用于操作水下设备的水下装置的制作方法

专利名称：用于操作水下设备的水下装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作水下设备(比如防喷器)的水下装置。 该设备优选包括一种储积器。
背景技术：
深水储积器提供了用于控制和操作设备的加压工作流体，例如，
用于防喷器操作机构；用于控制流向表面或其它海底位置的油或气的 流动的闸阀；液压致动连接器；和类似设备。待加压的流体通常是增 加了润滑性和防腐蚀性的油基产品或水基产品，例如，但不限于液压 流体。
某些现有技术的储积器利用加压气体预加压至操作设备所需的预 期最低压力或略低于所述操作设备所需的预期最低压力。流体可加入 储积器中，从而增加加压气体和流体的压力。引入储积器的流体以至 少与预加压力大小相等的压力存储并可用于进行液压工作。
这些现有技术的储积器包括嚢状物型，具有用于将气体与流体 分开的嚢状物；活塞型，具有沿着密封孔上下滑动以用于将流体与气 体分开的活塞；以及具有浮子的浮子(float)型，该浮子用于使流体
在一个特定的实例中，现有技术的系统具有的储积器能向工作压 力为5000psi (345巴)的表面设备提供通常为3000psi ( 207巴)的工 作流体，并且储积器容纳能将预加压力从3000psi ( 207巴)升高到 5000psi(345巴)的流体。储积器的效率在深水中降低；例如，在1000 英尺(305m)的海水处，环境压力为大约465psi ( 32巴)，对于在 1000英尺(305m)深度处提供3000psi ( 207巴)的压差的储积器来 说，储积器被预加压到3000psi ( 207巴)加上465psi ( 32巴)，或者 说3465psi ( 239巴)。在略超过4000英尺(1220m )的水深处，环境压力约为大致2000psi (138巴)，因此所需的预加压为3000psi (207 巴)加上2000psi (138巴)，或者说5000psi ( 345巴)，即，预加压 等于储积器的工作压力。引入用于存储的任何流体使得压力超过工作 压力，从而使储积器不再起作用。
在储积器的深水应用中，环境温度可降到大约35F度(275K)。 对于在表面温度为大约80F度(300K)下预加压到5000psi ( 345巴) 的储积器来说，仅由于温度降到35F度(275K)就损失大约416psi (29巴)的预加压。流体从储积器的快速排放和与此相关联的加压气 体的快速膨胀使气体自然冷却，从而使得储积器的压力快速降低，例 如从5000psi ( 345巴)快速降至3000psi ( 207巴)，而没有热量进入 储积器(绝热)，其经历的压降达2012psi (139巴)。
美国专利US7，108，006、 6,202,753、 4,777,800、 4，649，704以及 3,677,001示出了不同的现有技术系统，在此述及这些专利既不是限制 性的，也不是对现有技术的穷举；在此完全并入所有上述专利以用于 所有目的。

发明内容
器系统和压力补偿系统的需求。本发明的发明人还发现长期以来存在 对用于增加可用加压气体的量以增强海底工作流体系统的操作的这种 系统的需求。
根据本发明，提供了一种用于操作水下设备的水下装置，该水下 装置包括主体；位于主体内的用于选择性地容纳动力流体的流体室； 可动地设置在主体内的活塞组件；位于主体内的气室，该气室用于容 纳压力气体以使活塞组件运动从而使动力流体从流体室排出；另一个 腔室，用于容纳低压气体以使活塞组件在所述另一个腔室内运动；其 特征在于，活塞组件包括空腔，用于容纳压力气体以帮助活塞组件运 动，并且空腔与气室处于流体连通。
水下设备可通过例如致动防喷器的闸板的操作而被致动。优选地， 另 一个腔室中的低压气体有助于使动力流体从动力流体室运动。气室中的气体和另一个腔室中的低压气体由用作储积器的活塞头分隔开。
有利地，主体具有通向环境水压的开口，活塞组件包括具有与开
口处于流体连通的面的活塞头。水压力有助于活塞组件运动，以使动 力流体从流体室排出主体之外。优选地，开口包括多个小开口。有利 地，开口或多个开口通向位于主体之内并且在活塞组件外部的水室， 用于接收来自主体外部的水，水的压力用于帮助活塞组件运动，以使 动力流体从动力流体室运动。有利地，主体包括具有端部的缸体，开
口位于该端部中。缸体可以是圆形、椭圆形、三角形、正方形、五边 形或其它有边部件。
优选地，活塞头可运动通过开口。有利地，活塞组件还包括连接
至活塞头的杆部、用于将流体室与气室分隔开的压盖(gland)和连接 至杆部的用于将气室与另一个腔室分隔开的另一个活塞。优选地，杆 部有利地包括通道或孔，用于允许气体进入气室。有利地，空腔至少 部分地位于活塞头中。
优选地，水下装置还包括至少一个可拆地位于空腔内的插入件， 用于减小空腔的气体容纳容量。
有利地，另一个腔室是密封的。替代地，另一个腔室可通向其它 可具有或不具有流体的腔室。
