CN105392959A - 水下井系统中的增压压强 - Google Patents

Abstract

在水下系统和水下系统的蓄能器中的压强可以通过使用增压气缸增加以产生比从水面容器提供的初始压强更高的压强。增压气缸可包括活塞，其可被推进以增加存储在定位成邻近水下系统诸如防喷器（BOP）的蓄能器中的压强。由增压气缸提供的增加的压强可允许同样数量的蓄能器在水下系统中被使用，但允许额外的有效的液压流体被存储在蓄能器中。

Description

水下井系统中的增压压强

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年3月15日提交的发明人为CraigMcCormick的且题为“MethodandApparatusforSuperchargingPressureinaSubseaWellSystem”的美国临时专利申请第61/800,862号的优先权的权益，其在此通过参考并入。

技术领域

本公开涉及液压系统。更具体地，本公开涉及在液压系统中增加压强。

背景技术

定位成邻近防喷器（BOP）和其他水下装备的蓄能器可构造成提供压强以便操作液压系统，诸如防喷器（BOP）。水下蓄能器可储存惰性气体和流体的组合。最初地，采用初始压强的气体诸如氮气给水下蓄能器充压。然后可将流体泵送到水下蓄能器中到最终压强，其可等于BOP控制系统压强。在水下蓄能器内气体的压缩储存能量。在蓄能器中储存的能量可用于操作水下装备，诸如当紧急情况发生时导致能量从水面分离。当在水下系统中的液压流体的压强通过紧急系统的使用而下降时，压缩的气体膨胀，迫使液压流体离开蓄能器并进入水下系统液压管路中。

当能量在缺乏诸如来自水面的外部能量的情况下从蓄能器供应时，在蓄能器中的压强随着时间而降低，因为储存的流体能量用于在系统内的功能。即，当从蓄能器使用液体时，被捕捉的气体的压强由于对于气体增加的体积而下降，并且在水下系统液压管路内的压强降低。在固定体积水下系统内降低的压强可导致在水下系统内构件的限制或在用于将液压流体从水面传送到BOP的构件或装备中的通过压强限制。例如，BOP的剪切压头可需要某种压强等级以在紧急情况时剪切某种钻管。当该压强等级从蓄能器是不可得到的时，BOP可能不能剪切钻管。

额外地，当能量从水面供应时，在水下系统内的压强可能仍然低于用于水下系统的操作压强。从水面到水下系统的压强的降低可能由于在液压流体转换系统中的泄露和其他无效率。同样，压强的降低可能来自在将流体从水面传送的管路中的压力限制。

一种传统的解决方案可能是增加蓄能器的数量。每个额外的蓄能器提供用于操作水下系统的液压流体的可用体积的增加。然而，额外的蓄能器可能导致增加的防喷器（BOP）堆重量和尺寸，其抑制BOP的构造、安装、操作和维护或抑制将额外的蓄能器改型到BOP堆上。因此，需要在水下系统中提供增加的压强。

发明内容

在水下系统和水下系统的蓄能器中的压强可以通过使用增压气缸增加以产生比从水面容器提供的初始压强更高的压强。增压气缸可包括活塞，其可被推进以增加存储在定位成邻近水下系统诸如防喷器（BOP）的蓄能器中的压强。由增压气缸提供的增加的压强可允许同样数量的蓄能器在水下系统中被使用，但允许额外的有效的液压流体被存储在蓄能器中。

根据一个实施例，一种装置可包括构造成存储液压流体和气体的蓄能器或多个蓄能器；增压气缸；将所述蓄能器耦接到所述增压气缸的液压管路；和/或耦接到所述增压气缸的增压气缸控制阀。所述增压气缸控制阀可构造成推进所述增压气缸以增加在所述液压管路处的压强。

所述装置还可包括控制模块以执行步骤：将蓄能器充压到基本控制系统压强；推进增压气缸以增加蓄能器压强超过所述基本控制系统压强到增加的系统压强；和/或反复地推进所述增压气缸以将蓄能器压强增加到超过所述基本控制系统压强的希望压强。所述装置还可包括耦接到所述蓄能器和构造成限制所述蓄能器的输出的压强调节器，和/或耦接到所述蓄能器和构造成从由所述蓄能器供应的压强来操作的剪切压头，其中所述蓄能器可附接到防喷器（BOP）。

