成，该多个件被固定在一起从而提供用于其计划用途的足够强度，并且具体地，用以承受5,000psi、10,000psi、15,000psi、20,000psi以及更大的压力。本体的容纳激光输送组件的区域可以被加工或者以别的方式制成以容纳激光输送组件，同时维持用于本体预定用途的强度要求。激光剪切式闸板组件的本体也可以是两个或更多个单独的部件或者模块，例如，一个部件用于激光输送组件，而另一部件用于剪切式闸板。这些模块能够通过例如栓接凸缘或者对于海洋钻探领域的技术人员已知的其它合适的连接装置彼此相连。本体或者构成本体的模块可以具有管道、气道、沟道或者其它这种结构，以将用于激光束传输的光纤电缆从激光源传送到本体并且传送到激光输送组件，以及涉及激光输送组件的操作或者监测及其切割操作的其它电缆。 [0115] 在图3A中，示出了能够用在激光辅助的BOP中的激光剪切式闸板组件的实施方式的示例。由此，示出了具有本体301的激光剪切式闸板组件300。该本体具有空腔304，空腔304具有中心轴线311（虚线）和壁341。BOP空腔另外具有纵轴，并且在该实施方式中，所述纵轴和中心轴线是相同的，对于BOPs大体上如此。这些轴线的命名是基于BOP的构造并且是相对于BOP结构本身而言，而不是BOP相对于土地表面的位置。由此，如果BOP例如被在其侧面上敷设，则BOP的纵轴将不会改变。典型地，空腔311的中心轴线位于与井头空腔或者管状部从中穿过插入钻孔的开口的中心轴线相同的轴线上。 [0116] 本体301容纳并且支撑下剪切式闸板302和上剪切式闸板303，所述闸板闸板与之关联的活塞组件305和306。运行中，活塞组件305、306将闸板302、303朝向中心轴线311驱动，接合、切断并且移动通过管状部312，并且密封空腔304，并且由此密封井眼。本体301另外具有馈通组件313，馈通组件313用于管理压力以及允许光纤电缆及激光切断机的操作可能需要的其他电缆、管子、电线和输送装置被插入本体301。本体安放上激光输送组件309和下激光输送组件310。 [0117] 转向图3B，示出了图3A中所示的实施方式的剪切式闸板配合表面308、307的更详细图示。由此，上剪切式闸板303的配合表面308具有上表面322、下表面323、面321、位于下表面323和面321之间的前缘319、以及位于上表面322和面321之间的后缘320。下剪切式闸板302的配合表面307具有上表面317、下表面318、面316、在上表面317和面316之间的前缘314、和在面316和下表面318之间的后缘315。 [0118] 图4A到4D是沿图3A中的线4-4截取的图3A和3B中所示的实施方式的横截面图，并且示出了激光剪切式闸板组件300在切断管状部312和密封空腔304中的操作顺序。在图4A到4D中，还示出了激光闸板组件300的上激光输送组件309的进一步细节。在该实施方式中，下激光器组件310能够具有与上激光输送组件309类似的组成和构造。然而，下激光器组件310能够具有不同的构造和更多或更少的激光切断机。 [0119] 激光输送组件309具有四个激光切断机326、327、328和329。柔性支撑电缆与每一激光切断机关联。由此，柔性支撑电缆331与激光切断机326关联，柔性支撑电缆332与激光切断机327关联，柔性支撑电缆333与激光切断机328关联，并且柔性支撑电缆330与激光切断机329关联。柔性支撑电缆被布置在通道339中并且进入馈通组件313。在馈通组件313中的总区域中，支撑电缆从柔性转变到半柔性，并且可以进一步包括在导管338中用于到大功率激光器，或者用于切割操作的其它材料源的输送。柔性支撑电缆330、331、332和333具有额外的或者附加的长度，该长度允许激光切断机326、327、328和329围绕轴线311以及围绕管状部312的轨道运行。 [0120] 图4A到4D示出了激光剪切式闸板组件300用以切断管状部312以及密封空腔304的致动次序。在该示例中，所述第一次序图（例如，发射，因为所述次序优选地是连续的，而不是交错或者分步的）在图4A中示出。随着被致动，四个激光切断机326、327、328和329分别地发射激光束334、335、336以及337。所述束被指向中心轴线311。照此，所述束从BOP内、从空腔壁327外发射，并且向BOP的中心轴线行进。激光束冲击管状部312并开始切割，即从管状部312去除材料。如果空腔304被看作钟表面，则激光切断机326、327、328以及329能够看作分别起始地定位在12点、9点、6点以及3点的位置。在致动时，激光切断机以及它们的相应激光束开始围绕中心轴线311以及管状部312轨道运行。（在该构造中，激光切断机在它们轨道运行时还将围绕它们自身的轴线旋转，并且由此，如果它们移动过一个完整的轨道运动，则它们还将移动过一个整转。）在本示例中，如在图中所示，切断机以及激光束沿逆时针方向轨道运动，然而，也可以使用顺时针方向旋转。随着发射激光束并且发生轨道运行，剪切式闸板303、302被朝向彼此并且朝向管状部312驱动。 [0121] 由此，如在下一次序图、即图4B中所示，激光切断机326、327、328以及329已经旋转45°，其中沿着束路径334、335、336以及337行进的激光束已经切入管状部312的圆周的四个1/8（即，总计一半）的剖面。图4C然后示出了已经移动过四分之一转的切断机。由此，在图4C中，激光切断机326、327、328以及329已经旋转过四分之一转，其中激光束334、335、336以及337已经切断管状部312。由此，切断机326能够被看作已经从12点位置移动到9点位置，其它切断机也已经类似地改变了它们的相应钟面位置。另外示出了在上闸板和下闸板接近并接合管状部312时上闸板的上表面322、后缘320、面321以及前缘319和下闸板的上表面317以及前缘314，以及其中激光束已经切割管状部的区域。 [0122] 图4D则示出了最后的次序图，其中激光切断机已经停用并且不再发射它们的激光束，并且剪切式闸板处于密封接合。空腔304被完全地填充，并且由剪切式闸板303、302闭塞。如图4C中所示，仅上闸板303的上表面322、后缘320以及前缘319和下闸板302的上表面317的一部分，上表面317的其它部分与闸板302的下表面323接合。 [0123] 在切割操作期间，并且具体地用于旨在切断管状部的环形切口的切割操作期间，优选地管状部不在竖向上移动。