激光辅助防喷器及使用方法技术

本发明专利技术提供了一种高功率的激光辅助防喷器及使用方法。具体地，提供了用于利用位于防喷器内的高功率激光能量来切割存在于防喷器的孔内的管件的系统和组件，减少了这种管件会使防喷器得以抑制而密封井的风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光辅助防喷器及使用方法
本专利技术涉及一种防喷器，特别涉及一种用于海上勘探和生产诸如石油和天然气等碳氢化合物的海底防喷器。此外，本专利技术涉及与防喷器的机井控制组件有关联的高功率激光器的实施。由此，特别地，本专利技术涉及新型的激光辅助海底防喷器及使用这样的设备的方法，以管理并控制海上钻井活动。如本文中所使用的，除非另有规定，否则术语“防喷器（blowoutpreventer）”、“BOP”和“BOP堆”应赋予其最广泛的可能性含义，包括：（ⅰ）定位在井眼表面例如海底处或附近的设备，其用于包容或管理与井眼有关联的压力或流量；（ⅱ）用于包容或管理位于井眼中的与海底立管有关联的压力或流量的设备；（ⅲ）具有任何数量和组合的闸、阀或弹性封隔器（elastomericpackers）以控制或管理井眼压力或流量的设备；（ⅳ）海底BOP堆，该堆可以包含例如闸板剪切（ramshears）、杆闸板（piperams）、全封闸板（blindrams）和环形防喷器；以及（ⅴ）其它的这样类似组合和组装的流量和压力管理设备，以控制井眼压力、流量或两者，特别是控制或管理应急流量或压力情况。如本文中所使用的，除非另有规定，否则“海上”和“海上钻井活动”及类似这样的术语以其最广泛的意义来使用，并将包括在任何水体之上或之中的钻井活动，所述水体无论是淡水或咸水，无论是人为或自然发生的，如河流、湖泊、运河、内陆海、大洋、大海、港湾和海湾，诸如墨西哥湾。如本文中所使用的，除非另有规定，否则术语“海上钻井平台（offshoredrillingrig）”应赋予其尽可能最广泛的含义，并将包括固定塔、供应船、平台、驳船、自升式钻井平台（jack-ups）、浮式平台、钻井船、动态定位钻井船、半潜式钻井平台和动态定位半潜式钻井平台。如本文中所使用的，除非另有规定，否则术语“海底”应赋予其最广泛的可能性含义，并将包括地球的位于任何水体之下或底部的任何表面，所述水体无论是淡水或咸水，无论是人为或自然发生的。如本文中所使用的，除非另有规定，否则术语“井”和“井眼（borehole）”应赋予其尽可能最广泛的含义，并包括钻孔或以其它方式制成于地球的表面例如海底或海床中的任何孔，并将进一步包括勘探、生产、废弃、重新进入、重新工作和注入的井。如本文中所使用的，术语“立管（riser）”应赋予其最广泛的可能性含义，并包括针对诸如钻井、生产、修井、服务、井服务、干预和完成等活动的目的将位于水体的表面处、之上或上方的包括海上钻井平台、浮式生产储存和卸载（“FPSO”）船只以及浮式天然气储存和卸载（“FGSO”）船只的平台连接到位于海底处、之上或附近的结构的任何管件。如本文中所使用的，术语“钻杆（drillpipe）”应赋予其最广泛的可能性含义，并包括用于钻井活动的所有形式的杆；指的是单个部分或单件的杆。如本文中所使用的，术语“钻杆的支架”、“钻杆支架”、“杆支架”、“支架（stand）”及相似类型的术语应赋予其最广泛的可能性含义，并包括通常由具有螺纹连接的接头连接如结合在一起的两个、三个或四个部分的钻杆。如本文中所使用的，术语“钻柱（drillstring）”、“柱”、“钻杆的柱”、“杆的柱”及相似类型的术语应赋予其最广泛的定义，并将包括针对采用于井眼中的目的而结合在一起的一个或多个支架。由此，钻柱可以包括许多支架和数以百个部分的钻杆。如本文中所使用的，术语“管件（tubular）”应赋予其最广泛的可能性含义，并包括已经或可以在钻井行业中使用的钻杆、套管、立管、盘管、复合管、真空隔热油管（VIT）、生产油管和在其中具有至少一个通道的任何类似结构。如本文中所使用的，术语“接头（joint）”应赋予其最广泛的可能性含义，并包括用于将管件连接在一起的所有类型的设备、系统、方法、结构和部件，如带螺纹的杆接头和螺栓连接的凸缘。对于钻杆接头，接头部分通常具有比钻杆的其余部分更厚的壁。如本文中所使用的，管件的壁厚为管件内直径和管件外直径之间材料的厚度。如本文中所使用的，除非另有规定，否则“高功率激光能量”意指具有至少约1kW（千瓦）功率的激光束。如本文中所使用的，除非另有规定，否则“很远的距离”意指至少约500m（米）。如本文中所使用的，术语“功率的大幅损耗”、“相当大的功率损耗”及类似这样的短语意指对选定波长而言大于约3.0dB/km（分贝/公里）的功率损失。如本文中所使用的，术语“相当大的功率传递”意指至少约50％的透过率。