根据另一个实施例，一种方法可包括将蓄能器充压到基本控制系统压强；和/或推进增压气缸以增加蓄能器压强超过所述基本控制系统压强到增加的系统压强。

所述方法还可包括朝内推进所述增压气缸以使用来自在水面处的贮存器的新流体填充所述增压气缸的增压室；反复地推进所述增压气缸以将蓄能器压强增加到超过所述基本控制系统压强的希望压强；限制所述蓄能器的输出压强到调节的压强；和/或采用所述增加的系统压强实施功能，诸如在防喷器（BOP）上实施包括剪切钻管的紧急情况动作。

根据又一个实施例，一种装置可包括增压气缸，其包括活塞，其中流体存储在所述活塞的第一侧和所述活塞的第二侧上；第一输入端，其用于在基本控制系统压强下在所述活塞的第一侧上接收流体；第二输入端，其用于在所述基本控制系统压强下在所述活塞的第二侧上接收流体；和/或在所述活塞的所述第一侧处的输出端，其用于输出超过基本控制系统压强的增加的压强。所述装置还可包括耦接到所述增压气缸的增压控制阀，所述阀构造成将流体提供到所述活塞的所述第一侧和所述活塞的所述第二侧。

所述装置还可包括耦接到所述增压气缸的所述输出端的液压管路；耦接到所述液压管路的蓄能器；构造成向所述蓄能器提供所述基本控制系统压强的第一单向阀；构造成阻止流体通过所述第二输入端从所述增压气缸离开的第二单向阀；和/或构造成当所述增压气缸在充压时阻止流体通过所述输出端从所述增压气缸离开的第二单向阀。

上面已经相当广泛地概括本公开的特征和技术优势，以便可以更好的理解接下来的本公开的详细描述。此后将描述本公开的额外的特征和优势，其形成本公开的权利要求的主题。应该由本领域技术人员理解的是，公开的构思和具体实施例可容易地被使用作为用于修改或设计其他结构的基础，以便实施本公开的相同目的。还应该由本领域技术人员意识到的是，该同等构造没有偏离在随附的权利要求书中提出的本公开的精神和范围。被认为是本公开的特点的新颖性特征，关于其操作的组织和方法两者，和进一步的目的和优势一起，在结合附图考虑时从下面的描述将更好的理解。然而，应该明确地理解，附图中的每个仅为了说明和描述的目的被提供并且不意于作为本公开的限制的限定。

附图说明

为了更完全地理解公开的系统和方法，现结合附图对下面的说明做出参考。

图1是示出根据本公开的一个实施例的用于在水下系统中增压压强的系统的示意图。

图2是示出根据本公开的一个实施例的构造成给蓄能器充压的系统的示意图。

图3是示出根据本公开的一个实施例的构造成推进增压气缸的系统的示意图。

图4是示出根据本公开的一个实施例的构造成推进增压气缸以填充新流体的系统的示意图。

图5是示出根据本公开的一个实施例的增压液压系统的一种方法的流程图。

图6是示出根据本公开的一个实施例的构造成提供关于增压的压强的反馈的系统的示意图。

图7是示出根据本公开的一个实施例的使用来自增压器的反馈将液压系统增压到希望的压强的一种方法的流程图。

图8是示出根据本公开的一个实施例的在具有一个增压的压强的压头的端部处得到的增加压强的图表。

图9是示出根据本公开的一个实施例的在具有另一个增压的压强的压头的端部处得到的增加压强的图表。

具体实施方式

图1示出根据本公开的一个实施例的用于在水下系统中增压压强的系统。系统100可包括阀122和124，其将水下系统连接到能量源，诸如在水面处的加压液压系统或由耦接到水下系统100的远程操作运载工具（ROV）提供的加压液压源。蓄能器118可耦接成邻近水下装备并存储能量以操作水下系统100的液压系统。