由此，在激光切断机激发时或之前，管子闸板、环形防喷器或者单独的保持装置应该被致动以防止在激光切断操作期间管子的竖向运动。 [0124] 激光切断机的轨道运动的速率取决于使用的切断机的数目、激光束在其冲击要切断的管状部的表面时的功率、要切断的管状部的厚度以及激光切割管状部的速率。轨道运动的速率应该足够慢，以确保能够完成预期的切口。激光切断机的轨道运动能够通过本领域已知的机械系统、液压系统以及机电系统来完成。 [0125] 术语“完成的”切口以及类似的这种术语的使用包括将要切断的物体切割成为两个部段，例如，围绕管状部的整个圆周并穿过壁的切口，以及其中从管状部除去足够的材料以充分地削弱物体而保证其如预期地分离的切口。取决于激光切断机、立管和BOP的具体构造以及它们的预期用途，完成的切口能够是，例如：将管状部切割成两个单独的部段；围绕管状部的外部以从大约10%到大约90%的壁厚移去环形材料；在壁中形成若干孔眼，但不延伸穿过管状部的壁；若干完全地穿过管状部的壁的穿孔；在壁中形成若干狭缝，但不延伸穿过管状部的壁；若干完全地穿过管状部的壁的狭缝；通过本说明书以及通过引用合并的共同提交说明书中公开的发射图案或者激光切断机布置除去的材料；或者，其它的材料移去图案以及以上的组合。优选地，完成的切口在不足一分钟内制成，并且更优选地，完成的切口在30秒或更少时间内制成。 [0126] 轨道运动的速率能够被固定为完成最末端的管状部或者管状部的组合的切口所需的速率，或者所述速率能够是可变的，或者是预定的，以匹配将在具体钻探作业中存在于BOP中的具体的管状部，或者管状部类型。 [0127] 旋转激光输送组件中的激光切断机的数目越大，则在相同时间量内完成切口的轨道运动的速率会越慢。另外，增大激光切断机的数目会降低完成管状部的切口的时间，而不必增大轨道运动速率。增大激光束功率会使得能够更快地切割管状部，并且由此允许更快的轨道运行速率、更少的激光切断机、更短的完成切口时间或者这些效果的组合。 [0128] 可调闸板防喷器能够与氧气（或者空气和激光切断机）结合使用。由此，单个可调闸板能够用以抓住和密封BOP空腔中的管状部。可调闸板在接合管状部时将在闸板内形成围绕管状部的小的空腔。通过对该空腔放气，该空腔然后能够将其压力降低至大气压或者接近大气压。在会容纳在闸板内的激光切断机激发之前，氧气、或者空气、（或者其它气体或者透射的液体）能够被添加到该空腔。以这一方式，所述可调闸板中将具有激光切断机、在与管状部接合时形成隔离空腔，并且提供以最小防碍流体的方式迅速地切割管状部的手段。如果希望更大的隔离空腔，或者如果需要附加的空间用于激光切断机，也可以使用一个位于另一个之上的两个可调闸板。另外，虽然所述空腔能够被放气至大气压力或者大约大气压力，但可维持增大的压力，以例如降低或者迟缓在管状部被切割时从管状部内流出的任意钻井泥浆的流入量。 [0129] 在图5中，示出了能够用在激光辅助的BOP中的激光闸板组件的实施方式的示例。由此，示出了具有本体501的激光剪切式闸板组件500。本体具有空腔504，空腔504具有中心轴线511。本体501另外具有馈通组件513，馈通组件513用于管理压力以及允许光纤电缆及激光切断机的操作可能需要的其他电缆、管子、电线和输送装置被插入本体501。图中部分地示出了与本体501关联的闸板活塞组件505、506。本体安放激光输送组件509。激光输送组件509具有八个激光切断机540、541、542、543、544、545、546以及547。柔性支撑电缆与每一激光切断机关联。柔性支撑电缆具有足够长度，以容纳激光切断机围绕中心轴线511的轨道运行。在该实施方式中，切断机仅需要经过整个轨道的1/8来实现围绕管状部的整个圆周的切口。柔性支撑电缆位于通道中，并且进入馈通组件513。馈通组件的压力被设计成与BOP相同的水平，并且由此应该能够耐受5,000psi、10,000psi、15,000psi、 20,000psi以及更大的压力。在馈通组件513中的总区域中，支撑电缆从柔性转变到半柔性，并且可以进一步包括在导管538中用于到大功率激光器，或者用于切割操作的其它材料源的输送。 [0130] 另外设置有保护罩570。该保护罩570保护激光切断机以及激光输送组件不受钻探泥浆以及管状部通过BOP空腔的移动的影响。其优选地定位成使得其并不扩展到、或者以别的方式防碍BOP空腔或者管状部通过空腔的移动。优选地，压力被设计为与其它BOP部件相同的水平。在致动时，其可以通过机械或者液压方式移动离开激光束路径，或者激光束可以从中通过传播，从而切断以及去除起始地阻碍激光束的任何保护罩材料。在致动时，激光切断机将激光束从BOP空腔外部传播（也可称为发射激光或者激发激光，以形成激光束）到空腔中，并向可能在空腔中的任何管状部传播。由此，存在激光束路径580、581、582、583、584、585、586以及587，这些激光束路径在操作期间绕中心轴线511旋转。 [0131] 总体上，对于这样的激光辅助BOP堆叠的操作：其中至少一个激光束被指向BOP的中心，并且至少一个激光切断机构造成围绕BOP的中心轨道运动（部分地或者全部地）以实现环形切口，即围绕管状部的圆周的切口（包括部分地围绕圆周延伸的象切口的狭槽，完全地围绕圆周延伸的切口，部分穿过管状部壁厚的切口，完全地穿过管状部壁厚的切口，或者前述切口的组合），该激光辅助BOP堆叠的操作可以如下发生：在致动时，激光切断机向要切断的管状部发射激光束。在最先发射激光束之后的时段中，切断机开始移动，绕管状部轨道运行，并且由此激光束围绕管状部的圆周移动，从而将材料从管状部切去。在完成管状部中的切口时的时间点，激光束将停止发射。在激光束激发之前、期间或之后的一些时间点，剪断闸板被致动，从而切割、排出或者切割并排出可能仍位于它们的路径中的任何管状部材料，并且密封BOP空腔和井眼。 [0132] 在图6中，示出了能够用在激光辅助的BOP中的激光闸板组件的实施方式的示例，该激光闸板组件具有固定的激光切断机。由此，示出了具有本体601的激光剪切式闸板组件600。本体具有空腔604，空腔604具有中心轴线611。本体601另外具有馈通组件613，馈通组件613用于管理压力以及允许光纤电缆及激光切断机的操作可能需要的其他电缆、管子、电线和输送装置被插入本体601。图中部分地示出了与本体601关联的闸板活塞组件605、606。本体安放激光输送组件609。激光输送组件609具有八个激光切断机640、641、 642、643、644、645、646以及647。