CN104145077B - 水下减压系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在水下操作器中降低压力的系统。在一个实施例中，水下系统包含操作器和去增强器。所述操作器包含壳体和活塞。所述活塞可移动地设置在所述操作器壳体内并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室和第二腔室。所述去增强器是流体耦接到所述操作器的。所述去增强器包含壳体和活塞。所述活塞包含闭合表面和开启表面。所述闭合表面流体耦接到所述操作器壳体的所述第二腔室。所述开启表面是流体耦接到环境压力的。所述闭合表面的面积大于所述开启表面的面积从而增大所述闭合腔室与所述第二腔室之间的压差并且有助于将所述操作器活塞移动到所述闭合位置。

Description

水下减压系统
技术领域
本发明涉及一种水下系统，且尤其涉及一种水下防喷器。
背景技术
水下设备通常是液压驱动的。为了实现驱动，深水存储器通常提供有助于水下设备的控制和操作的加压工作流体的供应。此加压工作流体(例如，液压流体)可以用于操作水下过程阀门和连接器，和/或管理水下钻探BOP组、水下生产采油树、修井和控制系统(WOCS)，以及水下化学喷射系统上的流体功率和电功率，这仅仅是列举了若干可能性。
存储器通常划分为具有可调节的容积的气体部分和液压流体部分的容器。存储器以共同原理操作：气体部分是在等于或略微地低于操作水下设备所需的预期最小压力的压力下预先加压有气体的。随着将工作流体添加到分离的液压流体部分中的存储器，该部分的体积增大。继而，气体部分的体积减小，因此增大了气体和液压流体的压力。因此引入到存储器中的液压流体在至少与预先加压压力一样高的压力下储存并且可用于进行液压工作。
可预先加压气体可以充当弹簧，当气体部分处于其最小体积/最大压力时,气体部分被压缩,并且当气体部分处于其最大体积/最低压力时被释放。存储器通常是在没有流体静压力的情况下预先加压的，并且预先加压压力受限于压力抑制和表面(环境)条件下的存储器容器的结构设计限制。然而，常规的存储器的效率在深水中减小，这是因为流体静压力和较低的温度可以引起不理想的气体压缩，留下逐渐变小的可用体积的液压流体量为水下设备的功能提供动力。因此气体部分必须设计为使得气体在流体静压力下仍然提供足够动力来操作水下设备，即使随着液压流体接近排放和气体部分处于其最大体积/最低压力下也是如此。
举例来说，安装在表面处的BOP的存储器通常提供3000磅/平方英寸的工作流体最大压力。在海面以下1000英尺的深度处，环境压力(即，流体静压力)近似是465磅/平方英寸。因此，为了在1000英尺的深度处提供3000磅/平方英寸的压差，存储器具有3465磅/平方英寸的预先加压，即3000磅/平方英寸加上465磅/平方英寸。在略微高于4000英尺的深度处，环境压力几乎是2000磅/平方英寸，使得有效预先加压为5000磅/平方英寸，即3000磅/平方英寸加上2000磅/平方英寸。这将意味着表面预先加压将等同于存储器的工作压力，并且引入用于储存的任何流体或在预先加压之后的温度增大可能引起压力超出工作压力并且显著降低存储器的性能。
在逐渐增大的流体静力操作压力下，存储器因此具有与在非操作(没有环境流体静压力)条件下相比的较大的压力抑制要求。因此，在非操作条件下的预先加压存储器的低效率需要较大的总计存储器容积以增大水下设备的尺寸和重量。随着装备营运商越来越重视钻探设备的尺寸和重量的最小化以减少钻探成本，必须善用所有钻探设备的尺寸和重量。随着钻探深度越来越深，需要更多的且更大的存储器，不仅需要增大水下设备的尺寸和重量，而且需要增大用于水下设备的运输和处置的装备设备的尺寸和重量。
存储器可以包含(例如)组装到水下井口上作为水下BOP组总成的部分。由存储器供应的流体压力可以用于操作BOP的闸板。BOP总成可以包含框架、BOP和存储器以提供液压流体压力用于驱动闸板。由于在更深的水深下进行操作所需的存储器的数目和尺寸的增大，可用于其他BOP封装组件(例如)远程操作车辆(ROV)面板和安装的控制设备的空间是减小的。当激活水下控制系统的功能时，储存在水下或表面存储器中的大多数高压流体用于将该功能移动到闭合位置或将剪切式闸板移动到管道上。使用于功能的移动的高压储存流体的使用最小化是可取的，但是使用它来实际上执行工作以形成密封或剪切管道将必须减少安装在表面上和BOP组上的存储器的数量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下系统/水下防喷器，其具有以下优点：能够减少水下设备的流体压力和高压流体体积需求，并且相应地减少增大表面和水下存储器容量的需求。
根据本发明的第一方面，提供一种水下系统，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室和第二腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；以及
去增强器,所述去增强器流体耦接到所述操作器，所述去增强器包括：
去增强器壳体；
去增强器活塞，所述去增强器活塞可移动地设置在所述去增强器壳体的内表面内并且密封地啮合所述去增强器壳体的内表面，所述去增强器活塞包括：
闭合表面,所述闭合表面流体耦接到所述操作器壳体的所述第二腔室，以及
开启表面,所述开启表面流体耦接到环境压力；
其中所述闭合表面的面积大于所述开启表面的面积从而增大所述闭合腔室与所述第二腔室之间的压差并且协助将所述操作器活塞移动到所述闭合位置。
其中，所述去增强器壳体进一步包括：
活塞腔室,所述活塞腔室流体耦接到所述第二腔室，所述去增强器活塞的所述闭合表面设置在所述活塞腔室中；
心轴腔室,所述心轴腔室通过所述去增强器壳体的内壁与所述活塞腔室分离，所述去增强器活塞的所述开启表面设置在所述心轴腔室中；以及
端口,所述端口提供从所述心轴腔室的内部到所述去增强器壳体的外部的通道。
其中，所述去增强器活塞进一步包括延伸穿过所述内壁到达所述心轴腔室中的心轴；并且所述心轴的端部包括所述去增强器活塞的所述开启表面。
其中，所述去增强器活塞将所述活塞腔室的内部体积划分为去增强器闭合腔室和去增强器松弛腔室，并且所述去增强器松弛腔室具有端口，所述端口将所述去增强器松弛腔室流体耦接到压力源，并且所述去增强器闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述第二腔室一样大的流体容量。
其中，液压的所述操作器的所述第二腔室是开启腔室和松弛腔室中的一个。
其中，所述去增强器进一步包括：圆筒,所述圆筒设置在所述去增强器壳体内，并且在所述圆筒的外表面与所述去增强器壳体的内表面之间形成环形；并且其中所述去增强器活塞是设置在所述环形中的环形活塞，并且密封地啮合圆筒的所述外表面。
其中，所述去增强器活塞的所述闭合表面和所述去增强器壳体的所述内表面形成闭合腔室；并且所述去增强器活塞的所述开启表面、所述圆筒的所述外表面和所述去增强器壳体的所述内表面形成开启腔室；并且所述闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述第二腔室一样大的流体容量。
所述水下系统进一步包括第二去增强器，其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面与开启表面的比率大于所述去增强器活塞的闭合表面与开启表面的比率从而能够将所述操作器活塞有效地锁定在所述闭合位置。
所述水下系统进一步包括可以将所述第二腔室与所述去增强器或所述第二去增强器这两者中的任一者耦接的开关。
所述水下系统进一步包括：开关,所述开关选择性地耦接和去耦所述去增强器与液压的所述操作器的所述第二腔室；以及检测器,所述检测器检测操作参数并且在控制信号的应用上控制所述开关。
所述水下系统进一步包括一个以上的去增强器。
其中，所述去增强器是以串联形式或并联形式，或者以串联和并联的任何组合形式而流体耦接的。
所述水下系统进一步包括能够使所述去增强器活塞开启表面从环境压力选择性地流体去耦的控制系统。