增压控制阀112可将压强重定向到具有活塞116的增压气缸114。活塞116可具有例如在大约2英寸和50英寸之间的直径，其中杆直径例如在1英寸和10英寸之间，和冲程长度例如在大约5英寸和20英尺之间。在一个实施例中，活塞116具有5英寸的活塞直径，其中杆直径为3.875英寸和冲程长度为34英寸。

单向阀102、104和106可被打开或关闭以和增压控制阀112一起操作水下系统100。当增压控制阀112被激活时，压强可引导至增压气缸114中以使活塞116在气缸114中朝上移动。

在一个实施例中，压强调节器130可耦接到蓄能器118的输出端，以限制提供到水下系统诸如在防喷器（BOP）上的紧急系统的压强，从而避免对可能未被设计成处理较高压强的那些构件的损坏。通过选择用于在活塞116的第一侧和活塞116的相反的第二侧上的水面面积的希望比率还可调节最大压强。当在水面处的源处的压强被固定时，固定水面面积比率的活塞116可用作对于增压压强的自限制性调节器。

图2示出根据本公开的一个实施例的构造成给蓄能器充压的系统。蓄能器118可从诸如在水面处的外部源充压到基本控制系统压强。可打开阀122以允许压强202传送到增压控制阀112。因为增压控制阀112是关闭的，所以压强202不会给增压气缸114充压。可打开阀102以允许压强202传送到压强204和进入蓄能器118。可关闭阀106以便压强202不会达到增压气缸114。

图3是根据本公开的一个实施例的构造成推进增压气缸114的系统。增压控制阀112可打开以允许压强202传送到压强302到增压气缸114，并且使活塞116在气缸114中前进。可打开阀106以便当活塞116朝上前进时在活塞116的底水面上的流体中的压强增加。在气缸114中增加的压强可导致在水下系统的液压管路中增加的压强304。可关闭阀104以防止压强从增压气缸114的输入端离开，从而将增加的压强迫使到蓄能器118。蓄能器118和其他水下装备可在高于基本控制系统压强的压强下操作。在一个实施例中，多个增压器114或蓄能器118可构造成在增加的基本控制系统压强中获得固定级（fixedsteps），诸如5000、7500和10000psi。在另一个实施例中，单个蓄能器可被充压和调节以在增加的基本控制系统压强中提供固定级。

图4是根据本公开的一个实施例的构造成推进增压气缸以填充新流体的系统。可打开阀112和104以允许压强202传送到增压气缸114。可关闭阀106，并且压强202传送到压强402以将活塞116返回到气缸114的底部位置。压强202可继续传送到压强406以操作水下装备和将蓄能器118维持在基本控制系统压强。增压气缸114允许在蓄能器118和附接到水下系统的液压管路的其他水下装备处超过基本控制系统压强的增加的压强。如在图4中示出的增压气缸的操作呈现如在图2和图3中示出的增压气缸的先前操作，以便压强406和在蓄能器118处的压强超过压强202。从而，在压强406高于压强402时，阀102和106可保持关闭。

图5是示出根据本公开的一个实施例的增压液压系统的一种方法的流程图。在液压系统中增加的压强可通过方法500获得，其在框502处开始，其中将蓄能器充压到基本控制系统压强。在框504处，推进增压气缸以增加蓄能器压强超过基本控制系统压强。在框506处，朝内推进增压气缸以使用新流体填充增压气缸的增压室。在框502、504和506中描述的具有增压气缸的系统的操作相对于在图2、图3和图4中示出的具体系统来大体描述。

可监测在液压系统中增加的压强并且监测的压强作为反馈被提供到压强控制模块以得到在液压系统内的希望的压强。图6是示出根据本公开的一个实施例的构造成提供与增压的压强有关的反馈的系统的示意图。控制模块602可从耦接到管路的压强传感器632接收信息，该管路耦接到蓄能器118和/或耦接到增压气缸114的高压侧。在一个实施例中，去增强器612（deintensifier）可将压强传感器632耦接到与蓄能器118耦接的管路。去增强器612可将输出压强从在耦接到蓄能器118的管路中的压强以固定比率或固定补偿提供到传感器632，其允许压强传感器632是低压传感器632。压强读出器616和隔离阀614也可耦接到压强传感器632以允许压强的人工读出。在一个实施例中，压强传感器632和相关构件622可定位在第一模块中，诸如在船或钻探设备处的水面上的模块。增压气缸114和相关构件620可定位水下，诸如邻近防喷器（BOP）。在另一个实施例中，构件622可定位水下，诸如邻近防喷器（BOP）。

