本文公開的主題的實(shí)施例大體上涉及方法和系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于生成海下力(subsea force)的機(jī)構(gòu)及技術(shù)。

背景技術(shù)：

在過去幾年間，隨著化石燃料價(jià)格的增長，開發(fā)新的開采場地的興趣極大地提高。然而，陸地開采場地的可用性有限。因此，本行業(yè)現(xiàn)在延伸至鉆探似乎保有巨量化石燃料的離岸地點(diǎn)。

用于從離岸場地開采化石燃料的現(xiàn)有技術(shù)使用如圖1中所示的技術(shù)。更具體而言，系統(tǒng)10包括具有卷筒14的船舶12，卷筒14將電力/通信纜線16供應(yīng)至控制器18。Mux卷筒可用于傳輸電力和通信。一些系統(tǒng)具有軟管卷筒來在壓力下傳送流體，或硬管(剛性導(dǎo)管)來在壓力下傳送流體，或以上兩者。其它系統(tǒng)可具有帶通信或線(引導(dǎo))的軟管來供應(yīng)和操作海下功能。然而，這些系統(tǒng)的共同特征是其有限的操作深度。將在下文中論述的控制器18設(shè)置在海下，接近海床20或在海床20上。在此方面中，將注意的是，圖1中所示的元件未繪制成成比例，且將不會(huì)從圖1中推斷出大小。

圖1還示出了海下油井的井口22和進(jìn)入海下油井的開采管路24。在開采管路24的一端處存在鉆機(jī)(未示出)。各種機(jī)構(gòu)(也未示出)用于使開采管路24(且隱含地，鉆機(jī))旋轉(zhuǎn)以延伸海下油井。

然而，在正常鉆井操作期間，非預(yù)期的事件可發(fā)生，這可破壞油井和/或用于鉆孔的設(shè)備。一個(gè)此類事件為氣體、油或其它油井流體從地下地層到油井中的非受控流動(dòng)。此類事件有時(shí)稱為"井涌"或"井噴"，且可在地層壓力超過由鉆孔流體柱施加至地層的壓力時(shí)發(fā)生。該事件是不可預(yù)見的，且如果不采取措施來防止該事件，則油井和/或相關(guān)聯(lián)的設(shè)備可受破壞。

可破壞油井和/或相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的另一個(gè)事件在于颶風(fēng)或地震。這兩種自然現(xiàn)象可破壞油井和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的完整性。例如，由于在水面處的颶風(fēng)產(chǎn)生的強(qiáng)風(fēng)，故對(duì)海下設(shè)備供能的船舶或鉆塔可開始漂移，導(dǎo)致破壞將油井連接到船舶或鉆塔上的電力/通信纜線或其它元件。可破壞油井和/或相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的完整性的其它事件是可能的，這將由本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到。

因此，防噴器(BOP)可安裝在油井的頂部上，以在以上事件中的一個(gè)威脅到油井的完整性的情況下密封油井。BOP常規(guī)地實(shí)施為閥，以在鉆孔或完井操作期間防止封殼與鉆桿之間的環(huán)形空間中或開放的孔(即，沒有鉆桿的孔)中的壓力釋放。圖1示出了BOP26或28，其由通常稱為POD的控制器18控制。防噴器控制器18控制蓄積器(accumulator)30關(guān)閉或打開BOP26和28。更具體而言，控制器18控制用于打開和關(guān)閉BOP的閥的系統(tǒng)。用于打開和關(guān)閉閥的液壓流體通常由水面上的設(shè)備加壓。加壓的流體儲(chǔ)存在水面和海下的蓄積器中來操作BOP。在海下儲(chǔ)存在蓄積器中的流體還可用于自動(dòng)剪切和/或在失去油井的控制時(shí)用于地錨功能。蓄積器30可包括容器(罐)，其儲(chǔ)存一定壓力下的液壓流體，且提供必要的壓力來打開和關(guān)閉BOP。來自蓄積器30的壓力由管或軟管32傳送至BOP26和28。