技术介绍
深水钻井海上油气勘探和生产一直朝着越来越深的水域前进。如今，深度为5000ft、10,000ft和更深深度处的钻井活动被计划并开展起来。例如，据RIGZONE、www.rigzone.com报道，有超过300台钻机位列大于1,000ft（英尺）的钻井水深，而在这些钻机中有超过190台钻机位列大于5000ft的钻井水深，并且在这些钻机中有超过90台钻机位列10,000ft的钻井水深。当在这些深度、非常深的深度和超深的深度处钻井时，钻探装备要承受在大洋深度处出现的极端条件，包括海底处的巨大压力和低温。此外，这些深水钻机能够推进可以处于10,000ft、20,000ft、30,000ft甚至海底更深处的井眼。因此，诸如钻杆、套管、立管和BOP等钻探装备要承受相当大的力和极端条件。为了解决这些力和条件，例如钻杆、钻柱的钻探装备被设计成更强，更坚固耐用，并在许多情况下更重。另外，用于制造钻杆和套管的金属变得更有韧性。通常情况下，借助一般性说明，在钻探海底井时，初始井眼制成于海床中，进而随后较小直径的井眼被钻制，以扩大井眼的总深度。由此，随着整体井眼变得越深，其直径变得越小；从而可以设想为孔的伸缩组件，其中最大直径的孔处于与地球表面最近的井眼的顶部。由此，通过举例，海底钻井过程的起始阶段可总体说明如下。一旦钻井定位在要发生钻探的区域上方的水面上，则通过在地球中钻制36"的孔至海底以下约200-300ft深度而制成初始井眼。30"套管插入到这个初始井眼中。该30"套管也可称为导体。30"导体可能会或可能不会凝成到合适的位置。在这个钻井操作期间，一般不使用立管，来自井眼的钻出物例如通过钻探活动从井眼中取出的泥土和其它材料将返回到海底。接着，26"直径的井眼钻制于30"套管内，延伸的井眼深度达到约1,000-1,500ft。也可以在不使用立管的情况下进行该钻井操作。然后，20"套管插入到30"导体和26"井眼中。该20"套管凝成到合适的位置。20"套管具有与之固定的井口。（在其它操作中，可钻制额外的较小直径井眼，并将较小直径的套管插入到该井眼中，其中井口被固定到该较小直径套管。）然后，BOP固定到立管，并由立管下降到海底；其中BOP被固定到井口。从这点出发，井眼中的所有钻井活动都通过立管和BOP发生。BOP连同其它装备和步骤一起用于控制并管理井中的压力和流量。一般情况下，BOP是若干机械设备的堆，其具有延伸通过这些设备的相连内部腔室。各BOP可以具有腔室，例如从约41/6"到263/4"范围内的孔直径。管件从海上钻井平台推进到立管之下，通过BOP腔室并进入井眼。例如钻井泥浆和钻出物的返回物从井眼中取出，并通过BOP腔室传送到立管之上，到达海上钻井平台。BOP堆通常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.24 US 13/034,1751.一种防喷器堆，所述防喷器堆包括：闸板，所述闸板可从第一位置移动到第二位置，由此限定闸板路径；激光切割机，所述激光切割机用于发射限定激光束路径的高功率激光束；所述激光切割机相对于所述闸板定位并面向形成在所述堆内的压力包容腔室，凭此激光束路径邻近闸板路径，以及其中所述激光束路径进入到所述压力包容腔室中，并且所述第二位置位于所述压力包容腔室内。2.如权利要求1所述的防喷器堆，还包括闸板防喷器，其中所述闸板防喷器是剪切闸板组件，并且所述堆还包括：a.环形防喷器组件；b.杆闸板组件；以及c.环形防喷器组件，剪切闸板组件和杆闸板组件限定压力包容腔室的至少一部分。3.如权利要求2所述的防喷器堆，其中，所述激光束路径相交所述压力包容腔室的轴线。4.如权利要求2所述的防喷器堆，包括与所述压力包容腔室相邻定位的激光切割机屏蔽件，其中所述激光切割机屏蔽件保护所述激光切割机免受损坏，而不会明显地干扰管件通过所述腔室的运动。5.一种防喷器，所述防喷器包括：a.激光切割机用于发射高功率激光束；b.闸板防喷器，所述闸板防喷器包括相对的闸板；c.