优选地，另一个腔室容纳低压气体。有利地，另一个腔室容纳真空。
优选地，主体包括端口，动力流体可流经该端口以便操作水下设 备。有利地，待操作的所述水下设备是防喷器操作机构。优选地，水 下装置还包括位于水面之上的液压动力系统，该液压动力系统用于向 流体室提供动力流体。优选地，这通过与动力流体可流过以便操作水 下设备的同一端口提供。有利地，水下装置还包括阀装置，用于控制 从表面液压动力系统流向装置的动力流体并且用于将从水下设备排出 的动力流体引向选定管线。优选地，选定管线可包括排放管线或连接 至流体回收系统的管线中的任一种。
本发明还提供了一种用于操作水下设备的方法，该方法包括将动
8力流体存储在储积器装置中的步骤，该储积器装置包括主体；位于 主体内的用于选择性地容纳动力流体的流体室；可动地设置在主体内 的活塞组件；位于主体内的气室，该气室用于容纳压力气体以使活塞 组件运动从而使动力流体排出流体室；另一个腔室，所述另一个腔室 用于容纳低压气体以使活塞组件在所述另一个腔室内运动，其特征在 于，活塞组件包括空腔，用于容纳压力气体以帮助活塞组件运动，而 且空腔与气室处于流体连通，该方法还包括使活塞组件运动从而使动 力流体从流体室流出并流向水下设备的步骤，以及利用动力流体操作 装置的步骤。
优选地，水下设备是防喷器操作机构，该方法还包括利用动力流 体操作防喷器操作机构的步骤。有利地，储积器装置位于水面之下， 位于水面处或水面上方的液压动力系统向主体的流体室提供动力流 体，该方法还包括向储积器系统的流体室提供动力流体的步骤。优选 地，储积器装置包括阀装置，用于控制动力流体从表面液压动力系统 流向装置并且用于将从装置排出的动力流体引向选定管线，该方法还 包括利用阀装置来控制动力流体向水下设备流动的步骤。有利地，选 定管线可包括排放管线或连接至流体回收系统的管线中的任一种，该 方法还包括利用阀装置将从装置排出的动力流体引向排放管线或流体 回收系统中的任一种的步骤。
本发明还提供了一种海底装置，包括框架；防喷器操作机构和 用于操作水下设备的水下装置，所述水下装置包括主体；位于主体
内的用于选择性地容纳动力流体的流体室；可动地设置在主体内的活 塞组件；位于主体内的气室，该气室用于容纳压力气体以使活塞组件 运动从而使动力流体排出流体室；另一个腔室，所述另一个腔室用于 容纳低压气体以使活塞组件在所述另 一个腔室内移动，其特征在于， 活塞组件包括空腔，用于容纳压力气体以帮助活塞组件运动，并且该 空腔与气室处于流体连通。
在某些方面，本发明公开了一种用于操作水下设备的装置， 一个 或多个容器或"瓶子"，其具有用于容纳压力气体的第一气体容纳室，以及另外还具有用于容纳这种气体的第二腔室或空腔，该第二腔室与 第 一腔室处于流体连通，^使得总有效气体容积可增加到第二腔室的 容积范围。在一个方面，第二腔室是活塞组件部分中的空腔。
在某些方面，本发明公开了一种用于海底装置的压力补偿系统， 其具有一个或多个用于液压流体系统的液压动力单元。在某些方面中， 这些海底装置使用一个或多个液压流体储存器和/或储积器，这些储存 器和/或储积器在略大于储存器外部的水压的压力下可释放地保持一
定工作量的液压流体，以选择性地操作海底设备和系统(例如BOP、 挠性管单元、阀、和海底井口连接器)。该储存器和/或储积器可能需 要大量的(例如50，100，500加仑或更多)液压流体，这可能需要所述 大量流体从一个储存器流向储积器。在根据本发明的某些系统中，提 供了"海水增压(boost)",其包括将活塞端部暴露于海水压力下。该 活塞有效地增加了由另 一个活塞所提供的作用力，压缩气体作用在该 另 一个活塞上从而使动力流体从系统排出。通过使用海水增压效应， 所需的用于压缩气体的容器或瓶子的数量减少了 。海水增压除了增加 作用在流体上的气体压力之外，还可增加作用在所容纳的液压流体上 的压力，因此减少了在液压流体上获得某一压力所需的加压气体量。
在某些方面，储存器最初被施以略大于在一定深度下所受的水压 的压力并且储存器被压力补偿，以使得其在该深度下不会损坏或破坏。
因此，本发明包括被认为能提高压力储积器系统技术的特征和优 点。参照附图并考虑下面对优选实施例的详细说明，本发明的上述和 其它特征和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。
这些系统用于海底防喷器操作机构，以及
这些系统可有效地提供相当大容积的动力流体。


为了更好地理解本发明，现在将举例参照附图，附图中 图l是现有技术的压力补偿储存器的示意图。 图2是一种具有根据本发明的储积器容器的根据本发明的系统的 示意图。图3是一种具有根据本发明的海底压力储积器系统的根据本发明 的海底防喷器系统的透视图。
图4是一种根据本发明的系统的示意图。
图5A是一种根据本发明的储压器的透视图。
图5B是图5A的储压器的剖视图。
图5C是图5A的储压器的剖切透视图。
图6是一种根据本发明的系统的剖视图。