如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解的那樣，在深海鉆探中，為了克服由BOP的操作深度處的海水生成的高流體靜壓力，蓄積器30必須首先充至高于環(huán)境海下壓力的壓力。典型的蓄積器充有氮，但隨著預(yù)填充壓力增大，氮效率降低，這增加了附加的成本和重量，因?yàn)楹Ｏ滦枰嗟男罘e器來執(zhí)行水面上的相同操作。例如，水面上的60升(L)蓄積器可在水面上具有24L的可用容積，但在3000m深的水處，可用容積小于4L。提供以下信息：海下深度的附加壓力昂貴，用于提供高壓的設(shè)備龐大，因?yàn)樽鳛樾罘e器30的一部分的罐的尺寸很大，且BOP的操作范圍由操作深度處的填充壓力與流體靜壓力之間的初始?jí)翰钕拗啤?/p>

在此方面，圖2示出了經(jīng)由閥34連接到缸36上的蓄積器30。缸36可包括活塞(未示出)，其在活塞的一側(cè)上的第一壓力高于活塞的另一側(cè)上的第二壓力時(shí)移動(dòng)。第一壓力可為流體靜壓力加蓄積器30釋放的壓力，而第二壓力可為流體靜壓力。因此，加壓罐儲(chǔ)存高壓流體來操作BOP的使用使得海上鉆井裝置的操作昂貴，且需要大型部分的操縱。

仍參看圖2，閥34可設(shè)在蓄積器30與缸36之間，以便控制從蓄積器30施加補(bǔ)充壓力的時(shí)機(jī)。根據(jù)示例性實(shí)施例，補(bǔ)充壓力例如可通過提供16個(gè)300L的瓶(各自攜帶一定壓力下的氮)來由蓄積器30生成。圖3示出了瓶50的此實(shí)例。圖3示出了瓶50具有包括在一定壓力下的氮的第一室52，以及由氣囊或活塞56與第一室52分開的第二室54。第二室54連接到管32上，且包括液壓流體。當(dāng)控制器18指示蓄積器30釋放其壓力時(shí)，各個(gè)瓶50使用氮壓力來使氣囊56朝管32移動(dòng)，使得補(bǔ)充壓力經(jīng)由管32提供至缸36。

因此，將期望的是提供避免前述問題和缺陷(即，低效率、關(guān)于水面高預(yù)填充壓力的安全性問題、蓄積器的大尺寸和重量，等)的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本技術(shù)的一個(gè)示例實(shí)施例提供了一種用于在水下生成力的水淹沒裝置(water submerged device)。該裝置包括用于容納處于低壓下的一定量的第一流體的低壓接收體(recipient)，以及具有驅(qū)動(dòng)柱塞(ram)的活塞的外部封殼。活塞將外部封殼分成閉合室和開放室。開放室連接到低壓接收體上，且容納具有與第一流體相比具有更高的壓力的第二流體。該裝置還包括連接到外部封殼上的控制模塊，以及定位在外部封殼與低壓受體之間且具有開啟位置和閉合位置的第一閥。第一閥在處于開啟位置時(shí)開啟外部封殼的開放室與低壓接收體之間的流體連通，且在處于閉合位置時(shí)閉合外部封殼的開放室與低壓接收體之間的流體連通。還包括第二閥，其定位在控制模塊與外部封殼的開放室之間。第二閥在處于開啟位置時(shí)開啟控制模塊與外部封殼的開放室之間的流體連通，且在處于閉合位置時(shí)閉合控制模塊與外部封殼之間的流體連通。閥是可控制的，使得在第一閥開啟時(shí)，第二閥閉合。

本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于在水下生成力的水淹沒裝置。該裝置包括具有驅(qū)動(dòng)柱塞的活塞的外部封殼，活塞將外部封殼分成閉合室和開放室。開放室連接到低壓接收體上，且容納第一流體。裝置還包括用于容納與第一流體相比處于更低的壓力下的一定量的第二流體的低壓接收體。低壓接收體經(jīng)由第一閥與外部封殼的開放室選擇性流體連通。此外，裝置包括控制模塊，其連接到外部封殼上，且經(jīng)由第一閥與外部封殼的開放室選擇性連通。第一閥和第二閥是受控的，使得每次僅低壓接收體或控制模塊中的一者與外部封殼的開放室流體連通。