其中，所述控制系统进一步包括选择器阀门，所述选择器阀门可以在所述去增强器活塞开启表面从环境压力流体去耦的普通闭合模式位置与所述去增强器活塞开启表面流体耦接到环境压力的自身闭合模式位置之间移动。
所述水下系统进一步包括：存储器,所述存储器与所述操作器壳体的所述闭合腔室选择性地流体耦接；其中所述控制系统可以进一步以无人操控/自动剪切自身闭合模式操作，其中所述控制系统允许所述操作器活塞的闭合，方法是将所述去增强器流体耦接到环境压力并且随后流体耦接所述存储器与所述闭合腔室。
所述水下系统进一步包括旁通阀，所述旁通阀能够允许流体压力通过旁通导管绕过所述去增强器。
所述水下系统进一步包括：分离器,所述分离器与所述操作器壳体的所述闭合腔室流体耦接，所述分离器包括内部可移动元件；以及传感器,所述传感器能够测量所述内部可移动元件的位置并且传输表示所述位置的信号。
所述水下系统进一步包括防喷器，其中所述活塞棒耦接到所述防喷器的闸板。
其中，环境压力是流体静压力。
根据本发明的第二方面，提供一种水下防喷器，其包括：
多个闸板，每个闸板包括：
去增强器,所述去增强器降低闭合所述闸板所需的流体压力的级别，所述去增强器包括：
所述流体连接到所述闸板；
壳体；以及
活塞,所述活塞可移动地设置在所述壳体的内表面内并且密封地啮合所述壳体的内表面；
其中所述活塞的第一表面与所述闸板流体连通，并且所述活塞的第二表面与环境压力流体连通；
其中所述第一表面的面积大于所述第二表面的面积；并且所述去增强器基于所述第二表面的面积与所述第一表面的面积的比率降低所述闸板中的流体压力以协助移动所述闸板。
其中，所述壳体的内部分隔为活塞腔室和开启腔室，所述活塞腔室包括用于流体连接到所述闸板的端口，并且所述开启腔室包括用于与周围环境流体连通的端口。
其中，所述活塞包括从所述活塞腔室延伸到所述开启腔室的心轴，所述心轴的表面形成所述第二表面。
其中，所述去增强器进一步包括圆筒，并且所述活塞是环形活塞；其中所述环形活塞的内表面密封地啮合设置在所述环形活塞内的所述圆筒的外表面。
其中，所述活塞的所述第一表面包括所述环形活塞的闭合端的表面，并且所述活塞的所述第二表面包括所述环形活塞的开启端的表面。
所述水下防喷器进一步包括：第二去增强器，所述第二去增强器与所述去增强器相比提供更大的流体压力降低比；以及开关，所述开关可以基于控制信号将所述第二去增强器和所述去增强器中的任一者流体耦接到所述闸板。
所述水下防喷器进一步包括将所述去增强器选择性地耦接到所述闸板和从所述闸板选择性地去耦的开关。
其中，环境压力是流体静压力。
根据本发明的第三方面，提供一种水下系统，其包括：
一种水下系统，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室、松弛腔室和开启腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；
串联助推器,所述串联助推器附接到所述操作器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在开启位置与闭合位置之间的所述助推器壳体中，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述操作器活塞；以及
去增强器,所述去增强器流体耦接到所述操作器，所述去增强器包括：
去增强器壳体；
去增强器活塞，所述去增强器活塞可移动地设置在所述去增强器壳体的内表面内并且密封地啮合所述去增强器壳体的内表面，所述去增强器活塞包括：
闭合表面,所述闭合表面流体耦接到所述助推器的所述开启腔室；以及
开启表面,所述开启表面流体耦接到环境压力；
其中所述闭合表面的面积大于所述开启表面的面积从而增大所述助推器的所述闭合腔室与所述助推器的所述开启腔室之间的压差并且有助于将所述助推器活塞移动到所述闭合位置。
其中，所述去增强器壳体进一步包括：活塞腔室,所述活塞腔室流体耦接到所述助推器的所述开启腔室或所述操作器的所述松弛腔室，所述去增强器活塞的所述闭合表面设置在所述活塞腔室中；心轴腔室,所述心轴腔室通过所述去增强器壳体的内壁与所述活塞腔室分离，所述活塞的所述开启表面设置在所述心轴腔室中；以及端口,所述端口提供从所述心轴腔室的内部到所述去增强器壳体的外部的通道。
其中，所述活塞进一步包括延伸穿过所述内壁到达所述心轴腔室中的心轴；并且所述心轴的端部包括所述去增强器活塞的所述开启表面。
其中，所述去增强器活塞将所述活塞腔室的内部体积划分为去增强器闭合腔室和去增强器松弛腔室；所述去增强器松弛腔室包括将所述去增强器松弛腔室流体耦接到压力源的压力端口；所述去增强器松弛腔室包括将所述去增强器松弛腔室流体耦接到所述操作器的所述松弛腔室的操作器端口；并且所述去增强器闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述助推器的所述开启腔室或所述操作器的所述松弛腔室一样大的流体容量。
所述水下系统进一步包括流体耦接到所述操作器的第二去增强器，其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面流体耦接到所述操作器的所述开启腔室并且其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面的面积大于所述第二去增强器的活塞的开启表面的面积，从而增大所述操作器的所述闭合腔室与所述操作器的所述开启腔室之间的压差并且有助于将所述操作器活塞移动到所述闭合位置。
所述水下系统进一步包括防喷器，其中所述活塞棒耦接到所述防喷器的闸板。
其中，环境压力是流体静压力。
所述水下系统进一步包括能够选择性地使所述去增强器活塞的所述开启表面与环境压力流体去耦的控制系统。
所述水下系统进一步包括：分离器,所述分离器与所述操作器壳体的所述闭合腔室流体耦接，所述分离器包括内部可移动元件；以及传感器,所述传感器能够测量所述内部可移动元件的位置并且传输表示所述位置的信号。
根据本发明的第四方面，提供一种水下防喷器，其包括：
闸板；
壳体，所述壳体包括：
第一部分,所述第一部分具有第一内径；以及
第二部分,所述第二部分具有第二内径；
活塞,所述活塞设置在所述壳体内，所述活塞的第一部分密封地啮合所述壳体的所述第一部分，并且所述活塞的第二部分密封地啮合所述壳体的所述第二部分；
其中所述壳体和活塞形成：
闭合腔室，经由所述闭合腔室流体压力的应用引起所述闸板的闭合；
开启腔室，经由所述开启腔室流体压力的应用引起所述闸板的开启；以及
松弛腔室,所述松弛腔室设置在所述闭合腔室与所述开启腔室之间；以及
减压系统,所述减压系统流体耦接到所述松弛腔室的端口，其中所述减压系统通过降低所述松弛腔室中的压力来降低闭合所述闸板所需的流体压力的级别。
其中，所述减压系统包括至少一个：
储槽,所述储槽以低于环境压力设置在邻近所述闸板；以及
流体管线,所述流体管线从所述松弛腔室延伸到含有比水的密度低的流体的储槽。
所述水下防喷器进一步包括附接到所述壳体的串联助推器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在开启位置与闭合位置之间的所述助推器壳体中，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述活塞。
根据本发明的第五方面，提供一种水下防喷器，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室、松弛腔室和开启腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；
串联助推器,所述串联助推器附接到所述操作器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在所述助推器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述操作器活塞；以及减压系统,所述减压系统流体耦接到所述助推器的所述开启腔室的端口，其中所述减压系统通过降低所述助推器的所述开启腔室中的压力来降低闭合闸板所需的流体压力的级别。
附图说明