图7A是如图5A的根据本发明的系统的透视剖视图。
图7B是图7A所示的系统的前视图，示出了根据本发明的方法的 一个步骤。
图7C是图7B所示的系统的前视图，示出了该系统的操作方法的 一个步骤。
图7D是图7B所示的系统的前视图，示出了该系统的操作方法的 一个步骤。
图7E是图7B所示的系统的前视图，示出了该系统的操作方法的 一个步骤。
图7F是图7B所示的系统的前视图，示出了该系统的操作方法的 一个步骤。
图8A是一种根据本发明的系统的透视剖视图。
图8B是图8A所示系统的透视剖视图。
图9A是一种根据本发明的系统的透视剖视图。
图9B是图9A所示系统的透视剖视图。
图IOA是一种根据本发明的系统的透视剖视图。
图IOB是图IOA所示系统的透视剖视图。
具体实施例方式
图1说明了如美国专利US3，677，001所公开的压力补偿储存器， 其示出了其上设有阀壳体11的浸没式管道IO,该阀壳体ll包含用于 打开和关闭管道10的阀部件，以控制流经管道的流体流动。阀杆壳体 安装在阀壳体11上。阀杆13贯穿阀杆壳体延伸并连接至设置在致动
ii器缸体15中的活塞14。活塞14具有固定的动力和排放冲程。阀杆壳 体设有填料密封17，该填料密封17包围阀杆13并封闭阀杆13周围 的流体流。致动器缸体15的缩小内径部分20形成了空腔或腔室21以 及支座肩部(seating shoulder) 23。形成在活塞14上的配合肩部22 适于与肩部23接合。如图l所示，适当地可以是0形圈的静密封24 设置在肩部23中的凹槽内，并且在活塞14处于其动力沖程的末端时 用于封闭肩部22和23之间的空间。弹簧25设置在腔室21中，用于 使活塞14在其排放冲程中运动。当阀完全打开时，活塞14处于其动 力冲程的末端，而当阀完全关闭时，活塞处于其排放沖程的末端。当 待操作的阀(或其它设备)位于远离海岸的位置时，液压动力流体储 存器30设有通过海水压力进行补偿的浮式活塞31。隔膜可用来替代 活塞31。导管34向泵32供给来自储存器30的液压控制流体。利用 通过导体33从水面提供的电力来操作泵32。储积器35连接至泵32 并通过导管40连接至致动器缸体15的排放沖程末端。储积器35的用 途是提供可直接输送至缸体15的动力流体的供应。旁通导管41将导 管40连接至储存器30。由通过导体46从水面提供的电力来控制的电 磁阀45连接至导管41。由通过导体48从水面提供的电力而操作的另 一个电磁阀47设置在导管40与41的连接点和储积器35之间。另外 的导管50将腔室21连接至储存器30。
图2示出了根据本发明的系统60，其中，来自液压动力单元的动 力流体被提供给海底防喷器操作机构(BOP操作机构)。液压动力流 体通过泵("泵")经由止回阀("止回阀")从储存器(储箱)泵 送到处于表面的一系列储积器容器("储积器系统")。流体随后在 水深L的下方经由止回阀("止回阀")供给至根据本发明的具有一 个或多个深度补偿容器或瓶的储积器系统("深度补偿储积器系统")。 控制阀("定向控制阀")选择性地从深度补偿储积器容器供给动力 流体来操作海底设备或装置，例如所示的BOP操作机构。从BOP操 作机构排出的流体流到水中("出口")或流向流体回收系统("流 体回收系统")，流体从该流体回收系统返回到表面流体储存器("储箱")。根据本发明，深度补偿储积器系统的容器可以是任一容器或
瓶，包括但不限于如图5A-9B所示的那些容器。
图3示出了具有多个根据本发明的储积器系统82的根据本发明的 海底防喷器系统80。
图5A、 5B和5C示出了根据本发明的系统100。图4示意性地示 出了用于操作BOP操作机构时的系统100。来自表面液压动力系统 HP的流体被存储在系统100中，以通过定向控制阀DV用于BOP操 作机构BO。从BOP操作机构排出的流体流向出口 V或流向流体回收 系统FR以返回表面。替代系统100的是，或除了系统100之外，图6、 7A、 8A、 9A和10A的系统也可用在图4所示的方案中。
系统100具有外壳体102，在外壳体内可动地安装有活塞组件110， 该活塞组件具有带有第一端114和第二端116的活塞杆112。具有内 部空腔122的活塞端部120固定至杆112的第一端114。活塞端部130 固定至杆部112的第二端116。
活塞杆112在压盖140中的孔142内运动，压盖140将第一腔室 160 (例如用于液压流体的腔室)和第二腔室170 (例如用于压力气体 例如氮气的腔室)分开。第三腔室180 (例如，真空室)形成在活塞 端部130和端盖190之间。可选地，这些腔室通过使腔室160为真空 室并且腔室180容纳动力流体来进行互换。
固定在开口 124中的端盖126封闭内部空腔122。阀128允许压 力气体(例如氮气)被泵送到空腔122并通过空腔122、经由贯穿活 塞杆122长度的通道118，通过通道119流出，并进入第二腔室170， 以便提供作用在活塞端部130上的加压气体。凹槽132设在活塞端部 130上，以使得气体可流入第二腔室130。适当的密封件Sl-S6密封所 示的结构界面。