本技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施例提供了一種通過在水淹沒裝置的外部封殼內(nèi)側(cè)移動(dòng)活塞來生成力的方法，該活塞將外部封殼分成開放室和閉合室，外部封殼的閉合室容納處于第一壓力下的流體或氣體。該方法包括利用在其中具有第一閥的流體管線將低壓接收體流體地連接到外部封殼的閉合室上的步驟，低壓接收體容納低于第一壓力的第二壓力下的流體或氣體，且第一閥最初處于閉合位置。此外，該方法包括利用在其中具有第二閥的流體管線將控制模塊流體地連接到外部封殼的閉合室上，第二閥最初處于開啟位置。此外，該方法包括閉合第二閥來使控制模塊與外部封殼隔離，以及開啟第一閥來允許外部封殼的閉合室與低壓接收體之間的流體連通。此流體連通引起外部封殼的閉合室與低壓接收體之間的壓差，使得外部封殼的閉合室的流體或氣體流至低壓接收體，由此產(chǎn)生移動(dòng)活塞的外部封殼的閉合室中的真空。

附圖說明

并入且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，且連同描述闡釋了這些實(shí)施例。在附圖中：

圖1為常規(guī)海上鉆井裝置的示意圖；

圖2為用于基于蓄積器生成力的水淹沒裝置的示意圖；

圖3為用于產(chǎn)生補(bǔ)充壓力的罐的示意圖；

圖4為根據(jù)示例性實(shí)施例的沒有蓄積器的用于生成力的水淹沒裝置的示意圖；

圖5為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的淹沒裝置內(nèi)的壓力關(guān)于流體體積的相關(guān)性的圖表；

圖6為示出作用于裝置上的各種壓力的水淹沒裝置的示意圖；

圖7為根據(jù)示例性實(shí)施例的用于基于蓄積器生成力的水淹沒裝置的示意圖；

圖8為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的與體積相關(guān)的各種壓力的圖表；

圖9為根據(jù)示例性實(shí)施例的用于生成力的水淹沒裝置的示意圖；

圖10為根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的用于生成力的水淹沒裝置的示意圖；

圖11A和11B為根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例的將BOP連接到水淹沒裝置上的閥的示意圖；

圖12為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的由生成力的方法執(zhí)行的步驟的流程圖；

圖13為根據(jù)備選實(shí)施例的沒有蓄積器的用于生成力的水淹沒裝置的示意圖；以及

圖14為根據(jù)圖13中所示的備選實(shí)施例的具有蓄積器的用于生成力的水淹沒裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

示例性實(shí)施例的以下描述提到了附圖。不同圖中的相同參考標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件。以下詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。作為替代，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為了簡單起見，關(guān)于BOP系統(tǒng)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)而論述了以下實(shí)施例。然而，接下來將論述的實(shí)施例不限于這些系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于在環(huán)境壓力較高(諸如在海下環(huán)境中)時(shí)需要供應(yīng)力的其它系統(tǒng)上。

說明書各處參考"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"意思是連同實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)被包括在公開主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說明書各處的各種位置出現(xiàn)的短語"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在實(shí)施例中"不一定是指相同實(shí)施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中以任何適合的方式組合。

如上文關(guān)于圖2所述，蓄積器30由于氮在高壓下的低效率而龐大。隨著離岸場地的位置越來越深(在從水面到海床的距離變得越來越大的意義上)，基于氮的蓄積器變得低效，給定了初始填充壓力與局部流體靜壓力之間的差異在室52的給定初始填充下減小，因此需要蓄積器的尺寸增大(需要使用16個(gè)320L的瓶)，且增加了花費(fèi)來配置和保持蓄積器。

根據(jù)示例性實(shí)施例，如圖4中所示的新穎布置可用于生成力F。圖4示出了封殼36，其包括能夠在封殼36內(nèi)移動(dòng)的活塞38。活塞38將封殼36分成由缸36和活塞38限定的室40。室40稱為閉合室。封殼36還包括如圖4中所示的開放室42。