控制模块602可耦接到压强传感器632和增压气缸控制阀112。控制模块602可执行算法以便基于例如来自压强传感器632的输入来控制增压气缸控制阀112，以在蓄能器118中得到希望的压强。图7是示出根据本公开的一个实施例的使用来自增压器的反馈来将液压系统增压到希望的压强的一种方法的流程图。方法700在框702处开始，其中从水面给蓄能器充压。在框704处，确定系统压强是否大约等于参考压强。在一个实施例中，参考压强可以是3000或5000psi。如果否，则方法700返回到框702以继续从水面给蓄能器充压。如果系统压强大约等于参考压强，则方法700前进到框706。

在框706处，增压器被激活用于增压气缸的一个冲程以增加系统压强。在框708处，可选地，可实施延迟时间。在框709处，增压器可被激活用于一个冲程以再填充增压气缸。然后，在框710处，确定系统压强是否大约等于希望的压强。例如，希望的压强可以是5000、7500或10000psi。如果还没有到达希望的压强，则方法700可返回到框706以激活增压器用于增压气缸的另一个冲程以进一步增加系统压强。当在框710处得到希望的压强时，则方法700可前进以通过在希望的压强下的液压压力执行功能。当得到希望的压强时可不立即执行框712。即，希望的压强可存储在蓄能器中直到需要使用存储的压力来致动构件的紧急情况发生。

在一个实施例中，在框712处构件的致动可以是压头（ram）的致动以剪切钻管。在蓄能器内的较高压强允许采用相同的剪切力切割更大和/或更厚的钻管。图8是示出根据本公开的一个实施例的在具有一个增压压强的压头的端部处得到的增加压强的图表。图8的图表示出线802和804，其表明在蓄能器中的流体体积由于压头操作的消耗引起的下降时的压强下降。标记822、824、826和828是在压头的端部处需要的压强以剪切某些钻管。例如，标记824可标记为剪切比对应于标记822的钻管更大的钻管所需要的压强。

当对于蓄能器的初始压强是3000psi时，线802示出压强随着流体被消耗而下降，从而管822可被剪切而管824、826和828没有被剪切。即，具有3000psi的蓄能器不包含足够的压强以操作压头从而切割需要标记824、826和828的压强的钻管。同样地，对于5000psi的初始压强的蓄能器来说，线804示出压强随着流体被消耗而下降，从而需要压强826和828的管没有被剪切。

常规地，在蓄能器中初始充压较高的压强以允许较大钻管的剪切。例如，初始压强从线802的3000psi到线804的5000psi的增加可允许更大钻管的剪切。然而，从水面将蓄能器充压到较高的初始压强变得困难。增压气缸的使用可允许在蓄能器处得到增加的压强。例如，线806和808示出得到7500psi的初始压强，其允许剪切对应于压强826的钻管。线808示出在蓄能器中得到更高的初始压强。压强调节器可设置成限制蓄能器的输出到调节的压强810。因此，用于由水下系统使用的流体的输出可具有在流体体积初始地下降时的固定压强。线806示出通过使用增压气缸的增加压强允许剪切对应于压强826的钻管。

较高的压强可由增压气缸产生以允许剪切较大的钻管。图9是示出根据本公开的一个实施例的在具有另一个增压压强的压头的端部处得到的增加的压强的图表。线906和908示出得到的10000psi的初始压强，其可允许剪切对应于压强828的钻管。

采用增压气缸获得的更高的压强可提高在防喷器（BOP）中的液压系统诸如紧急响应系统的响应，以切割和/或密封钻管。例如，更高的压强可增加可由BOP切割和/或密封的管的直径或厚度。采用增压气缸获得的增加的压强可提供额外的液压流体以便操作这些液压系统而不增加已经在BOP处存在的多个蓄能器。进一步，增压气缸可增加到现有BOP设施上以增加现有BOP设施的能力。