活塞端部120中的空腔122通过空腔122的体积有效地增加了活 塞组件IIO内的加压气体的总量。
在一个实施例中，当系统100处于水下时，端盖126和活塞端部 120的端面受到水(例如，海水)的压力。该水压的作用力与第二腔室170中和内部空腔122中的加压气体的作用力相加。
动力流体(例如液压流体)从第一腔室160经端口 162泵入，用 于例如操作BOP上的BOP操作机构。
可选地， 一个、两个、三个、四个或更多个(示出了两个)插入 件(为实心或中空的，图中示出了一个实心的， 一个中空的)146可 设置在内部空腔122内，用于减小空腔122的有效气体容纳容积；例 如用于优化最小压力(根据绝热排放情况)。
图6示出了根据本发明的系统300，其具有可动活塞，其中在该 活塞内具有带气体容纳空腔的内部构件。该空腔与气体容纳室处于流 体连通，以使得气体的有效总容积增加(与只具有气体容納室相比)， 并且因此，增加了可用的气体的有效总容积，而且相应地，也增加了 动力流体的可用容积。
可在主体304中运动的活塞302具有内部腔室306。内部构件310 通过梁或杆308固定至主体304。内部构件310不可动并且具有带内 部空腔314的中空部件312，该内部空腔经由通道318与腔室306处 于流体连通。内部腔室306和空腔314均可容纳压力气体。空腔322 可被排空以使得形成真空(或非常低的压力，或者替代地，它可包含 动力流体)。腔室320可容纳动力流体，例如液压流体(或者替代地， 它可被排空以便形成真空或非常低的压力)。主体304外部的水压可 作用在活塞302的外表面324和内部构件310的外表面328上。适当 的密封件S101-S104密封所示的界面。
如图6所示，动力流体可经由端口 330(如同图5所示的端口 162) 排出至控制阀并进而至将由所述流体操作的装置上。在该实施例中， 在空腔322中存在真空或非常低的压力。替代地，该动力流体可处于 空腔322中并经端口 340 (如虛线所示)排出，从而在内部构件306 中形成真空或非常低的压力。
图7A-7F示出了与根据本发明的图5A所示系统类似的系统的操 作方法的步骤。
在图7A和7B中，液压动力流体还未流入系统。海水压力^皮施加到活塞组件(包括部件130、 142、 120和126)的活塞顶部126，并且 腔室122和170内的气体压力(在该情形中，为氮气"N2")被施加 到活塞端部130。如图7C所示，来自表面液压动力单元的流体PE从 端口 162流入腔室160，用于使活塞组件运动并且压缩腔室122和170 中的气体。该液压动力流体以足以克服海水压力和气体压力的压力进 入腔室160。
如图7D所示，活塞组件已经运动到了其行程极限，并且腔室160 充满了液压流体，而且来自端口 162的流体停止。在腔室180中存在 真空(或非常低的压力，例如1巴(14.7psi))。在一个特定实例中， 海水压力为369巴(5348psi);气体压力为88巴(1272psi);动力 流体处于704巴(10211psi)的压力下。该液压动力流体现在可用于 从该系统流出从而为设备(例如，但不限于，BOP操作机构)提供动 力。
图7E示出了开始从腔室160向外部装置或控制系统供给动力流 体。来自腔室160的动力流体流经端口 162。海水和压缩气体的作用 力与真空的作用力使动力流体运动。
图7F示出了从系统排出动力流体。该系统现在准备好再次从表面 接收动力流体。
图8A和8B示出了类似于图5A和7A系统的根据本发明的系统 200，但是其具有用于水(例如海水)的内部腔室。与图5A所示的系 统一样，系统200为大体圆筒形，但在图8A和8B中仅示出了一半。
可动地定位在壳体208上的活塞210具有用于压力气体的气室 214。壳体208可以是所示的固定在一起的两个部件(或单个部件)。 活塞210安装在活塞引导件216周围并在活塞引导件216上运动，该 活塞引导件216具有用于另外的压力气体的内部腔室218。液压动力 流体经由端口 232流入动力流体室230，该动力流体室230由壳体208 的部分内壁和活塞210的部分外壁限定。内部真空室240 (或较低压 的腔室)位于壳体208的一个端部。引导件216的腔室.218的下端部 通向腔室214。经端口 250排放到腔室214、 218中。来自 系统200外部的水经开口 262流入腔室260内。水的压力作用在活塞 210的端部211上。腔室214、 218中的压力气体作用在活塞210的端 部213上。密封件SL密封系统中的各个界面。处于大于腔室214、 218中的气体和腔室260中的水的合压力以及 腔室240中的真空作用力的压力下的液压动力流体通过端口 232引入 腔室230(例如用于存储直到它被用于例如操作BOP操作机构为止)。 这寸吏活塞210运动(如图8A、 8B所示的向上运动)。