兩個(gè)室40和42中的壓力可為相同的，即，海水壓力(環(huán)境壓力P_AMB)。室40和42兩者中的環(huán)境壓力P_AMB可通過允許海水自由進(jìn)入這些室中來實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)活塞38的任一側(cè)上沒有壓差時(shí)，活塞38靜止。

當(dāng)需要供應(yīng)力來用于觸動(dòng)設(shè)備的一件時(shí)，與活塞38相關(guān)聯(lián)的桿44必須移動(dòng)。這可通過在活塞38的兩側(cè)上生成壓力失衡來實(shí)現(xiàn)。

盡管圖4中示出的示例性實(shí)施例描述了如何生成海下力而不使用蓄積器，然而，但如下文將論述的，根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，蓄積器仍可用于供應(yīng)補(bǔ)充壓力。圖4示出了封殼36(其可為缸)，其包括活塞38和連接到活塞38上的桿44。開放室42可連接到低壓儲(chǔ)存接收體60上。閥62可插入開放室42與低壓接收體60之間，以控制開放室與接收體60之間的壓力。低壓接收體60可包括活塞61，其置于低壓接收體60中，以在低壓接收體60內(nèi)滑動(dòng)來將低壓接收體60內(nèi)的可壓縮的流體與封殼36分開。低壓接收體60可包括氣囊或密封元件來替代活塞61。可壓縮的流體(第一流體)例如可為空氣。

低壓儲(chǔ)存接收體60可具有任何形狀，且可由鋼或能夠經(jīng)得起海水壓力的任何材料制成。然而，當(dāng)接收體在海平面處時(shí)，低壓接收體內(nèi)的初始?jí)毫榇蠹s1atm或較低，以改善效率。在接收體降低到海床之后，接收體內(nèi)的壓力可變大，因?yàn)楹Ｆ矫鎸⒏邏菏┘拥浇邮阵w的壁上，因此壓縮內(nèi)側(cè)的氣體。除空氣外的其它流體可用于填充低壓接收體。然而，接收體60內(nèi)的壓力小于環(huán)境壓力P_amb，其在4000m深度處為大約350atm。

如圖4中所示，當(dāng)不需要提供力時(shí)，閉合室和開放室兩者中的壓力為P_AMB，而接收體60內(nèi)的壓力為大約P_r=1atm。當(dāng)需要施加到桿44上的力來用于促動(dòng)鉆塔中的設(shè)備的件時(shí)，閥62開啟，使得開放室42可與低壓儲(chǔ)存接收體60連通。隨后的壓力變化在閉合室40、開放室42和接收體60中發(fā)生。當(dāng)更多海水經(jīng)由管64進(jìn)入閉合室40時(shí)，由于活塞38開始在圖4中從左移向右，故閉合室40保持在環(huán)境壓力P_AMB下。開放室42中的壓力在低壓P_r經(jīng)由閥42變得可用時(shí)減小，即，來自開放室42的海水(第二流體，其可為不可壓縮的)移動(dòng)到接收體60，以平衡開放室42與接收體60之間的壓力。因此，壓力失衡在閉合室40與開放室42之間實(shí)現(xiàn)，且該壓力失衡觸發(fā)活塞38的移動(dòng)。

圖5示出了對(duì)于閉合室40和接收體60的壓力對(duì)體積的圖表。閉合室40的壓力在閉合室40的容積從初始小容積V1膨脹至最終較大容積V2時(shí)保持基本恒定(見曲線A)，而接收體60中的壓力由于從開放室42接收到的液體而從大約1atm略微增大，如曲線B所示。

因此，根據(jù)示例性實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了較大的力F，而不使用在高壓下的填充有氮的任何罐。因此，圖4中所示的系統(tǒng)有利地提供了降低成本的解決方案來在低壓接收體60例如在海平面處填充空氣時(shí)生成力。此外，用于生成力的裝置可具有小尺寸，因?yàn)榈蛪航邮阵w的尺寸相比于現(xiàn)有的蓄積器較小。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，低壓接收體可為具有250L的容積的不銹鋼容器。圖4中所示的裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可能容易地以此裝置改造現(xiàn)有的深海鉆塔。

