CN105324550A - 推进剂驱动式蓄能器 - Google Patents
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Abstract
一种水下蓄能器，包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞；其中，第一腔由所述顶面、所述外壁、和活塞的顶部部分限定；第二腔由所述底面、所述外壁、和活塞的底部部分限定；以及固态氧化剂被布置在第一腔内。
Description
相关申请的交叉参考
本申请请求享有美国临时申请61/831,900号的权益，该美国临时申请的申请日为2013年6月6日，其通过引用方式被组合在文中。
技术领域
本公开总体涉及水下蓄能器。更具体而言，在某些实施例中，本公开涉及包括缓燃导火索的水下蓄能器及相关方法。
背景技术
当进行陆上和近海油气钻探时，要求相当多的安全措施。一种这样的安全措施是使用防喷器(BOPs)。BOPs主要是大型阀，其关闭、隔离和密封井筒以防止在井涌或其他事件期间加压油气从井中排放出。广泛使用的BOP的一种类型是闸板式BOP。这种类型的BOP使用两个相对的闸板(它们通过一起移动而关闭)，以绕管关闭或穿过管以密封井筒。
防喷器通常使用加压的液压流体操作以控制闸板的位置。大多数BOP被联接到流体泵或加压的液压流体的其他源上。在大多数应用场合中，多个BOP被组合以形成防喷器组，这可包括使用多种类型的BOP。在一些应用场合中，数百加仑的加压的液压流体必须被储存在BOP处的瓶中以能操作BOP。
BOP可通过蓄能器被致动。传统的蓄能器使用气体作为“弹簧”以在压力下提供流体储存。当这些装置被带到水下时，气体弹簧需要被预先加压至高压。这可导致效率十分低，原因在于气体在更深位置处可压缩性变得更小。典型的深水气体蓄能器可从11+加仑的蓄能器中提供仅1/2加仑的“可使用”流体。在极端深度处，当气体变得显著不可压缩，不再起到优良弹簧的作用时，会出现甚至更大的挑战。这要求深水BOP携带越来越多的蓄能器以达到必须的存储容量，从而带来了极显著的尺寸和重量问题。现代的深水BOP组要求100个以上的蓄能器以提供足够的可使用的流体容积。
需要开发一种用于防喷器的致动器，其没有传统致动器的相同缺点。
发明内容
本公开总体涉及水下蓄能器。更具体而言，在某些实施例中，本公开涉及包括缓燃导火索的水下蓄能器和相关方法。
在一个实施例中，本公开提供了一种水下蓄能器，包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器中的活塞；其中，第一腔由顶面、外壁、和活塞的顶部部分限定；第二腔由底面、外壁、和活塞的底部部分限定；以及固态氧化剂被布置在第一腔内。
在另一实施例中，本公开提供了一种防喷器系统，包括：防喷器和水下蓄能器，其中，水下蓄能器包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞；其中，第一腔由顶面、外壁、和活塞的顶部部分限定；第二腔由底面、外壁、和活塞的底部部分限定；以及固态氧化剂被布置在第一腔内。
在另一实施例中，本公开提供了一种致动防喷器的方法，包括以下步骤：提供防喷器；提供水下蓄能器，其中，水下蓄能器包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞，其中，第一腔由顶面、外壁、和活塞的顶部部分限定；第二腔由底面、外壁、和活塞的底部部分限定；以及固态氧化剂被布置在第一腔内；通过工作线将水下蓄能器连接到防喷器上，其中，工作线包括致动阀；以及打开致动阀以致动防喷器。
附图说明
下面结合附图进行了描述，通过参照下面的描述可更完全和透彻理解本实施例及其优点。
图1示出了根据本公开的某些实施例的水下蓄能器。
图2示出了根据本公开的某些实施例的水下防喷器系统。
对于本领域的技术人员而言，将能明显看出本公开的特征和优点。尽管本领域的技术人员可做出许多改进，但是这些改变将落入本公开的实质范围内。
具体实施方式
下面的描述包括体现本发明的主题的典型装置、方法、技术和指令次序。但是，应该理解为，所述的实施例在没有这些具体细节的情况下可被实施。
本公开总体涉及水下蓄能器。更具体而言，在某些实施例中，本公开涉及包括缓燃导火索的水下蓄能器及相关方法。
在此所述的蓄能器的一个可能的优点是，它们能产生大量容积，但仅具有小的占地面积。在某些实施例中，单个蓄能器足以操作整个水下防喷器系统。在此所述的蓄能器的另一个可能的优点是，它们可以是自充注的。
现在参照图1，图1示出了根据本公开的某些实施例的水下蓄能器100。在某些实施例中，水下蓄能器100可被成形为圆筒形形状。在某些实施例中，水下蓄能器100可包括由任何合适材料构造而成的壳体，该合适材料在使用期间能抵抗内压和在水下蓄能器可被设置的深度处的水体静水压。合适材料的例子包括不锈钢、钛、或能在使用期间抵抗内压和在水下蓄能器可被设置的深度处的水体静水压的其他高强度材料。在某些实施例中，水下蓄能器100可包括机械强度为15ksi的壳体。
水下蓄能器100可包括外壁101、顶面102、底面103、第一腔110、第二腔120、活塞130和芯轴140。