当阀232关闭 后，动力流体保留在腔室230中。在通过控制系统(未示出)打开阀 232时，动力流体从腔室230流出(由于真空力、气体的作用力和水 的作用力)。图9A和9B示出了与图5A、 7A所示的系统类似的根据本发明的 系统400，但它具有用于水(例如海水)的内部腔室，并且具有可在 壳体内运动的"桶"状活塞组件。与图5A所示的系统一样，系统400 大体上是圆筒形的，但图9A和9B仅示出了一半。可动地定位在壳体408中的活塞410具有用于压力气体的气室 414。活塞410是"桶"状活塞，它具有外壁和用于容纳动力流体及气体 的内部流体容纳空间。壳体408可以是固定在一起的两个部件，或者 是所示的单个部件。活塞410安装在活塞引导件416和导杆418周围 并在它们上面运动。导杆418穿过活塞410中的开口 417并穿过壳体 408的顶板409伸出。液压动力流体(例如来自表面源)通过端口 439、 通道433和端口 432流入动力流体室430，该动力流体室430由活塞 410的部分内壁、导杆418的部分外壁和活塞引导件416的顶部限定。 内部真空室440 (或较低压的腔室)位于壳体408的一个端部处。压力气体(例如氮气)经端口 450排放到腔室414中。来自系统 400外部的水经开口 462流入腔室460。水的压力作用在活塞410的端 部411上。腔室414中的压力气体作用在活塞410的端部413上。密 封件SE密封系统中的各个界面。压力大于腔室414中的气体和腔室460中的水的压力以及腔室440中的真空作用力的液压动力流体通过端口 432引入腔室430。这使得 活塞410运动(如图9A、 9B所示向上运动)。由于没有流过端口 432， 动力流体保留在腔室430中直到其被使用。在流体从端口 432流动时， 动力流体(由于真空作用力、气体压力和水压力)而从腔室430流出。 系统200、 300和400提供了上述水"增压"特征。图10A和10B示出了根据本发明的系统500，它具有五个内部腔 室510、 520、 530、 540和550。该系统500大体上为圆筒形，但图10A 仅示出了一半。腔室510是真空室(或压力非常低的室)。腔室520 容纳压力气体，例如氮气。腔室530和540容纳动力流体。腔室550 容纳水，例如海水。水通过第一壳体502的顶板501中的孔552进入到腔室550。动 力流体通过端口 532进入腔室530并通过端口 542流入到腔室540。 气体经端口 522以及杆526中的通道524流入到腔室520。密封件 503-509密封它们所在的界面。杆526连接至端部528或与端部528 —体形成。杆526的一部分 和端部528位于中空部件511内，该中空部件511内具有腔室520和 540 (与在此公开的其它实施例中的其它腔室类似，其体积根据其它部 件的位置而改变)。中空部件511可在第一壳体502和第二壳体513 内运动。第二壳体513连接至第一壳体502，笫二壳体513容纳可动部件 511的一部分。密封件505防止水对腔室520周围的部件511的外部 造成冲击，并且因此腔室520总是保持正内压。腔室510具有负内压。 因此，第二壳体的壁厚比第一壳体的壁厚更厚。第一壳体502包括都 保持正内压的腔室530、 540和550。增加腔室530导致可用动力流体 的容积更大(与没有腔室530的系统相比)，并且为操作提供了恰当 的活塞表面积比。因此，本发明在至少一些但不必一定在全部的实施例中提供了一 种储积器系统，该储积器系统用于水下，该储积器系统包括主体； 位于主体内的流体室，用于选择性地容纳动力流体；可动地设置在主17体内的活塞组件；位于主体内的气室，用于容纳压力气体以使活塞组 件运动从而使动力流体从主体的流体室流出；活塞组件包括位于其中 的空腔，该空腔用于容纳压力气体以帮助活塞组件运动；而且空腔与 气室处于流体连通。该系统可(按任何可能的组合)具有下列特征中 的一个或多个该活塞组件具有暴露在主体外部的第一活塞端部，用 于使主体外部的水压力作用在其上，所述水压力帮助活塞组件运动以 使动力流体从流体室流出主体；至少一个可拆地位于空腔内的插入件， 用于减小空腔的气体容纳容量；将由动力流体操作的装置，流体室具 有与将由从流体室流出的动力流体操作的装置处于流体连通的排出端口；将由动力流体操作的装置是防喷器操作机构；该储积器系统位于 水面之下，表面处的液压动力系统位于水面之上，该表面液压动力系 统用于向主体的流体室提供动力流体；储积器系统位于水面之下，表 面处的液压动力系统位于水面之上，表面液压动力系统用于向主体的 流体室提供动力流体，和阀装置用于控制动力流体从表面液压动力系 统流向该装置并且用于将从该装置排出的动力流体引向选定管线；选 定管线包括排放管线或连接至流体回收系统的管线中的任一种；和/ 或主体具有三个内部腔室，包括流体室、气室和第三腔室，主体具有在主体中带有第一开口的第一主体端部，和在主体中带有第二开口的 