根據(jù)圖6中所示的示例性實(shí)施例，提供給了數(shù)字實(shí)例來認(rèn)識(shí)低壓接收體60的有效性。圖6中所示的實(shí)例不旨在限制示例性實(shí)施例，而是僅向讀者提供由低壓接收體60生成的力的更好理解。圖6示出了封殼36，其包括具有作用于其上的各種壓力的活塞38。更具體而言，當(dāng)開放室42與低壓接收體60連通時(shí)，且作用于桿44上的壓力為P_MUD(其為取決于應(yīng)用的柱壓力或井孔壓力)時(shí)，閉合室40中的壓力為P_AMB，開放室42中的壓力為P_ATM。在該實(shí)例中計(jì)算的凈力F_NET沿活塞的整個(gè)沖程是恒定的。這與常規(guī)裝置的差別在于，當(dāng)蓄積器中的活塞由于氮?dú)馀蛎洉r(shí)的損失壓力而移動(dòng)時(shí)，力減小。作為優(yōu)選，恒定壓力將確保足夠的壓力/力來在需要時(shí)切割鉆桿。

假定P_AMB為4,500psi，P_ATM為14.5psi，P_MUD為15,000psi，D1為22英寸，且D2為5.825英寸，則凈力F_NET由以下給定：F_NET = P_AMB(π/4 )[(D1)² - (D2) ²] - P_MUD(π/4 )(D2) ² = 1,298,850 lbf。假定P_ATM為4,500psi，則凈開啟力F_NET為-284,639 lbf。根據(jù)示例性實(shí)施例，環(huán)境壓力(高壓)可在200到400atm之間，且P_ATM(低壓)可在0.5到10atm之間。

根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，低壓接收體60可如圖7中所示連同基于氮的蓄積器使用。封殼36的閉合室40不但經(jīng)由管64連接到海水，而且連接到能夠供應(yīng)補(bǔ)充壓力的蓄積器30。當(dāng)達(dá)到適當(dāng)狀態(tài)時(shí)，閥66可關(guān)閉對(duì)閉合室40的海水供應(yīng)，且閥46可開啟來允許來自蓄積器30的補(bǔ)充壓力達(dá)到閉合室40。根據(jù)示例性實(shí)施例，來自蓄積器30的液壓流體與來自閉合室40的海水混合。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，另一個(gè)活塞(未示出)將蓄積器30的液壓液體與閉合室40內(nèi)的海水分開。可選地，閥66在蓄積器30中的壓力變得小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)開啟。隨蓄積器30的容積變化的壓力變化由圖8中的形狀C示出。因此，補(bǔ)充壓力(曲線C)在活塞38移動(dòng)時(shí)減小，在桿44上產(chǎn)生了減小的補(bǔ)充力。曲線C的輪廓由用于蓄積器30中的特定氣體的狀態(tài)的適當(dāng)?shù)仁?，取決于溫度或熱傳遞是否認(rèn)作是恒定或可忽略的(即，氣體的狀態(tài)變化分別是等熱還是絕熱的)來給定。

然而，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知那樣，如圖8中的曲線C所示，理想氣體的壓力和體積的乘積與氣體溫度成比例。因此，在常規(guī)蓄積器中，當(dāng)罐的壓力釋放至特定裝置時(shí)，壓力隨體積增大而減小。相反，閉合室40中的壓力并未與如圖5中的曲線A所示的該室中的容積增大成反比變化，即，在閉合室40的容積增大時(shí)，壓力保持基本恒定。