在某些实施例中，第一腔110可以是气体腔。在某些实施例中，第一腔110的容积可以是约10加仑至约100加仑。在某些实施例中，第一腔110中的操作压力可在大气压至15,000psi的范围内。在某些实施例中，可在第一腔110中维持约8,500psi的压力。在某些实施例中，第一腔110可被限定为蓄能器100在活塞130上方和顶面102下方的内容积。在某些实施例中，第一腔110可以是密封腔。在某些实施例中，固态氧化剂111和点火系统112可被设置在第一腔110内。
在某些实施例中，固态氧化剂111可包括在被点燃时能产生气体的任何固态氧化剂。固态氧化剂的合适例子包括推进剂。合适推进剂的例子是由阿连特技术系统(AlliantTechsystems)制造的MK90推进剂。在某些实施例中，固态氧化剂111可包括一个或更多个杆。
在某些实施例中，点火系统112可包括能被远程激活以点燃固态氧化剂111的任何点火系统。在某些实施例中，点火系统112能自动点燃固态氧化剂111。在某些实施例中，点火系统112能每次点燃一杆固态氧化剂111。
在某些实施例中，第一腔110还可包括填充短节(fillersub)113。在某些实施例中，填充短节113可包括一个或更多个便于用气体填充第一腔110的孔119。在某些实施例中，第一腔110还可包括安全阀114和排放管线115。
在某些实施例中，第二腔120可以是液压腔。在某些实施例中，第二腔120可被填充有液压流体。在其他实施例中，第二腔120可被填充有海水。在某些实施例中，第二腔120的操作压力可在大气压至15,000psi的范围内变化。在某些实施例中，可在第二腔120中维持约10,000psi的压力。在某些实施例中，第二腔120的容积可在50加仑至500加仑的范围内。
在某些实施例中，第二腔120可被限定为水下蓄能器100在底面103上方和活塞130下方的内容积。在某些实施例中，第二腔120可包括排放管线121。
排放管线121可包括排出阀122，可被用于将来自于第二腔120的液压提供给防喷器的闸板。排出阀122可以是现有技术中通常使用的任何类型的阀。在某些实施例中，排放管线121可包括能检测穿过排放管线121的液压流体流量的流体传感器125。
在某些实施例中，第二腔110还可包括填充短节123。在某些实施例中，填充短节123可包括一个或更多个便于用海水或液压流体填充第二腔120的孔129。在某些实施例中，第二腔120还可包括安全阀124、排放管线126和过滤器128。
在某些实施例中，活塞130可包括浮动活塞。在某些实施例中，活塞130可具有底部部分131、顶部部分132和一个或更多个密封件133。活塞130可由任何合适材料制成。在某些实施例中，活塞130可由钢制成。在某些实施例中，活塞130还可包括腔134。在某些实施例中，活塞130可绕芯轴140布置。在某些实施例中，活塞130能将第一腔110与第二腔120密封隔离。
在某些实施例中，芯轴140可以是被布置在水下蓄能器100的内腔内的坚固的支撑芯轴。在某些实施例中，芯轴140可由钢组成。
活塞130能根据第一腔110和第二腔120内的压力和容积变化而在水下蓄能器100内上下移动。例如，例如通过点燃固态氧化剂111而产生气体，从而使得第一腔110中的压力增加时，活塞130可向下移动，压缩第二腔120中的液压流体，使得第一腔110中的压力与第二腔120中的压力相同。此外，当第二腔120中的压力降低时，例如当排气阀122打开以将液压流提供给排放管线121中时，活塞130可向下运动，压缩第二腔120中的剩余液压流体，使得第一腔110中的压力与第二腔120中的压力相同。在某些实施例中，活塞130能使芯轴140上下移动。在某些实施例中，水下蓄能器100还可包括一个或更多个被布置在第一腔110和/或第二腔120中的活塞止动件160。
现在参照图2，图2示出了根据本公开的某些实施例的防喷器系统200。从图2中可以看出，防喷器系统200可包括水下蓄能器210、防喷器220、井230、井口240、包括致动阀251的工作线250、和立管260。水下蓄能器210具有上面针对水下蓄能器100所述的相同特征。
在某些实施例中，防喷器220可包括单个防喷器或更多个堆叠布置的防喷器。在某些实施例中，防喷器220可在井230顶部上被附接到井口240上。
在某些实施例中，防喷器220可通过工作线250连接到水下蓄能器210上。在某些实施例中，工作线250可连接到水下蓄能器210的液压腔和防喷器220的闸板上。在这类实施例中，当工作线250的阀251被打开时，液压将致动防喷器220。
在某些实施例中，本公开提供了致动防喷器的方法，其包括以下步骤：提供防喷器；提供水下蓄能器；通过工作线将水下蓄能器连接到防喷器上，其中，工作线包括致动阀；以及，打开致动阀。
在某些实施例中，可通过将水下蓄能器下降到水下环境中来布置水下蓄能器。一旦将水下蓄能器下降到水下环境中，水下蓄能器可通过工作线连接到防喷器上。在某些实施例中，工作线被连接到水下蓄能器的液压腔和防喷器的闸板上。