第二主体端部， 一定量的操作动力流体位于流体室内， 一定量的加压 气体位于气室内，第三室中的压力较低，活塞组件可在主体内运动并 且密封地安装在主体内，在活塞组件内，第一活塞端部封住笫一开口 并防止液压流体从第一室经第一开口排出，第一活塞端部具有外表面 和内表面，操作动力流体在第一活塞端部的内表面上施加第一压力， 上述储积器系统外部的水与第一活塞端部的外表面接触并向第一活塞 端部的外表面施加压力，以使得活塞组件朝第二主体端部的方向运动， 活塞杆具有第一杆端和第二杆端，笫一杆端连接至第一活塞端部，第 二杆端连接至第二活塞端部，活塞组件具有可动地位于第二室内的第 二活塞端部，第二杆端连接至第二活塞端部，第二室内的气体能够作 用在第二活塞端部上，以使得活塞组件朝远离第一开口的方向运动，通道贯穿活塞杆并与空腔和第二室处于流体连通，以使得空腔内的气 体可流入第二室中。因此，本发明在至少一些但不必一定在全部实施例中提供了一种储积器系统，该储积器系统用于水下，该储积器系统包括主体；位 于主体内的流体室，用于选择性地容纳动力流体；可动地设置在主体 内的活塞组件；位于主体内的气室，用于容纳压力气体以使活塞组件 运动从而使动力流体从主体的流体室流出；活塞组件包括具有位于其 中的空腔的第一活塞端部，该空腔用于容纳压力气体以帮助活塞组件 运动；空腔与气室处于流体连通；第一活塞端部暴露在主体外部，用 于使主体外部的水压作用在其上，所述水压帮助活塞组件运动以使动 力流体从流体室排出主体；将由动力流体操作的装置；流体室具有与 将由从流体室流出的动力流体操作的装置处于流体连通的排出端口； 储积器系统位于水面之下；液压动力系统位于水之上的表面处，表面 液压动力系统用于向主体的流体室提供动力流体；储积器系统位于水 面之下；液压动力系统位于水之上的表面处，表面液压动力系统用于 向主体的流体室提供动力流体，和阀装置用于控制动力流体从表面液 压动力系统流向该装置并且将从该装置排出的动力流体引向选定管 线；其中选定管线可包括排放管线或连接至流体回收系统的管线中的 任一种。因此，本发明在至少一些但不必一定在全部的实施例中提供了一 种用动力流体操作位于水面以下的装置的方法，该方法包括将动力 流体存储在储积器系统中，该储积器系统为根据本发明的任一种；使 储积器系统的活塞组件运动以使得动力流体从流体室流出并流入装置 中；以及利用动力流体向该装置提供动力。这种系统可(按任何可能 的组合)具有下列特征中的一个或多个将由动力流体操作的装置是 防喷器操作机构，该方法包括用动力流体操作防喷器操作机构；该储 积器系统位于水面之下，表面液压动力系统位于水之上的表面处，表 面液压动力系统用于向主体的流体室提供动力流体，该方法包括向储 积器系统的流体室供给动力流体；该储积器系统包括用于控制动力流体从表面液压动力系统流向该装置并且将从该装置排出的动力流体《1 向选定管线的阀装置，该方法包括用阀装置控制动力流体流向装置的流动；和/或其中选定管线可包括排放管线或连接至流体回收系统的管 线中的任一种，该方法包括通过阀装置将从装置排出的动力流体引向 排放管线或连接至流体回收系统的管线中的任一种。因此，本发明在至少一些但不必一定在全部的实施例中提供了 一 种储积器系统，该储积器系统用于水下，储积器系统包括主体；可 动地设置在主体内的活塞组件，该活塞组件具有内部；杆件，贯穿主 体并延伸到活塞组件的内部；杆件端部位于杆件的一个端部上，该杆 件端部设置在活塞組件的内部，该杆件端部具有第一侧和第二侧；动 力流体室，位于活塞组件的内部，动力流体室与杆件的第一侧相邻； 气室，位于活塞组件的内部，该气室与杆件的第二侧相邻；可通过腔 室内的气体使活塞组件运动以使得动力流体从动力流体室流出。这种 系统可(按任何可能的组合)具有下列特征中的一个或多个位于主 体内并且在活塞组件外部的低压室，低压室内的低压(例如但不限于， 真空)用于帮助动力流体从动力流体室排出；位于主体内并且在活塞 组件外部的水室，用于接收来自主体外部的水，所述水的压力用于帮 助活塞组件运动以使动力流体从动力流体室排出；将由动力流体操作 的装置；该动力流体室具有与将由从流体室排出的动力流体操作的装 置处于流体连通的排出端口，和/或其中将由动力流体操作的装置是防 喷器操作机构。
权利要求