然而，當(dāng)來自蓄積器30的補(bǔ)充壓力與低壓接收體60的低壓組合時(shí)，從閉合室40施加到活塞38上的壓力具有圖8中的曲線D所示的輪廓，即，隨活塞38的移動(dòng)略微降低的高壓。根據(jù)示例性實(shí)施例，來自蓄積器30的壓力P_AC可在低壓儲(chǔ)存接收體60變得觸動(dòng)之后釋放，因此產(chǎn)生圖8中的曲線E所示的壓力輪廓。將注意的是，根據(jù)該輪廓，閉合室中的壓力在閥62開啟后為P_AMB，且在使來自蓄積器30的補(bǔ)充壓力可用時(shí)增大至P_AMB + P_AC。

輪廓E中的圖8中所示的壓力尖峰可如接下來論述那樣是有利的?；氐綀D1，BOP示為包括兩個(gè)元件26和28。元件28可為環(huán)形防噴器，而元件26可為柱塞防噴器(ram blowout preventer)。環(huán)形防噴器28為閥，其可安裝在柱塞防噴器26上方，以密封管與井孔之間的環(huán)形空間，或如果不存在管，則密封井孔自身。環(huán)形防噴器并未切割(剪切)井孔中存在的管線或管，而是僅密封油井。然而，如果環(huán)形防噴器不能密封井孔或不足，則可觸動(dòng)柱塞防噴器。

柱塞防噴器可使用柱塞來密封具有或沒有管的孔上的壓力。如果孔包括管，則柱塞防噴器需要足夠的力來剪切(切割)管和可在管旁邊或內(nèi)側(cè)的任何纜線，使得油井完全閉合，以防止壓力釋放至油井外的環(huán)境。

因此，示例性實(shí)施例中論述的力提供裝置可用于將必要的力提供至環(huán)形防噴器、柱塞防噴器、它們兩者等。提供示例性實(shí)施例的力的其它應(yīng)用可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員構(gòu)想出，例如，如將力施加到BOP組或采油樹上的任何海下閥。

如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到那樣，各種閥和導(dǎo)閥可加到各個(gè)室與低壓接收體60和/或蓄積器30之間。圖9和10中示出了示出低壓接收體60的實(shí)施方式的兩個(gè)示例性圖表。然而，這些實(shí)例旨在便于讀者理解，且不限制示例性實(shí)施例。圖9示出了連接到管64且經(jīng)由閥62連接到低壓接收體60上的缸36。閥62連接到柱塞閥68上，柱塞閥68連接到引導(dǎo)蓄積器70上。引導(dǎo)蓄積器70例如可為2.5L的接收體。引導(dǎo)蓄積器70可經(jīng)由聯(lián)接件72連接到自動(dòng)剪切閥導(dǎo)閥74和自動(dòng)剪切臂導(dǎo)閥76上。端口I提供成將管線64連接至海水，且端口II連接到聯(lián)接件72和自動(dòng)剪切解除導(dǎo)閥上。在圖10中所示的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，柱塞閥68由連接到閥導(dǎo)閥74上的閥替換。

閥62在下文中參照?qǐng)D11A和11B更詳細(xì)論述。圖11A示出了經(jīng)由梭閥67和閥62連接到低壓接收體60上的封殼36。梭閥67可為彈簧偏壓類型，以防止海水進(jìn)入，且保持正確位置來通風(fēng)。閥62(由Hydril(Houston, Texas, US)制造)可為3通2位閥，其為彈簧加載的來保持其位置。如圖11A中所示，開放室42連接到總是對(duì)海水開啟的閥62中的通風(fēng)端口62a。然而，連接到低壓接收體60上的閥62的端口62b受阻擋，以保持低壓接收體60中的低壓。當(dāng)由外部導(dǎo)閥(未示出)作用時(shí)，閥的內(nèi)部轉(zhuǎn)軸移動(dòng)壓縮彈簧62c，阻擋通風(fēng)端口62a，且使開放室42通向低壓接收體60。在閥62由外部導(dǎo)閥引導(dǎo)時(shí)，其看起來如圖11B中所示，其中允許了開放室42與低壓接收體60之間的自由連通。圖11A中所示的元件62e阻擋圖10B中的通風(fēng)端口62a。