压力包容腔室，所述腔室位于堆内，用于使管件通过；d.所述激光切割机具有激光束路径；e.所述相对的闸板能够移动到所述压力包容腔室中；f.位于所述压力包容腔室内的区域，用于将所述相对的闸板与管件接合；以及g.所述激光束路径定位在所述压力包容腔室内用于将所述相对的闸板与所述管件接合的区域中。6.一种激光辅助防喷器，所述激光辅助防喷器包括：a.环形防喷器；b.杆闸板组件；以及c.激光剪切闸板组件，所述激光剪切闸板组件包括：ⅰ.闸板，所述闸板可从第一位置移动到第二位置；以及ⅱ.激光切割机，所述激光切割机邻近在所述激光辅助防喷器内形成的压力包容腔室，其中所述激光切割机发射限定激光束路径的高功率激光束；所述激光切割机定位在所述激光剪切闸板组件中，其中所述激光束路径进入到所述压力包容腔室中，并且所述第二闸板位置位于所述压力包容腔室内。7.如权利要求6所述的激光辅助防喷器，其中，所述防喷器是海底防喷器，所述海底防喷器包括：剪切闸板组件和第二杆闸板组件；其中所述环形防喷器、激光剪切闸板组件、剪切闸板组件、杆闸板组件和第二杆闸板组件构成部件堆。8.如权利要求6所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光束路径朝向所述压力包容腔室的中心轴线延伸。9.如权利要求6所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光切割机能够至少部分地绕所述压力包容腔室的轴线运行，并且发射所述激光束。10.如权利要求9所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光辅助防喷器使用约1/2的轨道来完成管件的切口。11.如权利要求9所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光辅助防喷器使用约1/3的轨道来完成管件的切口。12.如权利要求9所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光辅助防喷器使用约1/4的轨道来完成管件的切口。13.如权利要求6所述的激光辅助防喷器，包括：第二激光切割机，所述第二激光切割机发射限定第二激光束路径的第二激光束，其中所述压力包容腔室是限定中心轴线的基本圆形的；并且，所述激光切割机和第二激光切割机中的每个均邻近但不位于所述压力包容腔室中，并且所述激光束路径和第二激光束路径相交所述压力包容腔室的中心轴线。14.一种激光辅助防喷器，所述激光辅助防喷器包括：a.框架；b.与所述框架机械地相关联的防喷器堆，由此所述框架至少部分包围并且保护防喷器堆，所述防喷器堆包括：ⅰ.压力包容腔室，所述压力包容腔室形成在所述防喷器堆内，用于使管件通过；以及ⅱ.高功率激光输送组件，所述激光输送组件在未激活时被定位在所述压力包容腔室外侧。15.如权利要求14所述的激光辅助防喷器，其中，所述激光输送组件包括：a.激光切割机，所述激光切割机具有激光束路径；b.所述激光切割机与剪切闸板一体；以及c.所述激光束路径被引导到所述压力包容腔室中。16.如权利要求14所述的激光辅助防喷器，其中，用于使管件通过的所述压力包容腔室具有垂直轴线，并且所述激光输送组件包括：a.第一激光切割机，所述第一激光切割机具有指向所述压力包容腔室的第一激光束路径；b.第二激光切割机，所述第二激光切割机具有指向所述压力包容腔室的第二激光束路径；c.第一激光切割机或第二激光切割机中的至少一个被包含在剪切闸板中；以及d.第一激光束路径或第二激光束路径中的至少一个指向所述垂直轴线。17.一种激光辅助海底防喷器钻井系统，所述系统包括：a.海底立管；b.防喷器堆，所述防喷器堆包括：ⅰ.压力包容腔室，所述腔室用于使管件通过所述防喷器堆，其中所述压力包容腔室与所述海底立管以机械关联并且流体连通，由此管件可以从所述海底立管以及向所述海底立管通入到所述压力包容腔室中，以推进出井眼；ⅱ.激光输送组件；ⅲ.剪切闸板组件，其中所述激光输送组件与...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS泽迪克，HA伯杰龙，PV克拉克，JF莫克斯利，PD多伊奇，LD安德伍德，CC林兹勒，RA德维特，SK克拉查拉姆，DL格拉布，
申请(专利权)人：福罗能源股份有限公司，雪佛龙美国股份有限公司，
类型：
国别省市：