在该实施方式中，切断机并不轨道运动或者移动。切断机构造成使得它们的束路径（未示出）围绕中心轴线611径向地分布并通过中心轴线611。支撑电缆650、651、652、653、654、655、656以及657分别地与激光切断机640、641、642、643、 644、645、646以及647中的每个关联。在该实施方式中，支撑电缆并不需要适应激光切断机绕中心轴线611的轨道运行，因为激光切断机是固定的，并不轨道运动。另外，因为激光切断机是固定的，支撑电缆650、651、652、653、654、655、656以及657可以是半柔性的或者刚性的，并且整个组件609可以包含在其它防护材料的环氧树脂内。支撑电缆位于通道中，并且进入馈通组件613。馈通组件的压力被设计成与BOP相同的水平，并且由此应该能够耐受5,000psi、10,000psi、15,000psi、20,000psi以及更大的压力。在馈通组件613中的总区域中，支撑电缆从柔性转变到半柔性，并且可以进一步包括在导管638中用于到大功率激光器，或者用于切割操作的其它材料源的输送。保护罩，诸如图5中的保护罩570，也可以用于这个以及其它的实施方式，但本图中未示出。 [0133] 虽然在图6中的固定式激光切断机实施方式的示例中示出了八个均匀间隔的激光切断机，其它构造也是预期的。可以使用更少或更多的激光切断机。切断机可以定位成使得它们分别的激光束路径是平行的，或者至少在BOP中不相交，而不是在径向上彼此相交，如图6中所示的实施方式的示例那样。 [0134] 转向图7，示出了能够用在激光辅助的BOP堆叠中的激光剪切式闸板组件的实施方式的示例。激光剪切式闸板组件700具有本体701。本体701具有下剪切式闸板702，（距离井头较近）和上剪切式闸板703，下剪切式闸板702和上剪切式闸板703在致动时由下活塞组件705和上活塞组件706压入内腔704。还设有激光输送组件741、742。激光输送组件741、742分别位于闸板702、703中。激光输送组件741、742分别具有柔性支撑电缆745、746，柔性支撑电缆745、746分别穿过馈通组件743、744，分别进入与至少一个大功率激光器源光学地关联的管道747、748。馈通组件以及柔性支撑电缆从中通过的所有部位的压力应该设计成满足BOP的需求，并且具体地满足与电缆从中通过的结构关联的压力需求。柔性支撑电缆745、746设置有足够长度，以适应剪切式闸板702、703以及活塞组件705、706的移动。 [0135] 在钻探及其他活动期间，管状部（图7中未示出）典型地定位在内腔704中。当管状部存在于空腔704中时，在激光剪切式闸板组件700致动时，激光输送组件741、742将大功率激光能输送到位于空腔704中的管状部。大功率激光能完全地切断管状部，或者最小程度地削弱管状部，以允许剪切式闸板702、703迅速地密封空腔704，从而如果管状部完全地由激光能切断则移动管状部段避开剪切式闸板，或者如果仅通过激光削弱则切断管状部并且移动管状部段避开剪切式闸板，并且由此，确保剪切式闸板表面707、708接合、密封以及由此封闭BOP空腔704以及井眼。 [0136] 通过将激光输送组件置入闸板中，诸如图7中所示的实施方式中的激光输送组件741、742，能够大大地减少（如果不是消除）激光束路径通过钻探泥浆的距离。由此，激光束的激发可以被延迟，直到闸板非常接近于、或者接触要切断的管状部。 [0137] 激光切断机或者激光输送组件的保护罩也可以用于激光器闸板构造，诸如图7中所示的实施方式，其中切断机或者组件位于闸板中。由此，这种保护罩可以关联于闸板面，并且在致动时被除去或者被激光束切入。 [0138] 转向图8，示出了能够用在激光辅助的BOP中的激光剪切式闸板组件的实施方式的示例。激光剪切式闸板组件800具有本体801。本体801具有下剪切式闸板802，（距离井头较近）和上剪切式闸板803，下剪切式闸板802和上剪切式闸板803在致动时由下活塞组件805和上活塞组件806压入内腔804。还设有激光输送组件841、842、850、852。激光输送组件841、850位于闸板802中。激光输送组件842、852位于闸板803中。激光输送组件841、842、850、852分别具有柔性支撑电缆845、846、851、853，柔性支撑电缆845、846、851、853分别穿过馈通组件743（电缆845、851）、844（电缆846、853），分别进入与至少一个大功率激光器源光学地关联的管道847、848。馈通组件以及柔性支撑电缆从中通过的所有部位的压力应该设计成满足BOP的需求，并且具体地满足与电缆从中通过的结构的压力需求。柔性支撑电缆845、746、851、853设置有足够长度，以适应剪切式闸板802、803以及活塞组件805、806的移动。 [0139] 在钻探及其他活动期间，管状部（图8中未示出）典型地定位在内腔804中。当管状部存在于空腔804中时，在激光剪切式闸板组件800致动时，激光输送组件841、842、850、852将大功率激光能输送到位于空腔804中的管状部。大功率激光能完全地切断管状部，或者最小程度地削弱管状部，以允许剪切式闸板802、803迅速地密封空腔804，从而如果管状部完全地由激光能切断则移动管状部段避开剪切式闸板，或者如果仅通过激光削弱则切断管状部并且移动管状部段避开剪切式闸板，并且由此，确保剪切式闸板接合、密封以及由此封闭BOP空腔804以及井眼。 [0140] 转向图9，示出了能够用在激光辅助的BOP中的激光剪切式闸板组件的实施方式的示例。激光剪切式闸板组件900具有本体901。本体901具有下剪切式闸板902，（距离井头较近）和上剪切式闸板903，下剪切式闸板902和上剪切式闸板903在致动时由下活塞组件905和上活塞组件906压入内腔904。另外设有激光输送组件941、942以及909。激光输送组件941、942位于闸板902、903。激光输送组件909位于本体901中。激光输送组件941、942分别具有柔性支撑电缆945、946，柔性支撑电缆945、946分别穿过馈通组件943、 944，分别进入与至少一个大功率激光器源光学地关联的管道947、948。激光器组件909具有柔性支撑电缆以及与之关联的馈通组件（但图中未示出）。激光器组件909能够是本说明书中示出或教导的用在本体中的任何类型的激光器组件，诸如，例如图4A、5或者6中所示的实施方式中的组件。