根據(jù)圖12中所示的示例性實(shí)施例，存在通過在水淹沒裝置的外部封殼內(nèi)移動(dòng)活塞來生成力的方法，活塞將外部封殼分成閉合室和開放室，且開放室經(jīng)由具有閥的管與低壓接收體連通，閥將開放室中的壓力源與低壓接收體分開，且低壓接收體容納一定量的第一流體。該方法包括將第一壓力施加到閉合室和開放室的步驟1200，其中第一壓力由裝置的處于一定深度處的水的重量生成，將第二壓力施加到低壓接收體的第一流體上的步驟1210，第二壓力低于第一壓力，開啟在開放室與低壓接收體之間的閥使得來自開放室的第二流體移動(dòng)到低壓接收體中且壓縮第一流體的步驟1220，以及通過在活塞上產(chǎn)生壓力失衡來生成力的步驟1230。

根據(jù)示例性實(shí)施例，一個(gè)或更多個(gè)壓力傳感器可插入低壓接收體60中來監(jiān)測(cè)其壓力。當(dāng)壓力傳感器確定接收體60內(nèi)的壓力遠(yuǎn)離1atm時(shí)，通知鉆塔的操作者該情況，使得操作者可依靠用于在緊急情況中關(guān)閉柱塞防噴器或替換接收體60的其它力生成器。作為備選，接收體60可設(shè)有液壓設(shè)備(未示出)，其在傳感器感測(cè)到接收體內(nèi)的壓力高于某一閾值時(shí)開始將水泵出接收體。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，液壓設(shè)備可在閥62開啟且柱塞防噴器閉合之后將水從接收體60泵出。注意，在接收體60填充有水之后，其不可用于生成力，除非低壓在接收體60內(nèi)重新形成。

根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一個(gè)以上的接收體60可同時(shí)地或按順序使用，或它們的組合。此外，至少一個(gè)接收體60可連接到裝置上，裝置在閥62開啟且海水進(jìn)入接收體之后排空海水的接收體60。因此，根據(jù)該實(shí)施例，接收體60可多次重復(fù)使用。

根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，(i)閉合室中的2000到4000m下的海水壓力與(ii)接收體60內(nèi)的大氣壓力之間的壓差生成用于閉合柱塞防噴器的適合的力。然而，如果海床從海平面深過4000m，則適配器(例如，減壓閥)可用于減小壓差，使得柱塞防噴器不由過大的壓差破壞。相反，如果海床離海面小于2000m，則壓差可能不足以產(chǎn)生足夠的力來閉合柱塞防噴器。因此，根據(jù)示例性實(shí)施例，蓄積器可用于供應(yīng)流體靜壓力。然而，即使不使用蓄積器，只要開放室與低壓儲(chǔ)存接收體之間存在壓差就可生成力。

現(xiàn)在參看圖13和14，示出了備選實(shí)施例，其包括用于控制低壓接收體160的促動(dòng)的備選的閥系統(tǒng)。圖13的系統(tǒng)類似于圖4的系統(tǒng)，且包括容納活塞138的缸136?；钊?38附接到桿144上，桿144繼而又附接到柱塞(未示出)上。在正常狀態(tài)下，如圖13中所示，活塞138朝缸136的左側(cè)定位。然而，在緊急情況下，活塞138被推向右，從而也將桿144和柱塞驅(qū)動(dòng)至右側(cè)。在此發(fā)生時(shí)，柱塞剪切鉆桿、線等，以閉合油井。還類似于上述實(shí)施例，低壓接收體160保持在低壓下。例如，低壓接收體160可容納空氣，且具有大約1大氣壓的內(nèi)部壓力。

圖13和14的活塞138可由低壓接收體160促動(dòng)，低壓接收體160連接到缸136中的開放室142上，且由控制模塊165控制。開放室142為桿144延伸穿過的缸136的一部分?？刂颇K165由通信線路167連接到一對(duì)閥163a,163b上。例如，通信線路167可為液壓管線。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解到的那樣，控制模塊165使用閥163b和梭閥169將流體供應(yīng)至開放室142，梭閥169在藍(lán)色的控制槽B與黃色的控制槽Y之間移動(dòng)。閥163a和163b經(jīng)由與開放室142共用的通信線路167或經(jīng)由控制模塊165的獨(dú)立線路來連接到控制模塊165上。