为了对本发明的示例性实施例进行详细描述，现将参考附图，其中：
图1示出了根据各种实施例耦接到去增强器的防喷器总成的示意图；
图2示出了根据各种实施例耦接到去增强器的防喷器操作器的示意图；
图3A到图3C示出了根据各种实施例在不同的闭合状态下的操作器和去增强器的示意图；
图4示出了根据各种实施例耦接到液压操作器的松弛腔室的去增强器的示意图；
图5示出了根据各种实施例耦接到松弛腔室和具有串联助推器的液压操作器的助推器腔室的去增强器的示意图；
图6示出了根据各种实施例的包含环形活塞的去增强器的截面图；
图7示出了根据各种实施例可切换地耦接到液压操作器的多个去增强器的示意图；
图8示出了根据各种实施例可切换地耦接到液压操作器的去增强器的示意图；
图9示出了具有多个串联布置的去增强器的操作器的示意图；
图10示出了具有多个并联布置的去增强器的操作器的示意图；
图11A到图11C示出了用于操作器和去增强器配置的控制系统的实施例的示意图；
图12示出了根据各种实施例的包含减压松弛腔室的液压操作器的示意图；
图13示出了根据各种实施例的包含减压松弛腔室的另一液压操作器的示意图；以及
图14示出了根据各种实施例的包含减压松弛腔室的又一液压操作器的示意图；以及
图15示出了根据各种实施例的包含减压松弛腔室的又一液压操作器的示意图。
标号和术语
特定的术语在整个以下描述和权利要求书中被用来指代特定的系统组件。如所属领域的技术人员将理解，多家公司可以用不同的名称来指代同一组件。此文档并非意图区分开在名称而非功能上不同的组件。在以下论述中并且在权利要求书中，术语“包含”以及“包括”以一种开放式方式使用，并且因此应解释为意味着“包含(但不限于)...”。并且，术语“耦接”意图表示间接或直接连接。因此，如果第一装置耦接到第二装置，那么该连接可能通过直接连接，或通过经由其他装置和连接的间接连接。
具体实施方式
本文中的附图和论述涉及本发明的各种实施例。虽然这些实施例中的一个或多个是优选的，但是并非意图且不应将所揭示的实施例解释为限制本发明的范围(包含权利要求书)或者用于限制本发明的范围(包含权利要求书)。此外，所属领域的技术人员将理解以下描述具有广泛的应用，并且任何实施例的论述仅意味着该实施例的示例性的论述，而并非意图暗示将本发明的范围(包含权利要求书)限制于该实施例。附图不必按比例绘制。本发明的特定特征可以按夸大的比例或以稍微示意性的形式示出，并且为了清楚和简明起见，可能不会示出常规元件的一些细节。
因为液压设备是在较大的深度处操作的，因此从与设备相关联的水下存储器供应足够的操作流体压力变得越来越困难。预先加压存储器的低效率令为了获得规定的流体体积和压力的存储器尺寸和重量的不希望的增大。本发明的实施例包含能够减少对提供越来越大的存储器的需求的去增强器(deintensifier)。去增强器降低了液压装置的一个或多个腔室中的压力，从而相应地降低了操作装置所需的流体压力，在一些系统中所述压力可能由水下存储器提供。
图1示出了根据各种实施例的水下防喷器(BOP)组总成100。BOP组总成100在海底104上组装到井口总成102。BOP组总成100在井口总成102与漂浮装备106之间通过水下立管108连接成一条直线。BOP组总成100在井眼110中提供钻探/地层流体的压力控制，使得突然的压力波动逸出地层进入到井眼110中。因此，BOP组总成100降低了由于离开海床井口总成102的流体压力而损害漂浮装备106和水下立管108的可能性。
BOP组总成100包含将立管108连接到BOP组封装114的BOP下部海洋立管封装112。BOP组封装114包含框架116、BOP 118和存储器120，所述存储器可用于提供后备液压流体压力用于驱动BOP 118。在一些实施例中，BOP 118是闸板型BOP，并且在其他实施例中可以包含其它类型的BOP，例如，环形BOP。
BOP组封装114的一些实施例还包含一个或多个去增强器230。举例来说，去增强器230可以耦接到BOP 118的每个闸板。如下文所述，去增强器230降低闭合闸板所需的压力。虽然本文中是相对于BOP进行说明的，但是，去增强器230的实施例可以采用多种流体驱动水下装置中的任何一种，仅举几例，例如，采油树、阀门和歧管。
图2示出了根据各种实施例的耦接到去增强器230的防喷器操作器200的示意图。操作器200包含壳体202、活塞204、棒206和闭合部件208。壳体202的内部可以通常是圆柱形的，并且壳体202的端板210、212可以分别由防喷器118的头部和阀盖形成。活塞密封件214周向围绕活塞204并且密封地啮合壳体202的内表面。
活塞密封件214与壳体202的内表面的啮合将操作器200的内部划分为两个液压隔离的腔室-开启腔室222和闭合腔室224。开启腔室222形成在端板212与活塞密封件214之间。闭合腔室224形成在端板210与活塞密封件214之间。
壳体202包含开启端口218和闭合端口220用于将流体传送到操作器200中和/或从操作器200中传送出来。开启端口218提供与开启腔室222的液压连通。闭合端口220提供与闭合腔室224的液压连通。壳体202还包含棒端口216，穿过所述棒端口棒206进行延伸和收缩。棒密封件226周向地设置在棒端口216内以密封地啮合棒206。
通常，液压流体经由闭合端口220引入到闭合腔室224中以迫使棒206从操作器壳体202穿过棒端口216的延伸。类似地，液压流体经由开启端口218引入到开启腔室222中以迫使棒206穿过棒端口216收缩到操作器壳体202中。穿过开启端口218和/或闭合端口220的流体的流动可以由液压控制系统调节，所述液压控制系统包括多个流体开关(即，阀门)，所述流体开关耦接到流体源/容器，例如水下存储器。
操作器200的开启腔室222经由流体耦接228耦接到去增强器230。流体耦接228可以是，例如，管道、软管或其他适当的流体导管。去增强器230包含壳体232、活塞234和心轴236。心轴236的直径小于活塞234的直径。壳体232的内部通常可以是圆柱形的。壳体232包含将壳体232的内部划分为活塞腔室242和心轴腔室244的内壁238。内壁238包含心轴端口240，通过该端口心轴236在活塞腔室242与心轴腔室244之间行进。心轴密封件246周向设置在心轴端口240中以密封地啮合心轴236。内壁238与心轴236和心轴密封件246一起液压地分离心轴腔室244和活塞腔室242。
活塞密封件248周向围绕活塞234并且密封地啮合壳体232的内表面。活塞密封件248与活塞腔室242的内表面的啮合将活塞腔室242划分为两个液压地隔离的腔室-闭合腔室250和松弛腔室252。去增强器的闭合腔室250形成在端板254与活塞密封件248之间。松弛腔室252形成在内壁238与活塞密封件248之间。因此，去增强器的闭合腔室250包含设置在活塞234的一侧上的活塞腔室242的一部分，并且松弛腔室252包含设置在活塞234的另一侧上的活塞腔室242的一部分。
壳体232包含开启端口256和闭合端口258用于将流体传送到去增强器230中和/或从去增强器230中传送出来。开启端口256提供与心轴腔室244的液压连通。闭合端口258提供与去增强器的闭合腔室250的液压连通。
通常，液压流体经由闭合端口258被引入到去增强器的闭合腔室250中以迫使心轴236穿过心轴端口240从活塞腔室242行进到心轴腔室244。类似地，液压流体经由开启端口256引入到心轴腔室244中以迫使心轴236穿过心轴端口240收缩到活塞腔室242中。穿过开启端口256和/或闭合端口258以及闭合端口220的流体的流动可以由液压控制系统调节，所述液压控制系统包括多个流体开关(即，阀门)，所述流体开关耦接到流体源/容器。在一些实施例中，开启端口256提供环境流体静压力(即，由水柱施加的压力)到心轴腔室244。
壳体232还可以包含松弛腔室端口260，所述端口允许与松弛腔室252的流体连通。降低的流体压力的来源可以经由松弛腔室端口260耦接到松弛腔室252。举例来说，具有一个大气压或更大的内部压力的腔室262可以经由松弛腔室端口260耦接到松弛腔室252。腔室262的一些实施例包含压力监测装置，例如，如同本领域中已知的具有分离器活塞的ROV压力计。本文中描绘的去增强器230的实施例可能不会说明耦接到松弛腔室端口260的腔室262，但是腔室262的存在以及腔室262与松弛腔室端口260的连接是假定存在于所有此类实施例中的。