馈通组件以及柔性支撑电缆从中通过的所有部位的压力应该设计成满足BOP的需求，并且具体地满足与电缆从中通过的结构的压力需求。柔性支撑电缆945、 946设置有足够长度，以适应剪切式闸板902、903以及活塞组件905、906的移动。 [0141] 在钻探及其他活动期间，管状部典型地定位在内腔904内。当管状部存在于空腔904中时，在激光剪切式闸板组件900致动时，激光输送组件941、942、909将大功率激光能输送到位于空腔904中的管状部。大功率激光能完全地切断管状部，或者最小程度地削弱管状部，以允许剪切式闸板902、903迅速地密封空腔904，从而如果管状部完全地由激光能切断则移动管状部段避开剪切式闸板，或者如果仅通过激光削弱则切断管状部并且移动管状部段避开剪切式闸板，并且由此，确保剪切式闸板接合、密封以及由此封闭BOP空腔904以及井眼。 [0142] 图10A-C、11A-C、12A-C、13A-C、14以及15示出了用于剪切式闸板中的激光器组件的激光切断机的构造的说明性例子。虽然一些图中能够看作上闸板，并且一些图中标示了上以及下闸板，这些图以及它们的教导适用于上和下闸板，以及那些闸板中的各种布置，诸如，例如图8所示实施方式的组件850以及841的布置。另外，可以使用更少或更多数目的激光切断机，切断机的布置可以变化，切断机的位置可以均匀地或者非均匀地分布在闸板的面上，或者可以采用激光切断机布置的其它变形。另外，这些闸板或者激光切断机也可以具有与之关联的保护罩，以保护切断机不受井内流体以及管状部的影响。图14和15另外提供了剪切式闸板的配合表面可以采用的各种形状的示例。本发明的激光剪切式闸板可以利用目前本领域已知的或新近开发的任何吻合表面形状。 [0143] 在图10A-10C中，示出了位于剪切式闸板中的激光切断机的构造，仅示出了闸板的导引部，例如，闸板的旨在接合管状部的部分。具体地，图10A示出了闸板的透视图。图10B示出了沿着图10A的线B-B截取的横向横截面图，并且图10C示出了沿着图10A的线C-C截取的纵向横截面图。剪切式闸板剪1090具有后缘1020、后缘表面1032、前缘1019、前缘表面1023、以及定位在前缘1019和后缘1020之间并且连接前缘1019和后缘1020的工作面1021。剪切式闸板1090具有激光切断机1051、1052、1053、1054、1055、1056、1057、1058、 1059以及1060。这些激光切断机定位在工作面1021上，沿着所述面距离前缘1019位于路径的大约1/3至1/4的位置。激光切断机1051、1052、1053、1054、1055、1056、1057、1058、 1059以及1060中的每个激光切断机具有与之关联的支撑电线1061、1062、1063、1064、 1064、1065、1066、1067、1068、1069以及1070。激光切断机另外基本上横过工作面1021均匀地间隔。 [0144] 在图11A-11C中，示出了位于剪切式闸板中的激光切断机的构造，仅示出了闸板的导引部，例如，闸板的旨在接合管状部的部分。具体地，图11A示出了闸板的透视图。图11B示出了沿着图11A的线B-B截取的横向横截面图，而图11C示出了沿着图11A的线C-C截取的纵向横截面图。剪切式闸板剪1190具有后缘1120、后缘表面1132、前缘1119、前缘表面1123、以及定位在前缘1119和后缘1120之间并且连接前缘1119和后缘1120的工作面1121。剪切式闸板1190具有六个激光切断机1151、1152、1153、1154、1155以及1156。这些激光切断机定位在工作面1121上，位于所述面的离后缘1120的半部中，如在图中大体上示出的。激光切断机1151、1152、1153、1154、1155以及1156中的每一个具有与之关联的支撑电缆1161、1162、1163、1164、1164、1065以及1166。激光切断机另外基本上横过工作面 1121均匀地间隔。 [0145] 在图12A-12C中，示出了位于剪切式闸板中的激光切断机的构造，仅示出了闸板的导引部，例如，闸板的旨在接合管状部的部分。具体地，图12A示出了闸板的透视图。图12B示出了沿着图12A的线B-B截取的横向横截面图，并且图12C示出了沿着图12A的线C-C截取的纵向横截面图。剪切式闸板剪1290具有后缘1220、后缘表面1232、前缘1219、前缘表面1223、以及定位在前缘1219和后缘1220之间并且连接前缘1219和后缘1220的工作面1221。剪切式闸板1290具有两个激光切断机1251以及1252。这些激光切断机定位在工作面1221上，在所述面的离后缘1220最近的半部中，并且与侧表面1280、1281相邻，如图中大体上示出的。激光切断机1251以及1252中的每个具有与之关联的支撑电缆1261以及1262。激光切断机另外基本上横过工作面1221不均匀地间隔。 [0146] 在图13A-13C中，示出了位于剪切式闸板中的激光切断机的构造，仅示出了闸板的导引部，例如，闸板的旨在接合管状部的部分。具体地，图13A示出了闸板的透视图。图13B示出了沿着图13A的线B-B截取的横向横截面图，并且图13C示出了沿着图13A的线C-C截取的纵向横截面图。剪切式闸板剪1390具有后缘1320、后缘表面1332、前缘1319、前缘表面1323、以及定位在前缘1319和后缘1320之间并且连接前缘1319和后缘1320的工作面1321。剪切式闸板1390具有两个激光切断机1351以及1352。这些激光切断机定位在工作面1321上，位于所述面的在后缘1320和前缘1319之间的中点的、被从侧表面1380、 1381除去的大体区域中，并且与所述面的在侧表面1380、1381之间的中点1383相邻，如图中大体上所示。激光切断机1351以及1352中的每个具有与之关联的支撑电缆1361以及 1362。激光切断机另外基本上横过工作面1321不均匀地间隔。 [0147] 在图14中，示出了在对置的剪切式闸板1402、1403中的激光切断机的构造，所述闸板处于与管状部1402起始地接合的状态。剪切式闸板1403是上闸板，具有两个侧边1481、1480以及配合表面1408。剪切式闸板1402是下闸板，具有两个侧边1483、1482以及配合表面1407。配合表面1408具有与之关联的激光切断机1451、1452、1453、1454、1455、 1456以及1457。这些切断机具有与之关联的支撑电缆（图中未示出）。