1、一种用于操作水下设备的水下装置，该水下装置包括主体(102；208；304；408；513)；位于所述主体(102；208；304；408；513)内的用于选择性地容纳动力流体的流体室(160；230；320；430；530；540)；可动地设置在所述主体(102；208；304；408；513)内的活塞组件(130、112、120；210；310；411；511)；位于所述主体(102；208；304；408；513)内的气室(170；214；306；414；520)，所述气室用于容纳压力气体以使活塞组件(130；112；120；210；310；411；511)运动从而使所述动力流体从流体室(160；230；320；430；530；540)排出；另一个腔室(180；240；322；440；510)，所述另一个腔室用于容纳低压气体以使活塞组件(130、112、120；210；310；411；511)在所述另一个腔室内运动，其特征在于所述活塞组件(130；112；120；210；310；411；511)包括空腔(122；218；314；414；540)，所述空腔用于容纳压力气体以帮助所述活塞组件(130、112、120；210；310；411；511)运动，并且所述空腔(122；218；314；414；540)与所述气室处于流体连通。
2、 根据权利要求1所述的水下装置，其中所述主体(102; 208; 304; 408; 513 )具有通向环境水压的开口 ( Sl; S103; 262; 462; 552), 活塞组件(130、 112、 120; 210)包括活塞头(120; 210; 310; 410)， 所述活塞头具有与所述开口 ( 262; 462; 552 )处于流体连通的面(126; 211; 328; 411)。
3、 根据权利要求2所述的水下装置，其中所述开口 ( 262; 462; 552 )包括多个小开口。
4、 根据权利要求2或3所述的水下装置，其中所述开口 ( 262; 462; 552 )通向位于主体(208; 408; 513)内并且在活塞组件(211; 411; 511)外部的水室(260; 460; 550),用于接收来自主体(208; 408; 513)外部的水，所述水的压力用于帮助活塞组件(211; 411; 511)运动，以使动力流体从动力流体室(230)排出。
5、 根据权利要求2或3所述的水下装置，其中所述主体(102; 304)包括具有端部的缸体，所述开口 (SI; S103)位于所述端部中。
6、 根据权利要求5所述的水下装置，其中所述活塞头(120; 211; 310; 410)可运动通过所述开口 (SI; S103)。
7、 根据权利要求2-5中任一项所述的水下装置，其中活塞组件 (130)还包括连接至所述活塞头(120)的杆部(112)、用于将流体 室(160 )与气室(170 )分隔开的压盖(140 )和连接至所述杆部(118 ) 的另一个活塞(130)，所述另一个活塞用于将所述气室(170)与所 述另一个腔室(180)分隔开。
8、 根据权利要求7所述的水下装置，其中所述杆部(118)包括 通道或孔(118)。
9、 根据权利要求7或8所述的水下装置，其中所述空腔(122) 至少部分地位于所述活塞头(120)中。
10、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，还包括至少一 个可拆地位于所述空腔(122)内的插入件，用于减小空腔的气体容纳 容量。
11、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，其中所述另一 个腔室是密封的。
12、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，其中所述另一 个腔室容纳低压气体。
13、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，其中所述另一 个腔室容纳真空。
14、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，其中所述主体 (102)包括端口 (162)，动力流体能流过该端口以便操作所述水下设 备。
15、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，其中待操作的 所述水下设备是防喷器操作机构。
16、 根据前述权利要求中任一项所述的水下装置，还包括位于水 面之上的液压动力系统，该液压动力系统用于向流体室提供动力流体。
17、 根据权利要求16所述的水下装置，还包括阀装置，用于控制 动力流体从表面液压动力系统流向所述装置并且用于将从所述水下设 备排出的动力流体引向选定管线。
18、 根据权利要求17所述的水下装置，其中所述选定管线能包括 排放管线或连接至流体回收系统的管线中的任一种。