去增强器230降低压力，并且相应地降低在开启腔室侧施加到活塞204的力，因此引起活塞204的移动以及闭合腔室224的体积的扩展并且移动棒206。通过降低开启腔室222中的压力，与开放到环境流体静压力的开启腔室222相比，去增强器230降低在闭合腔室224中闭合操作器200所需的压力。
考虑没有去增强器230的操作器200，为了闭合操作器200(即，朝向右侧移动活塞和棒)，施加在活塞204的闭合侧上的力必须大于施加在活塞204的开启侧上的力。经施加以闭合操作器的操作力是在闭合腔室中施加到活塞204的力F1、在开启腔室中施加到活塞204的力F2，以及在棒206的区域上施加到闭合部件266的力F3的差值。因此，闭合力可以表示为：
F闭合＝F1-F2-F3
为了实现移动，针对给定的F1的值去增强器230增大F闭合的量值，或者替代地，降低获得希望的F闭合所需的F1的量值。去增强器230通过修改F2来实现这些力的改变。
在给定的流体压力下，去增强器活塞表面268和心轴表面270的面积的差异引起施加到活塞234的力F4大于施加到心轴236的力F5。举例来说，如果活塞表面268的面积是心轴表面270的面积的两倍，那么在施加到去增强器的闭合腔室250和心轴腔室244的给定的压力下，活塞234上的力F4将是心轴236上的力F5的两倍。因此，当使用去增强器230时施加的总闭合力F闭合_去增强器可以表示为：
F闭合_去增强器＝F1-(F2-(F2-F5))-F3
因此，与如果在没有去增强器230的开启腔室222中存在相同的流体压力的情况相比，由于开启腔室244中的流体压力，去增强器230可以极大地降低施加到活塞204的力F2。
就压力而言，与不具有去增强器230相比，去增强器230降低了开启腔室222中的流体压力，从而增大了整个活塞204上的压差。如果需要给定的压差将闭合部件208延伸就位，那么取决于BOP 118的水深，去增强器230可以提供所需的压差的大部分。这缓解了水下存储器120的提供全部的所需压差的负担，并且可能减少对更多和/或更大的存储器的需求、添加BOP 118的升压器等。另外，去增强器230和其控制系统可以提供活塞204上的闭合压差而甚至无需提供从存储器到闭合端口220的闭合压力。这将在存储器中保留高压流体用于密封或剪切和密封的起始。相反地，由于去增强器的使用，开启液压操作器200所需的压力增大，并且该压力相当于：
其中：
面积活塞是去增强器活塞表面268的面积；以及面积心轴是去增强器心轴表面270的面积。
心轴表面270与去增强器活塞闭合表面268的表面积之比可以经选择以优化液压操作器200的操作。较小的比率在活塞204上产生压差的较高的增益。较高的压差可以向活塞密封件214提供应力。实施例通过心轴与活塞表面积比的选择提供压差的控制，并且因此，有利的是允许活塞密封件214上的应力的控制。在某些实施例中，心轴表面270的表面积与活塞表面268的表面积的比限于可以施加到去增强器的开启端口256的最大开启压力。
图3A到图3C分别示出了处于完全开启、闭合和完全闭合位置的操作器200。在图3A中，操作器200和去增强器230(例如)在海底处于完全开启的位置。棒206在操作器200中是完全收缩的，并且心轴236是完全收缩到去增强器230的活塞腔室242中的。操作器200的闭合端口220可以暴露于流体静压力。然而，如果耦接到去增强器的开启端口256的阀门存在并且该阀门是闭合的，那么心轴腔室244中的流体不能够离开并且因此位于较高压力下以如图所示保持系统开启。操作器200的开启腔室222和去增强器230的闭合腔室250中的流体也可以处于流体静压力下或接近流体静压力。将操作器200所需的开启压力施加到开启端口256。所需的最小压力(P开启_去增强器)如上文所述。
在图3B中，操作器200和去增强器230是闭合的。举例来说，耦接到去增强器230的开启端口256的阀门是打开的以将心轴腔室244中的压力降低到围绕去增强器230的环境压力下(即，当位于水下时心轴腔室244处于流体静压力下)。心轴腔室压力的降低相应地降低了施加到心轴236的力F5，并且心轴236开始移动到心轴腔室244中。这继而移动去增强器活塞234并且降低开启腔室222中的压力和施加到活塞204的力F2。随着力Fi由流体静压力生成、由存储器120或任何其他适当的来源供应的流体压力，活塞204在闭合方向上移动，从操作器200延伸棒206。
在图3C中，操作器200和去增强器230处于完全闭合位置。棒206是从操作器200完全延伸的，并且心轴206完全设置在心轴腔室244中。心轴腔室244可以经由开启端口256向流体静压力开放。闭合腔室224和250也可以位于环境流体静压力下。
为了将操作器200和去增强器230返回到图3A的开启配置，可以经由开启端口256供应流体压力到心轴腔室244。供应的流体压力足以产生足以克服由闭合腔室250中的流体压力以及心轴密封件246、活塞密封件248、棒端口216和活塞密封件214的摩擦力产生的反作用力的力F5。在一些实施例中供应用于开启操作器200和去增强器230的流体压力可以由在表面处和/或水下流体压力源处的流体压力源供应。在替代实施例中，开启流体压力可以通过适当的配流供应到操作器200的开启腔室222中或去增强器的松弛腔室252中。
图4示出了耦接到去增强器230的操作器系统430的另一实施例。所说明的操作器系统430是该系统是从美国德克萨斯州休斯顿市的卡梅隆国际公司购得的并且描述于美国专利7300033、7338027、7374146、7533865和7637474中，上述专利在此通过引用的方式并入适用于各种用途。操作器系统430安装到阀盖432并且耦接到闭合部件434。闭合部件434可以是BOP闸板，仅举几例，例如剪切闸板、全封闭闸板、管道闸板。操作器系统430包含活塞棒436、活塞438、操作器壳体440和头部442。活塞438包括主体448和凸缘450。主体密封件452周向围绕主体448并且密封地啮合操作器壳体440。凸缘密封件454周向围绕凸缘450并且密封地啮合操作器壳体440。凸缘密封件454的密封直径大于主体密封件452的密封直径。
主体密封件452和凸缘密封件454与操作器壳体440的啮合将操作器系统430的内部划分为三个液压地隔离的腔室：闭合腔室456、松弛腔室460和开启腔室464。闭合腔室456形成在头部442与凸缘密封件454之间。闭合端口458提供闭合腔室456与流体源/容器(例如，存储器或周围环境)之间的液压连通。松弛腔室460形成在主体密封件452与凸缘密封件454之间的由操作器壳体440和活塞438界定的环形区域中。疏松端口462提供与松弛腔室460的液压连通。开启腔室464形成在主体密封件452与阀盖432之间的由操作器壳体440和活塞438界定的环形区域中。开启端口466提供开启腔室464与流体源/容器(例如，存储器或周围环境)之间的流体连通。
去增强器230经由流体耦接228耦接到操作器系统430的疏松端口462。在一些实施例中，去增强器230可以连接到开启端口466。根据上述操作，去增强器230增大松弛腔室460与闭合腔室456之间的压差，从而降低与松弛腔室460对环境流体静压力开放相比的在闭合端口458处必须供应的用于延伸活塞棒436并且移动闭合部件434的流体压力。
因此，闭合操作器系统430遵循与上文中就操作器200而言描述的顺序类似的顺序。可以通过保持开启腔室464或松弛腔室460中的足够的流体压力来保持操作器系统430的开启。举例来说，耦接到开启腔室464的阀门可以闭合以于维持开启腔室464中的开启流体压力。当阀门打开时，开启腔室464中的压力降低，并且由去增强器230形成的松弛腔室460中的降低的压力降低了延伸活塞棒436所需的闭合腔室压力。