配合表面1409具有与关联的激光切断机1471、1472、1472、1374、1475、1476、1477以及1478。这些切断机具有与之关联的支撑电缆（图中未示出）。剪切式闸板1402上的切断机与剪切式闸板1403上的切断机成交错关系。照此，离开剪切式闸板1402上的切断机的束路径，例如切断机1455的束路径1425，并不会与剪切式闸板1403上的任何切断机相交。类似地，离开剪切式闸板 1402上的切断机的束路径，例如切断机1476的束路径1436，并不会与剪切式闸板1402上的任何切断机相交。激光切断机基本上横过它们的相应配合表面1408、1407均匀地隔离。 [0148] 在图15中，示出了在对置的剪切式闸板1502、1503中的激光切断机的构造，所述闸板处于与管状部1502起始地接合的状态。剪切式闸板1503是上闸板，具有两个侧边1581、1580以及配合触面1508。剪切式闸板1502是下闸板，具有两个侧边1583、1582以及配合触面1507。配合表面1508具有与之关联的激光切断机1551、1552、1553、1554、1555、 1556、1557、1558以及1559。这些切断机具有与之关联的支撑电缆（图中未示出）。所述激光切断机另外相对于彼此基本上均匀地隔离，并且横过配合表面1508、1407非均匀地隔离，即切断机相对于两个侧边1581、1580间隔。 [0149] 在图10A-C、11A-C、12A-C、13A-C、14以及15中所示的构造中的激光切断机的激发次序或者激发的顺序可以是顺序地、顺次序地、同时地、从外侧向内侧、从内侧向外侧、从一侧向一侧，或者其组合或变化。优选地，激光切断机将被顺次地激发，其中首先激发中央切断机，接着激发相邻的切断机。由此，转向图10A-10C中所示的构造，举例来说，切断机将被成对地激发，其中首先激发最内侧的切断机1055、1056，然后接着激发切断机1057、1054，随后是1058、1053等等。可以采用高速束开关来控制该激发顺序。另外，激光切断机的激发的时序应该使得第一切断机切口完全地穿过管状部的壁，例如，它们形成穿过管状部的孔，然后下一切断机，从而利用或者以别的方式形成管状部中的延伸的切口前部。 [0150] 具有剪切式激光器模块（SLM）的BOP堆叠的示例性构造和布置是预期的。例如，现有的剪断闸板可以用剪切式激光器模块或者多个剪切式激光器模块替换，可以添加剪切式闸板和剪切式激光器模块的组合，可以添加剪切式激光闸板组件，可以添加多个激光器模块，并且前述的组合可以形成为改型过程的一部分以实现改型的激光辅助的BOP堆叠。此外，通过具有添加到堆叠部件的剪切式激光器模块，更大以及更新的BOP堆叠也可以实现益处。 [0151] 转向图16，示出了激光辅助的BOP堆叠的实施方式的示例。由此，示出了激光辅助的BOP堆叠1600，其从顶部1619到底部1620具有带有连接器1602和1603的挠性接头1601、带有连接器1605和1606的环形防喷器1604、带有连接器1608和1609的剪切式闸板 1607、带有连接器1622和1623的剪切式激光器组件1621（具有以虚线示出的激光输送组件1624）、以及带有连接器1615和1616的管子闸板1613以及管子闸板1614。连接器，例如连接器1602能够是海洋钻探领域中的技术人员已知或者使用的满足BOP的压力需求的任何类型连接器，诸如，例如带有螺栓的凸缘。BOP堆叠1600中的每个部件，例如剪切式闸板1607，具有内腔或者孔道，所述内腔或者孔道具有壁，当组装成为BOP堆叠时，所述内腔或者孔道形成具有壁1618（在图中以虚线示出）的内腔1617。 [0152] 图17示出了激光辅助的BOP堆叠的示例。由此，示出了激光辅助的BOP堆叠1700，其从顶部1719到底部1720具有带有连接器1702和1703的挠性接头1701、带有连接器1705和1706的环形防喷器1704、带有连接器1722和1723的剪切式激光器组件1721（具有以虚线示出的激光输送组件1724）、带有连接器1708和1709的剪切式闸板1707、带有连接器1711和1712的分隔器1710、以及带有连接器1715和1716的管子闸板1713、1714。连接器，例如连接器1702能够是海洋钻探领域中的技术人员已知或者使用的满足BOP的压力需求的任何类型连接器，诸如，例如带有螺栓的凸缘。BOP堆叠1700中的每个部件，例如剪切式闸板1707，具有内腔或者孔道，所述内腔或者孔道具有壁，当组装成为BOP堆叠时，所述内腔或者孔道形成具有壁1718（在图中以虚线示出）的内腔1717。 [0153] 在图18中，示出了用于10,000英尺及以上的超水深作业的激光辅助BOP堆叠的示例，但该BOP堆叠也可在浅水深处作业和使用。从堆叠顶部1801到堆叠底部1815列举部件：激光辅助的BOP堆叠1800具有挠性接头1803、环形防喷器1804、剪切式激光器模块1805、环形防喷器1806、剪切式激光器模块1807、剪切式闸板1808、剪切式闸板1809、剪切式激光器模块1810、分隔器1811、管子闸板1812和1813以及管子闸板1814和1815。这些部件每个均具有孔道，并且当组装在所述堆叠中时，孔道形成从堆叠顶部1801延伸到堆叠底部1815的空腔（本图中未示出）。剪切式激光器模块具有激光输送组件（本图中未示出）。 各部件利用连接器连接在一起，所述连接器为适用于并且将满足海洋钻探的要求的任意类型，并且对于本示例，具体将满足超水深海洋钻探的要求。 [0154] 激光辅助的BOP堆叠可用以控制和管理井眼中的压力和流量两者，并且可用以管理和控制紧急情况，诸如可能的喷出。除剪切式激光器模块之外，激光辅助的BOP堆叠可具有环形防喷器。环形防喷器可具有密封BOP空腔中的管状部的可扩张封隔器，从而防止材料流过在管状部的外径和激光辅助的BOP的内腔壁之间形成的环带。除剪切式激光器模块之外，激光辅助的BOP堆叠可具有闸板防喷器。闸板防喷器可以是例如：管子闸板，其可以具有两个半圆状的夹紧装置，其被驱动抵靠位于BOP空腔中的管状部的外径；全封闭防喷器闸板，其能够在不存在管状部时密封空腔，或者它们可以是能够切割管状部并且密封BOP空腔的剪切式闸板；或者它们可以总体上是剪切式激光闸板组件，激光剪切式闸板组件使用激光束来切割或削弱管状部，包括钻铤、管接头以及可能存在于BOP空腔中的井眼下部组件。 [0155] 转向图19，示出了能够用在激光辅助的BOP堆叠中的剪切式激光器模块（“SLM”）的实施方式的示例。