19、 一种用于操作水下设备的方法，该方法包括将动力流体存储 在储积器装置中的步骤，该储积器装置包括主体(102; 208; 304; 408; 513);位于主体(102; 208; 304; 408; 513)内的用于选择性 地容纳动力流体的流体室(160; 230; 320);可动地设置在主体(102; 208; 304; 408; 513)内的活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511);位于主体(102; 208; 304; 408; 513)内的气室(170; 214; 306; 414; 520)，所述气室用于容纳压力气体以使活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)运动从而4吏所述动力流体从流体室 (160; 230 )排出；另一个腔室，所述另 一个腔室用于容纳低压气体以 使活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)在所述另一个腔 室内运动，其特征在于所述活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)包括空腔(122; 218; 314; 414; 540)，所述空腔用于容 纳压力气体以帮助所述活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)运动，并且所述空腔(122; 218; 314; 414; 540)与所述气室 处于流体连通，该方法还包括使所述活塞组件运动以使得动力流体从 流体室流出并且流向所述水下设备的步骤，和利用所述动力流体操作 所述装置的步骤。
20、 根据权利要求19所述的方法，其中水下设备是防喷器操作机 构，该方法还包括利用所述动力流体操作所述防喷器操作机构的步骤。
21、 根据权利要求19或20所述的方法，其中储积器装置位于水 下，位于水面处或水面之上的液压动力系统向主体的流体室提供动力 流体，该方法还包括向储积器系统的流体室提供动力流体的步骤。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中储积器装置包括阀装置， 用于控制动力流体从表面液压动力系统流向所述装置并且用于将从所述装置排出的动力流体引向选定管线，该方法还包括利用所述阀装置 来控制动力流体流向水下设备的步骤。
23、 根据权利要求21所述的方法，其中所述选定管线能包括排放 管线或连接至流体回收系统的管线中的任一种，该方法还包括利用所 述阀装置将从所述装置排出的动力流体引向排放管线或流体回收系统 中的任一种的步骤。
24、 一种海底装置，包括框架(80)、防喷器操作机构和多个用 于操作水下设备的水下装置，每一个水下装置包括主体(102; 208; 304; 408; 513);位于主体(102; 208; 304; 408; 513)内的用于 选择性地容纳动力流体的流体室(160; 230; 320; 430; 530; 540); 可动地设置在主体(102; 208; 304; 408; 513)内的活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511);位于主体(102; 208; 304; 408; 513)内的气室(170; 214; 306; 414; 520)，所述气室用于容纳压 力气体以4吏活塞组4牛(130; 112; 120; 210; 310; 411; 511)运动从 而使所述动力流体从流体室(160; 230; 320; 430; 530; 540)排出； 另一个腔室，所述另一个腔室用于容纳低压气体以使活塞组件(130; 112; 120; 210; 310; 411; 511)在所述另 一个腔室内运动，其特征 在于所述活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)包括空 腔(122; 218; 314; 414; 540 ),所述空腔用于容纳压力气体以帮助 所述活塞组件(130、 112、 120; 210; 310; 411; 511)运动，并且所 述空腔(122; 218; 314; 414; 540)与所述气室处于流体连通。
全文摘要
本发明公开了一种用于操作水下设备的水下装置，该水下装置包括主体(102)；位于主体(102)内的用于选择性地容纳动力流体的流体室(160)；可动地设置在主体(102)内的活塞组件(130、112、120)；位于主体(102)内的气室(170)，所述气室用于容纳压力气体以使活塞组件(130；112；120)运动从而使所述动力流体从流体室(160)排出；另一个腔室(180)，所述另一个腔室用于容纳低压气体以使活塞组件(130；112；120)在所述另一个腔室内运动，其特征在于所述活塞组件(130、112、120)包括空腔(122)，用于容纳压力气体以帮助所述活塞组件(130、112、120)运动，并且所述空腔(122)与所述气室处于流体连通。气室中的流体气体和另一腔室中的低压气体由活塞分隔，以使得其用作储积器。
文档编号E21B33/035GK101535593SQ200780041512
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月31日 优先权日2006年11月7日
发明者F·B·斯普林格特 申请人:国民油井华高有限合伙公司