通过将流体压力施加到开启端口466，操作器系统430可以返回到开启位置。流体压力必须是足够克服由去增强器230生成的力和凸缘密封件454、主体密封件452、活塞密封件248和心轴密封件246的摩擦力的。当操作器系统430和去增强器230已经返回到开启位置时，在松弛腔室460或开启腔室464中可以维持流体压力以维持开启状态。因此，当采用液压操作器系统430时，去增强器230的实施例可以提供通过开启端口256连续地对流体静压力开放的心轴腔室244。替代地，开启端口256可以连接到开启端口466以降低操作器系统430的开启压力。如下文关于图12所述，还可能的是用预先加压存储器替代去增强器230，这在操作器的独特的应用中将形成与去增强器230类似的闭合力和增大的开启力。
图5示出了具有类似于图4中所示的操作器系统430的操作器500的水下系统的另一实施例，其中相同的零件如上文所述进行标记。操作器500进一步包含附接到操作器系统430的串联助推器510，所述串联助推器包含助推器壳体540和助推器活塞538，所述助推器活塞在开启位置与闭合位置之间可移动地设置在助推器壳体540内。助推器活塞538包含类似于用于操作器活塞438的密封件的密封件，并且因此将助推器壳体540的内部体积划分为闭合腔室556和开启腔室560。如图所示，助推器活塞538从助推器壳体540延伸并且耦接到操作器活塞438。因此，随着助推器活塞538从助推器壳体540延伸和收缩，它类似地作用以延伸和收缩操作器活塞438。
如上文所述第一个去增强器230流体耦接到串联助推器的开启腔室560，其中去增强器的闭合腔室250通过串联助推器开启腔室端口562与串联助推器的开启腔室560处于流体连通。此外，松弛腔室460的疏松端口462连接到相同的去增强器230端口-开启腔室端口562。
第二个去增强器230流体耦接到操作器开启腔室464，其中第二去增强器活塞闭合表面268流体耦接到操作器开启腔室464。因为第二去增强器活塞闭合表面268的面积大于第二去增强器活塞开启表面的面积，所以第二去增强器增大操作器闭合腔室456与操作器开启腔室464之间的压差，并且辅助操作器活塞438移动到闭合位置。替代地，开启腔室464的开启端口466也可以连接到相同的去增强器上的相同的开启端口-开启腔室端口562和疏松端口462以进行系统简化。随着第二去增强器单元的引入，在EVO串联助推器开启端口466上，可以精确地调节来自系统的开启压力和闭合力。
两个去增强器230还可以包含松弛腔室端口，所述端口允许与松弛腔室460的气体连通。降低的气体压力的来源可以经由松弛腔室端口耦接到松弛腔室460。举例来说，具有一个环境大气压或更大的内部压力的腔室262可以经由松弛腔室端口耦接到松弛腔室460。替代地，如下文根据图12、图13和图14所述，可以将去增强器230替换为驱动器的预先加压存储器和松弛腔室端口以形成增大的闭合力和增大的开启力。
闭合操作器500遵循类似于上述关于操作器200和操作器系统430的顺序。可以通过保持开启腔室464或松弛腔室460中的足够的流体压力来保持操作器500的开启。举例来说，耦接到开启腔室464的阀门可以接近于维持开启腔室464中的开启流体压力。当阀门打开时，由于去增强器230，开启腔室464、松弛腔室460和助推器的开启腔室560中的压力降低，并且所述降低的压力降低延伸活塞棒436所需的闭合腔室压力。
通过将流体压力施加到开启腔室464、松弛腔室460和/或串联助推器的开启腔室560，操作器500可以返回开启位置。流体压力必须是足够克服由去增强器230生成的力和凸缘密封件454、主体密封件452、活塞密封件248和心轴密封件246的摩擦力的。当操作器500和去增强器230已经返回到开启位置时，在松弛腔室460、开启腔室560和/或开启腔室464中可以维持流体压力以维持开启状态。多个去增强器可以并联或串联使用，以形成所需的闭合力和开启压力。
图6示出了根据各种实施例的去增强器600的截面图。去增强器600包含壳体602、内部圆筒604，以及设置在形成在内部圆筒604的外表面与壳体602的内表面之间的环形中的环形活塞606。活塞内径密封件610围绕活塞606的内表面周向设置并且密封地啮合内部圆筒604的外表面。活塞外径密封件608围绕活塞606的外表面周向设置并且密封地啮合壳体602的外表面。
活塞外径密封件608、活塞内径密封件610与内部圆筒604的外表面和壳体602的内表面的啮合将去增强器600的内部划分为两个液压地隔离的腔室-开启腔室612和闭合腔室614。开启腔室612形成在端板628与活塞外径密封件608、活塞内径密封件610之间的环形中。闭合腔室614形成在端板616与活塞外径密封件608、活塞内径密封件610之间。闭合腔室614以类似于图2中所说明的去增强器230的闭合腔室250的方式操作。
环形活塞606具有闭合端622和开启端624。暴露于闭合腔室614中的流体压力的闭合端622的表面积是大于暴露于开启腔室612中的流体压力的开启端624的表面积的。因此，对于闭合腔室614和开启腔室612内的给定的流体压力，在闭合端622处生成的力大于在开启端624处生成的力。
壳体602包含用于将流体传送到去增强器600中和/或从去增强器600中传送出来的开启端口618和闭合端口620。开启端口618提供与开启腔室612的液压连通。闭合端口620提供与闭合腔室614的液压连通。通常，液压流体经由闭合端口620引入到闭合腔室614中以迫使活塞606朝向端板628行进。类似地，液压流体经由开启端口618引入到开启腔室612中以迫使活塞606朝向端板616行进。穿过开启端口618和/或闭合端口620的流体的流动可以由液压控制系统调节，所述液压控制系统包括多个流体开关(即，阀门)，所述流体开关耦接到流体源/容器。在一些实施例中，开启端口618将开启腔室612耦接到流体静压力(即，由水柱施加的压力)。
中央腔626由内部圆筒604和活塞606的内表面接合形成。中央腔626可以填满低压气体，例如，一个大气压的氮气，并且它以类似于在图2中所说明的去增强器230的低压腔室262的方式操作。
去增强器600的闭合端口620可以流体耦接到操作器200的开放端口218，或者流体耦接到操作器系统430的疏松端口462。当安装在水下时,随着去增强器600的开启端口618耦接到环境水压，去增强器600起作用以如上文关于去增强器230所述的减少闭合操作器200、操作器系统430所需的力。
图7示出了根据各种实施例可切换地耦接到液压操作器200的多个去增强器230、730的示意图。开关702耦接到操作器200的开启端口218并且耦接到去增强器230、730的闭合端口258、758。开关702可以是液压、机械、电子或任何其他适当的类型的开关。开关702包含使用所属领域的技术人员已知的流体切换方法将操作器200耦接到去增强器230、730中的任一者的阀门。可以将控制信号704提供给开关702以选择将去增强器230、730中的哪一个流体耦接到操作器200。控制信号可以是驱动开关702的阀门所需的电气的、气动的、液压的等等。
去增强器730可经配置以提供与去增强器230提供的不同的力的比率。举例来说，去增强器730的心轴736可以在直径上不同于去增强器230的心轴236。在操作器200的闭合腔室224中的给定的流体压力下，较窄的心轴736与较宽的心轴236相比为操作器200提供较高的闭合力。相反地，因为较窄的心轴736，去增强器730与去增强器230相比需要较高的开启压力。
各种实施例可以基于操作器200的希望的闭合力，或者基于操作器200希望的开启力来选择去增强器230、730中的一个。举例来说，如果操作器200是使用去增强器230闭合的，那么一些实施例可以将操作器200从去增强器230断开并且在闭合之后将操作器200连接到去增强器730。将闭合的操作器200连接到去增强器730增大了开启操作器200所需的流体压力(相对于去增强器230)，并且可以有效地将操作器200锁定在闭合位置。在一些实施例中，此类系统可以用于代替或补充与操作器200相关联的机械锁定。
在一个替代实施例中，液压操作器系统430的疏松端口可以经由液压开关702耦接到多个去增强器230、730。所属领域的技术人员将理解实际上可以经由适当的液压开关702将任何数目的不同的去增强器耦接到液压操作器200、操作器系统430。