SLM1900具有本体1901。本体1901具有第一连接器1905和第二连接器1906。内腔1904具有内腔壁1941。另外设置有激光输送组件1909。激光输送组件1909位于本体1901中。激光输送组件1909可以是，例如环形组件，其包围或者部分地包围内腔1904。这一组件1909与至少一个大功率激光器源光学地关联。 [0156] 转向图20，示出了能够用激光辅助的BOP堆叠中的剪切式激光器模块（“SLM”）的实施方式的示例。SLM2000具有本体2001。本体2001具有第一连接器2005和第二连接器2006。内腔2004具有内腔壁2041。另外设置有激光输送组件2009。激光输送组件2009位于本体2001中。激光输送组件2009可以是，例如环形组件，其包围或者部分地包围内腔 2004。这一组件2009与至少一个大功率激光器源光学地关联。 [0157] 图20的实施方式另外包含用于激光输送组件2009的保护罩2014。保护罩2014定位在本体2001内，使得其内表面或者壁2015与空腔壁2041平齐。以这一方式，保护罩并不在空腔2004中形成任何的突出或者阻碍。该保护罩能够保护激光输送组件2009不受钻探泥浆影响。对于激光输送组件2009，该保护罩也可以管理压力，或者有助于压力管理。保护罩还可以在管状部通过空腔2004移入或移出时，保护激光输送组件2009不受管状部，诸如管状部2002的影响。保护罩可以由这样的材料制成，诸如钢或者其它类型的金属，或者既足够强以保护激光输送组件2009同时在激光束向管状部2002发射时又能够被快速切割的其它材料。该保护罩能够被从激光束的束路径移除。在这一构造中，在激光输送组件 2009致动时，保护罩将移动离开束路径。在可移除的保护罩构造中，保护罩将不必易于被激光束切割。 [0158] 在钻探及其他活动期间，管状部典型地定位在BOP内腔内。环带形成在管状部的外径和内腔壁之间。这些管状部具有的外径的尺寸能够在从大约18″直到数英寸的范围内变化，并且具体地，典型地在从大约16 2/5（16.04）″英寸到大约5″或者更小的范围内变化。当管状部存在于空腔中时，在SLM致动时，激光输送组件将大功率激光能输送到位于空腔中的管状部。大功率激光能完全地切断管状部，从而允许管状部从堆叠中的闸板或者环形防喷器移去或者掉落，以允许BOP迅速地密封BOP内空腔，并且由此迅速地密封井眼，而不会因管状部产生任何防碍。 [0159] 虽然图19和20的实施方式的示例中示出了单个激光输送组件，但也可以采用多个激光输送组件、不同形状的组件和不同位置的组件。对于管状部形成精确且预定的激光能输送模式的能力，以及在管状部中或者穿过管状部形成精确的且预定的切口的能力提供了这样的能力：即使在紧急情况下，也能够切断管状部，而不会挤压管状部，并且使管状部的切断端部具有预定形状，以帮助随后附连到打捞工具以从钻孔回收切断的管状部。另外，切断管状部而不挤压管状部的能力在切断的管状部的下部部段提供更大的面积，即更大的开口，钻探泥浆或者其它流体能够通过该更大开口被与BOP组件关联的压井管线泵送到井眼中。 [0160] SLM的本体可以是被加工成容纳激光输送组件的单件，或者其可以由多个件制成，该多个件被固定在一起从而提供用于其用途的足够强度，并且具体地，用以承受5,000psi、10,000psi、15,000psi、20,000psi以及更大的压力。本体的容纳激光输送组件的区域可以被加工或者以别的方式制成以容纳激光输送组件，同时维持用于本体预定用途的强度要求。SLM的本体也可以是两个或更多个单独的部件或者部分，例如，一个用于上半部，一个用于下半部。这些部件能够通过例如栓接凸缘或者对于海洋钻探领域的技术人员已知的其它合适的连接装置彼此相连。本体或者构成本体的模块可以具有管道、气道、沟道或者其它这种结构，以将用于激光束传输的光纤电缆从激光源传送到本体并且传送到激光输送组件，以及涉及激光输送组件的操作或者监测及其切割操作的其它电缆。 [0161] T转向图21和21A-21C，示出了能够用激光辅助的BOP堆叠中的SLM的实施方式的示例。由此，示出了具有本体2101的SLM2100。该本体具有空腔2104，空腔2104具有中心轴线2111（虚线）和壁2141。BOP空腔2104另外具有纵轴，并且在该实施方式中，所述纵轴和中心轴线2111是相同的，对于BOPs大体上如此。这些轴线的命名是基于BOP的构造并且是相对于BOP结构本身而言，而不是BOP相对于土地表面的位置。由此，如果BOP例如被在其侧面上敷设，则BOP的纵轴将不会改变。典型地，空腔2111的中心轴线位于与井头空腔或者管状部从中穿过插入钻孔的开口的中心轴线相同的轴线上。 [0162] 本体2101容纳激光输送组件2109。另外示出了在空腔2104中的管状部2112。本体2101另外具有馈通组件2113，馈通组件2113用于管理压力以及允许光纤电缆及激光切断机的操作可能需要的其他电缆、管子、电线和输送装置被插入本体2101。馈通组件2113与导管338相连，用于到大功率激光器或者用于切割操作的其它材料源的输送。 [0163] 图21A-21C是沿着线B-B截取的图21中所示的实施方式的横向横截面图。图21A到21C还示出了SLM2100在切割管状部2112中的操作顺序。在该实施方式中，激光输送组件2109具有四个激光切断机2126、2127、2128和2129。柔性支撑电缆与每一激光切断机关联。由此，柔性支撑电缆2131与激光切断机2126关联，柔性支撑电缆2132与激光切断机2127关联，柔性支撑电缆2133与激光切断机2128关联，并且柔性支撑电缆2130与激光切断机2129关联。柔性支撑电缆位于通道2139中，并且进入馈通组件2113。在馈通组件2113中的总区域中，支撑电缆从柔性转变到半柔性，并且可以进一步包括在导管338中用于到大功率激光器，或者用于切割操作的其它材料源的输送。柔性支撑电缆2130、2131、2132和2133具有额外的或者附加的长度，该长度允许激光切断机2126、2127、2128和2129围绕轴线2111以及围绕管状部2112的轨道运行。 [0164] 图21A到21C还示出了SLM2100用以切割管状部2112的致动顺序。在该示例中，所述第一次序图（例如，发射，因为所述次序优选地是连续的，而不是交错或者分步的）在图21A中示出。