如果在硬件和/或软件中实施，则上面描述的诸如参考图5和图7描述的功能可存储为在计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。实例包括由数据结构编码的非瞬时性的计算机可读介质和由计算机程序编码的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用的介质。作为例子，并且不是限制，该计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备，或可用于存储以指令或数据结构的形式的希望的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。磁盘和光盘包括压缩盘（CD）、激光盘、光盘、数字多功能盘（DVD）、软盘和蓝光光盘。一般地，磁盘磁性地产生数据，而光盘光学地产生数据。上面的组合还应该被包括在计算机可读介质的范围内。

额外于计算机可读介质上的存储，指令和/或数据可被提供为在被包括在通信装置中的传输介质上的信号。例如，通信装置可包括具有表明指令和数据的信号的收发器。指令和数据构造成引起一个或多个处理器实施在权利要求书中概括的功能。

尽管已经详细地描述了本公开和其优势，但是应该理解，在此可以作出各种变化、替代和改变而不偏离由随附的权利要求书限定的本公开的精神和范围。而且，本申请的范围不意在限于在说明书中描述的进程、机器、制造、物质成分、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域技术人员将从本进程、公开、机器、制造、物质成分、手段、方法或步骤容易理解，大体实施在此描述的对应实施例的相同功能或大体获得在此描述的对应实施例的相同结果的目前现有的或之后将发展的根据本公开可被使用。因此，随附的权利要求书意于将该进程、机器、制造、物质成分、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

构造出存储液压流体和气体的蓄能器；

增压气缸；

将所述蓄能器耦接到所述增压气缸的液压管路；以及

耦接到所述增压气缸的增压气缸控制阀。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增压气缸控制阀构造成推进所述增压气缸以增加在所述液压管路处的压强。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括控制模块，其构造成实施步骤：

将蓄能器充压到基本控制系统压强；和

推进增压气缸以增加蓄能器压强超过所述基本控制系统压强到增加的系统压强。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制模块还构造成执行步骤：反复地推进所述增压气缸以将蓄能器压强增加到超过所述基本控制系统压强的希望压强。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括压强调节器，其耦接到所述蓄能器和构造成限制所述蓄能器的输出。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括剪切压头，其耦接到所述蓄能器和构造成从由所述蓄能器供应的压强来操作。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述蓄能器附接到防喷器（BOP）。

8.一种方法，包括：

将蓄能器充压到基本控制系统压强；和

推进增压气缸以增加蓄能器压强超过所述基本控制系统压强到增加的系统压强。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括朝内推进所述增压气缸以使用来自在水面处的贮存器的新流体填充所述增压气缸的增压室。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括反复地推进所述增压气缸以将蓄能器压强增加到超过所述基本控制系统压强的希望压强。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括限制所述蓄能器的输出压强到调节的压强。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括采用所述增加的系统压强实施功能。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，实施功能包括在防喷器（BOP）上实施紧急情况动作。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，实施紧急情况动作包括剪切钻管。

15.一种装置，包括：

增压气缸，其包括：

　　活塞，其中流体存储在所述活塞的第一侧和所述活塞的第二侧上；

　　第一输入端，其用于在基本控制系统压强下在所述活塞的第一侧上接收流体；

　　第二输入端，其用于在所述基本控制系统压强下在所述活塞的第二侧上接收流体；以及

　　在所述活塞的所述第一侧处的输出端，其用于输出超过基本控制系统压强的增加的压强，和

耦接到所述增压气缸的增压控制阀，所述阀构造成将流体提供到所述活塞的所述第一侧和所述活塞的所述第二侧。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括耦接到所述增压气缸的所述输出端的液压管路。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括耦接到所述液压管路的蓄能器。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包括第一单向阀，其构造成向所述蓄能器提供所述基本控制系统压强。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括第二单向阀，其构造成阻止流体通过所述第二输入端从所述增压气缸离开。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括第二单向阀，其构造成当所述增压气缸在充压时阻止流体通过所述输出端从所述增压气缸离开。