图8示出了根据各种实施例可切换地耦接到液压操作器200的去增强器230的示意图。开关802耦接到操作器200的开启端口218、耦接到操作器200的闭合端口220(未图示)，并且耦接到去增强器230的闭合端口258。在一些实施例中，操作器系统430是代替操作器200采用的，并且开关802是耦接到操作器系统430的疏松端口462的。开关802包含选择性阻断到达/来自操作器200和去增强器230的流体流动或流体耦接操作器200和去增强器230用于流体连通的阀门。可以将控制信号804提供给开关802以选择激活的是开关的开启位置还是闭合位置。控制信号804可以是驱动开关802的阀门所需的电气的、气动的、液压的等。
在一些实施例中，控制信号804可以是指示应用到操作器200和/或去增强器230的开启和/或闭合流体压力的导频流体压力。液压开关802可以包含检测信号的检测器(例如，压力检测器)并且将液压开关802的阀门切换到开启位置，从而流体耦接操作器200和去增强器230。如果控制信号804指示不应用开启和/或闭合压力，那么检测器可以使得液压开关802闭合阀门并且阻断达到/来自操作器200和去增强器230的流体流动。通过阻断流体流动，开关802将操作器200和去增强器230的活塞204、234有效地锁定在适当的位置。在一些实施例中，液压开关802的操作可以用于替换或补充与操作器200和/或去增强器230相关联的机械锁定。
在一些实施例中，开关802允许操作器200的开启端口218选择性耦接到流体静压力或另一压力来源(例如，存储器)，或者耦接到去增强器闭合端口258，从而允许操作器200闭合而无需去增强器230的辅助。
图9和图10示出了具有多个去增强器230的液压操作器200的替代实施例。在图9中，示出去增强器230与操作器200串联地流体耦接的，并且图10中，示出去增强器230与操作器200并联地流体耦接的。去增强器230也可以以串联和并联的任何组合流体耦接。使用多个串联去增强器230的能力允许调节去增强器活塞表面268与心轴表面270之间的比率而无需必须使用完全不同的去增强器230。使用多个去增强器230的并联增大了去增强器230的容量以基于操作器的尺寸根据不同的流体体积工作。因此去增强器230可以简单地是以串联、并联、或这二者的组合“堆叠的”以符合给定水下系统的操作要求并且在供应适当的去增强器230方面创造灵活性。使用多个去增强器还允许去增强器230的尺寸标准化为可以更加容易地制造的较小的单元。
图11A到图11C示出了用于与在本申请案中讨论的任何操作器和去增强器配置一起使用的控制系统1100的实施例。作为出于解释目的的实例，图11A到图11C示出了如上文所述的单个操作器200和具有腔室262的去增强器230。操作器200与去增强器230之间的流体流动可以由控制系统1100调节，所述控制系统包括耦接到控制源的开关(即，阀门)。举例来说，控制系统1100可以是使用耦接到流体源(例如，水下存储器)的流体阀门的液压控制系统1100。
控制系统1100用于在将操作器200作为放置在普通闭合模式(NCM)或自身闭合模式(SCM)中的系统操作时允许或阻断去增强器功能。在普通闭合模式中，去增强器活塞开启表面与环境压力流体去耦并且因此操作器200在其普通操作系统下开启和闭合，犹如不使用去增强器230。在普通闭合模式中，操作器压力从操作器200中的开启和闭合端口排出。在自身闭合模式中，去增强器活塞开启表面流体耦接到环境压力并且因此去增强器230被激活以辅助闭合操作器200。
具体而言根据图11A，为了将去增强器活塞开启表面与环境压力去耦，控制系统1100包含可以在普通闭合模式(NCM)位置与自身闭合模式(SCM)位置之间移动的选择器阀门1180。选择器阀门1180可以使用远程操作车辆(ROV)来操作。在图11中，选择器阀门1180以普通闭合模式示出，其中去增强器活塞开启表面与环境压力流体去耦并且因此操作器200在其普通操作系统下开启和闭合，犹如不使用去增强器230。在自身闭合模式中，去增强器活塞开启表面流体耦接到环境压力并且因此去增强器230被激活以辅助闭合操作器200。
控制系统1100包含具有多个开关(例如，阀门)1183的导管，所述开关适当的用于不同的控制系统电路以得出希望的操作器200和去增强器230的不同操作条件。应了解与所示的电路相比包含更少、更多或不同的导管的其他控制系统电路对于不同的系统参数是适当的。
虽然在图11A到图11C中以不同的方式进行控制，但是控制系统1100包含闭合源导管1184，其与用于闭合操作器200的闭合源连通。控制系统1100还包含开启源导管1186，其与用于将开启压力提供给去增强器230的开启源连通。开启源导管1186与去增强器230的开启侧连接并且可以对环境压力或一些其他压力源开放。闭合源导管1184与闭合压力的来源(例如，存储器120)连接。
具体而言根据图11B到图11C，其他导管配置和开关用于将操作器200和去增强器230放置在它们的多个操作模式中并且将适当的控制信号或压力供应到设备。
作为实例，图11B和图11C示出了下部海洋立管封装(LMRP)1193上的包含LMRP蓝色隔舱1194和黄色隔舱1195中的控制开关的其他组件。然而，控制系统1100并不需要包含LMRP上的阀门或开关，如同例如在图11A中所示。
除开启源导管1186和闭合源导管1184之外，控制系统1100还可以包含如图11B和图11C中所示的导频信号控制阀门1183，所述阀门是分别通过闭合导频导管1185和开启导频导管1187控制的。图11B和图11C示出了将图11A中所示的去增强器基础控制系统整合到不同的控制系统中。
虽然未图示，但是存储器120可以选择性地与操作器壳体的闭合腔室流体耦接。在被称为无人操控/自动剪切自身闭合模式中(dead man/auto shear self closingmode)，控制系统1100可以允许操作器活塞的闭合，方法是将去增强器流体耦接到环境压力以随着环境压力的降低来闭合防喷器闸板，在这之后控制系统1100流体耦接存储器120与闭合腔室，因此存储器120中的高压流体可以释放以切割管道并且密封井眼。所述无人操控/自动剪切自身闭合模式的激活可以通过经由无人操控导管1188发送控制信号或压力。激活信号/压力用于控制阀门1183来调节控制电路配置。
此外，控制系统1100包含一个或多个旁通阀1182，所述旁通阀能够允许流体压力通过旁通导管绕过去增强器230。可以使用ROV来操作旁通阀1182以形成ROV控制的旁通以在去增强器230不适当地操作的情况下绕过去增强器230。类似的ROV接入旁通可以包含使用旁通阀1182以允许ROV接入操作器200的闭合腔室。
作为一个选择，控制系统1100还可以包含操作器活塞位置指示器系统。如图所示，控制系统1100可以包含与操作器200的闭合腔室流体耦接的分离器1190，分离器1190包含内部可移动元件。随着操作器200的闭合腔室中的压力的调节，内部可移动元件的位置相应地得到调节。还包含能够测量内部可移动元件的位置并且传输表示该位置的信号的传感器1191。所述信号被发送到能够产生位置的指示的仪器。由于内部可移动元件的位置与操作器200的闭合腔室中的压力有关，因此内部可移动元件的位置指示操作器壳体内的操作器活塞的位置。已知内部可移动元件的位置因此允许使用者能够知晓操作器活塞的位置并且因此知晓BOP的当前状态。传感器1191可以使用任何适当的方法来操作，例如，磁、超声波、激光或其他检测方法。
图12示出了根据各种实施例的包含减压松弛腔室460的操作器系统430的示意图。在图12中，液压操作器系统430的松弛腔室460流体耦接到减压系统1202，当操作器系统430安装在水下时,所述减压系统提供低于环境流体压力(即，低于流体静压力)的流体压力给松弛腔室460。松弛腔室460中的降低的压力增大活塞凸缘450上的压差，从而降低在闭合端口458处必须提供的流体压力以延伸活塞棒436。