随着被致动，四个激光切断机2126、2127、2128和2129传播（也可称为发射或者激发激光，以输送或者放射激光束）沿着束路径2150、2151、2152和2153行进的激光束。 束路径2150、2151、2152和2153从激光切断机2126、2127、2128和2129向中心轴线2111延伸，并且由此与管状部2112相关。所述束被指向中心轴线2111。照此，所述束从BOP内、从空腔壁2141外发射，并且沿着它们各自的束路径向BOP的中心轴线行进。激光束冲击管状部2112并开始切割，即从管状部2112去除材料。 [0165] 如果空腔2104被看作钟表面，则激光切断机2126、2127、2128以及2129能够看作分别起始地定位在12点、9点、6点以及3点的位置。在致动时，激光切断机以及它们的相应激光束开始围绕中心轴线2111以及管状部2112轨道运行。（在该构造中，激光切断机在它们轨道运行时还将围绕它们自身的轴线旋转，并且由此，如果它们移动过一个完整的轨道运动，则它们还将移动过一个整转。）在本示例中，如在图中所示，切断机以及激光束沿逆时针方向轨道运动，然而，也可以使用顺时针方向旋转。 [0166] 由此，如在下一次序图、即图21B中所示，激光切断机2126、2127、2128和2129已经旋转45°，其中沿着束路径2150、2151、2152和2153行进的激光束已经切入管状部2112的圆周的四个1/8（即，总计一半）的剖面。图21C然后示出了已经移动过四分之一转的切断机。由此，切断机2126能够被看作已经从12点位置移动到9点位置，其它切断机也已经类似地改变了它们的相应钟面位置。由此，通过移动过四分之一转，束路径2150、2151、2152和2153将已穿过管状部2112的整个圆周并且沿着那些束路径行进的激光束将切断管状部。 [0167] 在切割操作期间，并且具体地用于旨在切断管状部的环形切口的切割操作期间，优选地管状部不在竖向上移动。由此，在激光切断机激发时或之前，管子闸板、环形防喷器或者单独的保持装置应该被致动以防止在激光切断操作期间管子的竖向运动。单独的保持装置也能够被包含在SLM中。 [0168] 激光切断机的轨道运动的速率取决于使用的切断机的数目、激光束在其冲击要切断的管状部的表面时的功率、要切断的管状部的厚度以及激光切割管状部的速率。轨道运动的速率应该足够慢，以确保能够完成预期的切割。激光切断机的轨道运动能够通过本领域已知的机构系统、液压系统以及机电系统来完成。 [0169] 在图23A-C和24A-B中，示出了与具有凸缘联轴器、诸如HMF联轴器的立管相关联的激光器模块的示例性实施方式。在“A”图中，以实线示出了立管凸缘，以虚线示出了相关的管子和激光器模块。“A”图还具有剖视图，其中从图中除去了沿“B”图中的线A-A截取的部分。在“B”图中，示出了沿两个凸缘之间的横向连接截取的凸缘和激光器模块的横向横截面。 [0170] 由此，转向图23A、23B，提供了立管节中心管2300，立管节中心管2300在其下端附连有凸缘2301。立管节中心管2303在其上端附连有凸缘2302。（虽然本图中未示出，能够辨别出立管节中心管2300将在其上端附连有凸缘，并且立管节中心管2303将在其下端附连有凸缘。）凸缘2301被螺栓和螺母2304、2305、2306、2307、2308、2309附接到上凸缘2302。另外与立管节2300、2303关联并且通过凸缘2301、2302延伸的是节流管线2310、增压管线 2311、压井管线2312、液压管线2313和盲孔（例如，凸缘中的开放未填充孔）2314、2315。凸缘2301具有外表面2316、配合表面2335和肩表面2336。凸缘2303具有外表面2317、配合表面2337和肩表面2338。当凸缘2301和2302接合并连接时，表面2335接合表面2337，并且表面2336接合表面2338。激光切断机2320、2321、2322、2323、2324、2325分别具有柔性支撑电缆2326、2327、2328、2329、2330、2331。激光切断机与至少一个大功率激光器光学地关联。激光切断机被容纳在激光器模块2318的壳体2319中。在该实施方式中，激光切断机定位成与螺栓的头部相邻，见例如激光切断机2324和螺柱2308，并且具有指向螺栓的束路径。 [0171] 向图23C，图23C是图23A的一部分的放大图，示出了激光切断机2324的激光放出端2350。激光束从激光切断机2324传送将沿着的束路径2351在激光放出端2350和要切断的立管节的部件（在本图示中将是螺栓2308）之间延伸。壳体2319具有内部区域2352，内部区域2352被构造成或者以别的方式适于接触、接合要由激光切割的立管的部分或与之关联。壳体2319具有相对于内部区域2352间隔的外部区域2353。总体上，壳体内部区域将距离立管最近，并且壳体外部区域将距离立管最远。 [0172] 转向图24A、24B，提供了立管节中心管2400，立管节中心管2400在其下端附连有凸缘2401。立管节中心管2403在其上端附连有凸缘2402。（虽然本图中未示出，能够辨别出立管节中心管2400将在其上端附连有凸缘，并且立管节中心管2403将在其下端附连有凸缘。）凸缘2401由螺栓和螺母2404、2405、2406、2407、2408、2409附连到上凸缘2402。另外与立管节2400、2403关联并且通过凸缘2401、2402延伸的是节流管线2410、增压管线 2411、压井管线2412、液压管线2413和盲孔（例如，凸缘中的开放未填充孔）2414、2415。凸缘2401具有外表面2416、配合表面2435和肩表面2436。凸缘2403具有外表面2417、配合表面2437和肩表面2438。当凸缘2401和2402接合并连接时，表面2435接合表面2437，并且表面2436接合表面2438。激光切断机2420、2421、2422、2423、2424、2425、2426、2427、 2428、2429每个均具有柔性支撑电缆（未示出）。激光切断机与至少一个大功率激光器光学地关联。激光切断机被容纳在激光器模块2418的壳体2419中。在该实施方式中，激光切断机定位成与螺栓的头部相邻，见例如激光切断机2424和螺柱2408，并且与外部管子相邻，见例如激光切断机2426和增压管线2411。激光切断机具有指向螺栓和外部管子的束路径。 [0173] 在另一实施方式中，激光切断机定位成两个凸缘的连接处相邻，即与其中外表面和配合表面汇合处的环部相邻。