在正常操作狀態(tài)下，閥163b開啟，使得液壓連通在缸136中的開放室142與控制模塊165之間開啟。這樣連通允許經(jīng)由控制模塊165對(duì)開放室142中的壓力的控制。另外在正常操作狀態(tài)下，閥163a閉合，從而將低壓室160與缸136的開放室142隔離開。

然而，在緊急情況中，可能期望使用低壓接收體160來關(guān)閉柱塞。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，閥163b可閉合，且然后閥163a可開啟。當(dāng)閥163b閉合時(shí)，阻止了開放室142與控制模塊165之間的連通。相反，當(dāng)閥163a開啟時(shí)，開放室142與低壓接收體之間的連通開啟。

由于低壓接收體160容納具有低壓且可壓縮的空氣，且缸136的開放室142容納處于較高壓力下的液壓流體或其它流體，故由于系統(tǒng)在海下且經(jīng)歷一定深度處的流體靜壓力而在開放室142與低壓接收體160之間存在壓差。該壓差促使開放室142中的流體能夠朝低壓接收體160流動(dòng)且流入低壓接收體160。在此發(fā)生時(shí)，流體抽空開放室142，產(chǎn)生朝柱塞拉動(dòng)活塞138的真空，從而促使柱塞閉合。在活塞138移動(dòng)時(shí)，閉合室140可填充有海水或液壓流體，其可經(jīng)由管164流入閉合室140中。因此，閥163a,163b連續(xù)地工作來首先閉合開放室142與控制模塊165之間的通信線路167，且然后開啟在開放室142與低壓接收體160之間的通路。盡管不是必需的，但附加系列的閥或孔口171可置于閥163a,163b之間，以確保以適當(dāng)?shù)捻樞?，閥163b閉合且閥163a開啟。

可選地，低壓接收體160可包括活塞161，其置于低壓接收體160中，以在低壓接收體160內(nèi)滑動(dòng)，來將低壓接收體160內(nèi)的可壓縮的流體與缸136分開。作為備選，低壓接收體160可包括氣囊或密封元件來替代活塞161。

圖14中所示的實(shí)施例類似于圖13中所示的實(shí)施例，只是圖14進(jìn)一步示出了經(jīng)由管或軟管132與缸136的閉合室140連通的蓄積器130。缸的閉合室140從開放室142在活塞138的另一側(cè)上。還可存在定位在管或軟管132中的蓄積器閥146。蓄積器130的一個(gè)目的在于加壓閉合室140來有助于驅(qū)動(dòng)活塞138(如果需要)。例如，蓄積器可包括容器(罐)，其儲(chǔ)存比閉合室140的壓力更高壓力下的液壓流體。當(dāng)閥146開啟時(shí)，壓差在蓄積器130與閉合室140之間產(chǎn)生，以促使流體進(jìn)入閉合室140且有助于驅(qū)動(dòng)活塞。如果環(huán)境海水的壓力高于蓄積器中的流體的壓力，則閉合室還可經(jīng)由管164接收海水。然而，如果環(huán)境海水的壓力低于蓄積器130中的流體的壓力，則管164可由閥166閉合。

公開的示例性實(shí)施例提供了一種用于以減少的能量消耗且在低成本下生成海下力的系統(tǒng)及方法。應(yīng)當(dāng)理解的是，該描述不旨在限制本發(fā)明。相反，示例性實(shí)施例旨在覆蓋被包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的備選方案、改型和等同方案。此外，在示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，闡釋了許多特定細(xì)節(jié)，以便提供提出的發(fā)明的徹底理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，各種實(shí)施例可在沒有此特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。

盡管以特定組合在實(shí)施例中描述了本示例性實(shí)施例的特征和元件，但各個(gè)特征或元件可在無實(shí)施例的其它特征和元件的情況下單獨(dú)使用，或以具有或沒有本文公開的其它特征和元件的各種組合使用。

本書面描述使用了實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)施例具有并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件，或如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望此類其它實(shí)例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。