在一些实施例中，减压系统1202可以包含加压到预定压力(例如，一个大气压)的腔室或存储器。如果减压系统1202包含气体填满腔室(例如，氮气填充的)，那么松弛腔室460将也是气体填满的。因为松弛腔室460是与闭合腔室456、开启腔室464液压地隔离的，因此不会有液体通过松弛腔室460到达气体填充腔室。因此，有利的是,此类实施例不要求用于从气体填充腔室中移除液体的机构。气体填充腔室的压力可以是预定的以在给定的操作深度处的活塞凸缘450上提供所希望的压差。
在一些实施例中，减压系统1202可以包含从松弛腔室460延伸到表面或其他流体源的流体管线。所述流体管线可以含有比水的密度更低的流体，从而相对于井位置处的流体静压力降低松弛腔室460中的压力。包含在流体管线中的流体可以是比水的密度更低的液体(例如，石油)，或加压气体，例如，氮气。不同于本文中所公开的操作器200、操作器系统430的至少一些实施例，图12的实施例不取决于流体静压力来调节闭合力。经由流体管线提供到松弛腔室460的压力取决于水深，甚至在流体管线填充有氮气时也是如此。因为流体管线是从表面加压的，因此提供到松弛腔室460的压力可以在较宽的范围内变化(例如，从非常低的压力到非常高的压力)，允许根据操作条件来调节松弛腔室460中的压力。流体管线还允许监测松弛腔室460中的压力。因此，可以轻易地识别任何海水进入到松弛腔室460中。
虽然图12的实施例已经关于将减压系统1202连接到操作器系统430的松弛腔室460进行讨论，但是实施例还可以除连接到松弛腔室460之外或替代于连接到松弛腔室460将减压系统1202连接到开启腔室464。对于串联的助推器操作器和标准操作器而言，如果在去增强器系统的使用之后松弛腔室和开启腔室是通过适当的阀门连接到开启压力的，那么开启压力显著降低。这有效地允许在去增强器活塞表面268与心轴表面270之间选择较大的比率，并且因此增大了驱动器的闭合压力。
图13示出了如上文根据图5所论述的替代串联助推器操作器500。与图12中所示的系统相比，图13示出了流体耦接到减压系统1302的操作器500的松弛腔室460，当操作器500安装在水下时，所述减压系统向松弛腔室460提供低于环境流体压力的流体压力(即，低于流体静压力)。减压系统1302类似于上文根据图12所论述的减压系统1202，并且类似地在一些实施例中减压系统1302可以包含加压到预定压力(例如，一个大气压)的腔室或存储器。松弛腔室460中的降低的压力增大操作器活塞438上的压差，从而降低在闭合端口458处必须提供的流体压力以延伸活塞棒436。
图14示出与图13中所示的相同的串联助推器500，但是其中减压系统1402通过开启腔室端口562与串联助推器的开启腔室560流体耦接。减压系统1402类似于上文所论述的减压系统1202、1302，并且当操作器500安装在水下时,向开启腔室560提供低于环境流体压力的流体压力(即，低于流体静压力)。类似地，在一些实施例中，减压系统1402可以包含加压到预定压力(例如，一个大气压)的腔室或存储器。开启腔室560中的降低的压力增大助推器活塞538上的压差，从而降低在闭合端口558处必须提供流体压力以延伸助推器活塞538且因此延伸操作器活塞棒436。替代地，减压系统1402可以流体耦接到开启腔室560和松弛腔室460，如图15中所示。
上述论述意图说明本发明的各种实施例的原理。对于所属领域的技术人员，一旦完全了解上述揭示，那么许多变体和修改将变得显而易见。旨在将所附权利要求书理解为覆盖所有此类变体和修改。

Claims (40)

1.一种水下系统，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室和第二腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；以及
去增强器,所述去增强器流体耦接到所述操作器，所述去增强器包括：
去增强器壳体；
去增强器活塞，所述去增强器活塞可移动地设置在所述去增强器壳体的内表面内并且密封地啮合所述去增强器壳体的内表面，所述去增强器活塞包括：
闭合表面,所述闭合表面流体耦接到所述操作器壳体的所述第二腔室，以及
开启表面,所述开启表面流体耦接到环境压力；
其中所述闭合表面的面积大于所述开启表面的面积从而增大所述闭合腔室与所述第二腔室之间的压差并且协助将所述操作器活塞移动到所述闭合位置。
2.根据权利要求1所述的水下系统，其中所述去增强器壳体进一步包括：
活塞腔室,所述活塞腔室流体耦接到所述第二腔室，所述去增强器活塞的所述闭合表面设置在所述活塞腔室中；
心轴腔室,所述心轴腔室通过所述去增强器壳体的内壁与所述活塞腔室分离，所述去增强器活塞的所述开启表面设置在所述心轴腔室中；以及
端口,所述端口提供从所述心轴腔室的内部到所述去增强器壳体的外部的通道。
3.根据权利要求2所述的水下系统，其中：
所述去增强器活塞进一步包括延伸穿过所述内壁到达所述心轴腔室中的心轴；并且
所述心轴的端部包括所述去增强器活塞的所述开启表面。
4.根据权利要求2所述的水下系统，其中所述去增强器活塞将所述活塞腔室的内部体积划分为去增强器闭合腔室和去增强器松弛腔室，并且所述去增强器松弛腔室具有端口，所述端口将所述去增强器松弛腔室流体耦接到压力源，并且所述去增强器闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述第二腔室一样大的流体容量。
5.根据权利要求1所述的水下系统，其中液压的所述操作器的所述第二腔室是开启腔室和松弛腔室中的一个。
6.根据权利要求1所述的水下系统，其中所述去增强器进一步包括：
圆筒,所述圆筒设置在所述去增强器壳体内，并且在所述圆筒的外表面与所述去增强器壳体的内表面之间形成环形；并且
其中所述去增强器活塞是设置在所述环形中的环形活塞，并且密封地啮合圆筒的所述外表面。
7.根据权利要求6所述的水下系统，其中所述去增强器活塞的所述闭合表面和所述去增强器壳体的所述内表面形成闭合腔室；并且所述去增强器活塞的所述开启表面、所述圆筒的所述外表面和所述去增强器壳体的所述内表面形成开启腔室；并且所述闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述第二腔室一样大的流体容量。
8.根据权利要求1所述的水下系统，其进一步包括第二去增强器，其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面与开启表面的比率大于所述去增强器活塞的闭合表面与开启表面的比率从而能够将所述操作器活塞有效地锁定在所述闭合位置。
9.根据权利要求8所述的水下系统，其进一步包括可以将所述第二腔室与所述去增强器或所述第二去增强器这两者中的任一者耦接的开关。
10.根据权利要求1所述的水下系统，其进一步包括：
开关,所述开关选择性地耦接和去耦所述去增强器与液压的所述操作器的所述第二腔室；以及
检测器,所述检测器检测操作参数并且在控制信号的应用上控制所述开关。
11.根据权利要求1所述的水下系统，其进一步包括一个以上的去增强器。
12.根据权利要求11所述的水下系统，其中所述去增强器是以串联形式或并联形式，或者以串联和并联的任何组合形式而流体耦接的。
13.根据权利要求1所述的水下系统，其进一步包括能够使所述去增强器活塞开启表面从环境压力选择性地流体去耦的控制系统。
14.根据权利要求13所述的水下系统，其中所述控制系统进一步包括选择器阀门，所述选择器阀门可以在所述去增强器活塞开启表面从环境压力流体去耦的普通闭合模式位置与所述去增强器活塞开启表面流体耦接到环境压力的自身闭合模式位置之间移动。
15.根据权利要求14所述的水下系统，其进一步包括：
存储器,所述存储器与所述操作器壳体的所述闭合腔室选择性地流体耦接；
其中所述控制系统可以进一步以无人操控/自动剪切自身闭合模式操作，其中所述控制系统允许所述操作器活塞的闭合，方法是将所述去增强器流体耦接到环境压力并且随后流体耦接所述存储器与所述闭合腔室。
16.根据权利要求13所述的水下系统，其进一步包括旁通阀，所述旁通阀能够允许流体压力通过旁通导管绕过所述去增强器。
17.根据权利要求13所述的水下系统，其进一步包括：
分离器,所述分离器与所述操作器壳体的所述闭合腔室流体耦接，所述分离器包括内部可移动元件；以及