由此，在该实施方式中，激光切断机被引导到凸缘中，并且具有与通过配合表面的接合形成的环片相交或跟随该环片的束路径。在另一实施方式中，激光切断机定位成与所述肩相邻。以这种方法，激光具有被从激光切断机引导向其中所述肩彼此接合的区域的束路径。此外，在该实施方式中，束路径被引导穿过凸缘连接的最薄区域，并且由此为激光切断机呈现最少量的去除材料。在另外的实施方式中，激光切断机定位成邻近螺栓的螺母，并且具有指向螺母的束路径。 [0174] 用于激光器模块的壳体能够与凸缘中的一个凸缘成为一体。壳体能够为两个件，每个件均与凸缘成一体，并且由此，壳体件将在凸缘相连时被接合在一起。壳体可以在凸缘之上或之下向内延伸，并且与中心管接合。当壳体向内延伸时，其可构造成将水阻止在位于激光切断机和要切断的材料、例如螺栓头之间的束路径之外。然而，在该壳体构造中，必须小心操作以便壳体在组装后允许通向螺栓和螺母的通路以及用于外部管子的管道。壳体可以采用开口环类型的构造，或者可以采用两个半圆部分或者更多半圆部分，所述部分在凸缘已被栓接在一起之后围绕凸缘连接在一起，或者围绕中心管或者立管连接在一起。 [0175] 优选地，在致动时，激光切断机将沿着它们各自的束路径传送（另外通称为激发或者发射激光以形成激光束）它们各自的激光束。切断机然后将绕立管旋转，从而使得束路径切割附加的材料。可以利用非旋转式激光切断机，然而在这种情况下，为确保迅速、清洁且受控地切割立管，应使用更多数目的切断机。大功率激光能束的输送将切断、或者以别的方式除去位于束路径中的材料。由此，大功率激光能例如能够切断将两个立管凸缘保持在一起的螺栓；并且分开或者切断由那些螺栓保持在一起的两个立管节。 [0176] 虽然图中未示出，本说明书中的激光器模块和教导可用于现有的任何类型的立管联轴器，包括卡爪型联轴器和旋转键型联轴器，以及未来的还有待开发的立管联轴器系统、以及本文的教导可能引起的立管联轴器系统。 [0177] 图25A和25B示出了激光立管断开部段的实施方式。图25B是沿着图25A的线B-B截取的激光立管断开部段的横向横截面图。提供有立管节2500。立管节2500具有中心管2503，中心管2503在其端部具有上联轴器2501和下联轴器2502。这些联轴器可以是钻探领域的技术人员已知的任何类型的立管联轴器，并且将包括凸缘型、卡爪型和旋转键型联接器。立管节2500具有与之关联的四个外部管子，压井管线2504、节流管线2505、增压管线2506和液压管线2507。立管节2500具有激光器模块2508，激光器模块2508具有壳体2509。外部管子构造成围绕激光器壳体，例如，位于激光器壳体外部。由此，激光切断机2510、2511能够与立管节2500的中心管2503相邻。激光切断机具有柔性支撑电缆2512、 2513，柔性支撑电缆2512、2513被馈送通过馈通组件2514并且被馈送到用于到大功率激光能以及可以在激光切断机的操作或者监测中利用的其它材料的连接的导管2515中。柔性支撑电缆具有额外的松驰度或者长度，以适应激光切断机2510、2511围绕中心管2503的圆周的旋转。在图25B的实施方式中，切断机将必须移动过1/2转来切断中心管2503。 [0178] 理想的是，在外部管子上设置快速断开阀或者组件，以在立管的中心管、外部管子、将立管节保持在一起的螺栓或者其它装置、或者它们全部被切断时，便于它们的断开、和闭合或者封闭。用于外部管子的这些断开装置应该定位成使得，如果激光器模块被致动并且切断立管或者以别的方式削弱立管时防止材料的泄漏，以便迅速断开是可能的。 [0179] 激光器模块或者激光切断机可以包含保护罩，从而对激光切断机提供保护，以在或大或小的程度上避免激光切断机受到水、压力或者部署有立管的其它海底环境条件的影响。保护罩可以是壳体的一部分或者其可以是单独的部件。对于激光器模块，该保护罩可以帮助管理压力，或者有助于压力管理。保护罩可以由这样的材料制成，诸如钢或者其它类型的金属，或者既足够强以保护激光切断机同时在激光束被激发时又能够被快速切割的其它材料。该保护罩能够被从激光束的束路径移除。在这一构造中，在激光器模块致动时，保护罩将移动离开束路径。在可移除的保护罩构造中，保护罩将不必易于被激光束切割。 [0180] 虽然关于单个立管节示出了单个激光器模块，也可以采用多个激光器模块、不同形状的模块以及不同位置的模块。另外，每个均具有自身的激光器模块的多个立管节可以用在立管中的位于海洋钻机和BOP之间的各种位置处。对于立管形成精确的并且预定的激光能输送图案的能力，以及在立管中和穿过立管形成精确的并且预定的切口的能力提供这样的能力：即使在紧急情况下，也能够不挤压立管地切断立管，并且以对立管的最小损伤来完成这些。 [0181] 立管激光器模块可以是被加工成容纳激光切断机的单件，或者其可以由多个件制成，该多个件被固定在一起从而提供用于其用途的足够强度，并且具体地，用以承受1,000psi、2,000psi、4,500psi、5,000psi以及更大的压力。模块需要能够在BOP所处的深度，由此例如1,000ft、5,000ft、10,000ft以及可能更大的深度下会发生的压力下操作。壳体的容纳激光切断机的区域可以被加工或者以别的方式制成以容纳激光切断机，同时维持用于本体预定用途的强度要求。激光器模块的壳体也可以是两个或更多个单独的部件或者部分，例如，一个用于上半部，一个用于下半部，或者再一个部件用于连接在立管周围的环部的部分。这些部件能够通过例如栓接凸缘或者对于海洋钻探领域的技术人员已知的其它合适的连接装置彼此相连。激光器模块或者壳体可以具有管道、气道、沟道或者其它这种结构，以将用于激光束传输的光纤电缆从激光源传送到壳体并且传送到激光切断机，以及涉及激光输送组件的操作或者监测及其切割操作的其它电缆。 [0182] 旋转激光器模块中的激光切断机的数目越大，则在相同时间量内完成切口的轨道运动的速率会越慢。另外，增大激光切断机的数目会降低完成立管的切口的时间，而不必增大轨道运动速率。增大激光束功率会使得能够更快地切割管状部，并且由此允许更快的轨道运行速率、更少的激光切断机、更短的完成切口时间或者这些效果的组合。 [0183] 在不偏离本发明的精神和基本特征的前提下，本发明可以采用本文具体公开的形式之外的其它形式实施。所述的实施方式的所有方面将被认为是例示性的，而不是限制性的。 |
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