在某些实施例中，在将水下蓄能器下降到水下环境之前或之后和/或在将水下蓄能器连接到防喷器上之前或之后，可对水下蓄能器进行充注。例如，在某些实施例中，通过点燃固态氧化剂的第一部分以在第一腔中产生第一数量的气体，从而可以在水下环境中对水下蓄能器进行充注。产生第一数量的气体将增加第一腔内的压力，引起活塞向下运动，从而压缩第二腔中的液压流体。在其他实施例中，水下蓄能器可在被下降到水下环境中之前被充注。
一旦水下蓄能器被充注并被连接到防喷器上，工作线上的致动器阀可被打开以致动闸板。在防喷器已经被致动之后，通过关闭工作线上的致动器阀并点燃第一腔中的第二数量的固态氧化剂，来对水下蓄能器再次充注，从而对液压腔中的液压流体再加压。
尽管已经参照各种实施方式和操作描述了实施例，但是将应该理解为，这些实施例仅是阐释性的，本发明的主题的范围并不局限于这些实施例。许多变形、改善、增补和改进是可能的。
可提供复数个实例用于在文中作为单个实例被描述的部件、操作或结构。概括而言，在典型配置中作为分离部件呈现的结构和功能可被实施为组合结构或部件。类似地，作为单一部件呈现的结构和功能可被实施为分离部件。这些和其他变形、改善、增补和改进可落入本发明的主题的范围内。
Claims (20)
1.一种水下蓄能器，包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞，其中，
第一腔由所述顶面、所述外壁、和活塞的顶部部分限定；
第二腔由所述底面、所述外壁、和活塞的底部部分限定；和
固态氧化剂被布置在第一腔内。
2.根据权利要求1所述的水下蓄能器，还包括被布置在第一腔内的点火系统。
3.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，固态氧化剂包括一个或更多个杆，点火系统每次能点燃一杆固态氧化剂。
4.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，固态氧化剂包括推进剂。
5.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，第二腔被填充有液压流体。
6.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，第二腔被填充有海水。
7.根据权利要求1所述的水下蓄能器，还包括连接到第二腔上的排放管线。
8.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，活塞绕芯轴布置。
9.一种防喷器系统，包括：
防喷器；和
水下蓄能器，其中，水下蓄能器包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞，其中
第一腔由所述顶面、所述外壁、和活塞的顶部部分限定；
第二腔由所述底面、所述外壁、和活塞的底部部分限定；和
固态氧化剂被布置在第一腔内。
10.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，水下蓄能器还包括被布置在第一腔内的点火系统。
11.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，固态氧化剂包括一个或更多个杆，点火系统每次能点燃一杆固态氧化剂。
12.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，固态氧化剂包括推进剂。
13.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，第二腔被填充有液压流体。
14.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，第二腔被填充有海水。
15.根据权利要求9所述的防喷器系统，其中，水下蓄能器还包括在水下蓄能器的第二腔和防喷器之间形成流体连接的排放管线。
16.根据权利要求1所述的水下蓄能器，其中，活塞绕芯轴布置。
17.一种致动防喷器的方法，包括以下步骤：
提供防喷器；
提供水下蓄能器，其中，水下蓄能器包括：外壁；顶面；底面；和被布置在水下蓄能器内的活塞，其中，
第一腔由所述顶面、所述外壁、和活塞的顶部部分限定；
第二腔由所述底面、所述外壁、和活塞的底部部分限定；和
固态氧化剂被布置在第一腔内；
通过工作线将水下蓄能器连接到防喷器上，其中，工作线包括致动阀；以及
打开致动阀以致动防喷器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，第二腔被填充有液压流体或海水。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，提供水下蓄能器的步骤包括：点燃被布置在第一腔内的固态氧化剂，从而对第二腔进行加压。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤：通过点燃被布置在第一腔内的固态氧化剂，从而对水下蓄能器进行再充注。
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