传感器,所述传感器能够测量所述内部可移动元件的位置并且传输表示所述位置的信号。
18.根据权利要求1所述的水下系统，其进一步包括防喷器，其中所述活塞棒耦接到所述防喷器的闸板。
19.根据权利要求1所述的水下系统，其中环境压力是流体静压力。
20.一种水下防喷器，其包括：
多个闸板，每个闸板包括：
去增强器,所述去增强器降低闭合所述闸板所需的流体压力的级别，所述去增强器包括：
所述流体连接到所述闸板；
壳体；以及
活塞,所述活塞可移动地设置在所述壳体的内表面内并且密封地啮合所述壳体的内表面；
其中所述活塞的第一表面与所述闸板流体连通，并且所述活塞的第二表面与环境压力流体连通；
其中所述第一表面的面积大于所述第二表面的面积；并且所述去增强器基于所述第二表面的面积与所述第一表面的面积的比率降低所述闸板中的流体压力以协助移动所述闸板。
21.根据权利要求20所述的水下防喷器，其中所述壳体的内部分隔为活塞腔室和开启腔室，所述活塞腔室包括用于流体连接到所述闸板的端口，并且所述开启腔室包括用于与周围环境流体连通的端口。
22.根据权利要求21所述的水下防喷器，其中所述活塞包括从所述活塞腔室延伸到所述开启腔室的心轴，所述心轴的表面形成所述第二表面。
23.根据权利要求20所述的水下防喷器，其中所述去增强器进一步包括圆筒，并且所述活塞是环形活塞；其中所述环形活塞的内表面密封地啮合设置在所述环形活塞内的所述圆筒的外表面。
24.根据权利要求23所述的水下防喷器，其中所述活塞的所述第一表面包括所述环形活塞的闭合端的表面，并且所述活塞的所述第二表面包括所述环形活塞的开启端的表面。
25.根据权利要求20所述的水下防喷器，其进一步包括：
第二去增强器，所述第二去增强器与所述去增强器相比提供更大的流体压力降低比；以及
开关，所述开关可以基于控制信号将所述第二去增强器和所述去增强器中的任一者流体耦接到所述闸板。
26.根据权利要求20所述的水下防喷器，其进一步包括将所述去增强器选择性地耦接到所述闸板和从所述闸板选择性地去耦的开关。
27.根据权利要求20所述的水下防喷器，其中环境压力是流体静压力。
28.一种水下系统，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室、松弛腔室和开启腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；
串联助推器,所述串联助推器附接到所述操作器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在开启位置与闭合位置之间的所述助推器壳体中，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述操作器活塞；以及
去增强器,所述去增强器流体耦接到所述操作器，所述去增强器包括：
去增强器壳体；
去增强器活塞，所述去增强器活塞可移动地设置在所述去增强器壳体的内表面内并且密封地啮合所述去增强器壳体的内表面，所述去增强器活塞包括：
闭合表面,所述闭合表面流体耦接到所述助推器的所述开启腔室；以及
开启表面,所述开启表面流体耦接到环境压力；
其中所述闭合表面的面积大于所述开启表面的面积从而增大所述助推器的所述闭合腔室与所述助推器的所述开启腔室之间的压差并且有助于将所述助推器活塞移动到所述闭合位置。
29.根据权利要求28所述的水下系统，其中所述去增强器壳体进一步包括：
活塞腔室,所述活塞腔室流体耦接到所述助推器的所述开启腔室或所述操作器的所述松弛腔室，所述去增强器活塞的所述闭合表面设置在所述活塞腔室中；
心轴腔室,所述心轴腔室通过所述去增强器壳体的内壁与所述活塞腔室分离，所述活塞的所述开启表面设置在所述心轴腔室中；以及
端口,所述端口提供从所述心轴腔室的内部到所述去增强器壳体的外部的通道。
30.根据权利要求29所述的水下系统，其中：
所述活塞进一步包括延伸穿过所述内壁到达所述心轴腔室中的心轴；并且
所述心轴的端部包括所述去增强器活塞的所述开启表面。
31.根据权利要求29所述的水下系统，其中：
所述去增强器活塞将所述活塞腔室的内部体积划分为去增强器闭合腔室和去增强器松弛腔室；
所述去增强器松弛腔室包括将所述去增强器松弛腔室流体耦接到压力源的压力端口；
所述去增强器松弛腔室包括将所述去增强器松弛腔室流体耦接到所述操作器的所述松弛腔室的操作器端口；并且
所述去增强器闭合腔室具有至少与液压的所述操作器的所述助推器的所述开启腔室或所述操作器的所述松弛腔室一样大的流体容量。
32.根据权利要求28所述的水下系统，其进一步包括流体耦接到所述操作器的第二去增强器，其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面流体耦接到所述操作器的所述开启腔室并且其中所述第二去增强器的活塞的闭合表面的面积大于所述第二去增强器的活塞的开启表面的面积，从而增大所述操作器的所述闭合腔室与所述操作器的所述开启腔室之间的压差并且有助于将所述操作器活塞移动到所述闭合位置。
33.根据权利要求28所述的水下系统，其进一步包括防喷器，其中所述活塞棒耦接到所述防喷器的闸板。
34.根据权利要求28所述的水下系统，其中环境压力是流体静压力。
35.根据权利要求28所述的水下系统，其进一步包括能够选择性地使所述去增强器活塞的所述开启表面与环境压力流体去耦的控制系统。
36.根据权利要求35所述的水下系统，其进一步包括：
分离器,所述分离器与所述操作器壳体的所述闭合腔室流体耦接，所述分离器包括内部可移动元件；以及
传感器,所述传感器能够测量所述内部可移动元件的位置并且传输表示所述位置的信号。
37.一种水下防喷器，其包括：
闸板；
壳体，所述壳体包括：
第一部分,所述第一部分具有第一内径；以及
第二部分,所述第二部分具有第二内径；
活塞,所述活塞设置在所述壳体内，所述活塞的第一部分密封地啮合所述壳体的所述第一部分，并且所述活塞的第二部分密封地啮合所述壳体的所述第二部分；
其中所述壳体和活塞形成：
闭合腔室，经由所述闭合腔室流体压力的应用引起所述闸板的闭合；
开启腔室，经由所述开启腔室流体压力的应用引起所述闸板的开启；以及
松弛腔室,所述松弛腔室设置在所述闭合腔室与所述开启腔室之间；以及
减压系统,所述减压系统流体耦接到所述松弛腔室的端口，其中所述减压系统通过降低所述松弛腔室中的压力来降低闭合所述闸板所需的流体压力的级别。
38.根据权利要求37所述的水下防喷器，其中所述减压系统包括至少一个：
储槽,所述储槽以低于环境压力设置在邻近所述闸板；以及
流体管线,所述流体管线从所述松弛腔室延伸到含有比水的密度低的流体的储槽。
39.根据权利要求37所述的水下防喷器，其进一步包括附接到所述壳体的串联助推器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在开启位置与闭合位置之间的所述助推器壳体中，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述活塞。
40.一种水下防喷器，其包括：
操作器，所述操作器包括：
操作器壳体；
操作器活塞,所述操作器活塞可移动地设置在所述操作器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述操作器活塞密封地啮合所述操作器壳体的内表面并且将所述操作器壳体的内部体积划分为闭合腔室、松弛腔室和开启腔室；以及
活塞棒，所述活塞棒耦接到所述操作器活塞并且从所述操作器壳体延伸；
串联助推器,所述串联助推器附接到所述操作器，所述串联助推器包括：
助推器壳体；
助推器活塞,所述助推器活塞可移动地设置在所述助推器壳体中在开启位置与闭合位置之间，所述助推器活塞将所述助推器壳体的内部体积划分为闭合腔室和开启腔室；并且
所述助推器活塞从所述助推器壳体延伸并且耦接到所述操作器活塞；以及
减压系统,所述减压系统流体耦接到所述助推器的所述开启腔室的端口，其中所述减压系统通过降低所述助推器的所述开启腔室中的压力来降低闭合闸板所需的流体压力的级别。
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