專利名稱：海底抽吸系統(tǒng)及其相關(guān)的方法
相互參照的相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是美國(guó)申請(qǐng)系列號(hào)No.08/567558、申請(qǐng)日為1995年12月5目的申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，這里提出，以供參考。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明關(guān)于將海底井中的流體抽吸出來(lái)送到浮動(dòng)平臺(tái)或海岸上進(jìn)行加工的抽吸系統(tǒng)及其相關(guān)方法，特別是關(guān)于海底抽吸站抽吸多相流體并與深海井口連接的壓力補(bǔ)償器。
背景情況由于淺近海油氣生產(chǎn)井的儲(chǔ)量正在枯竭，很多國(guó)家和/或公司正在對(duì)深海油氣儲(chǔ)量表示了很大的興趣，其中采用海底多相抽吸系統(tǒng)從這些油層中抽吸出油和/或氣。
海底多相抽吸系統(tǒng)將通常由油、氣和水的混合物組成的多相流體從海底抽吸站、通過(guò)長(zhǎng)距離的管道傳送到位于遙遠(yuǎn)處的加工廠，然后將多相流體在進(jìn)一步加工前分為單一流體。這種加工廠可以在平臺(tái)上，也可在陸地上。
在世界范圍內(nèi)，目前正在研制各種類型的海底多相抽吸系統(tǒng)，每種類型的多相抽吸系統(tǒng)包括同樣的基本的構(gòu)件一個(gè)多相泵，多相泵的驅(qū)動(dòng)件，一個(gè)能源供給系統(tǒng)，一個(gè)控制系統(tǒng)，一個(gè)壓力保持系統(tǒng)和用于多相泵和/或驅(qū)動(dòng)裝置的輔助的潤(rùn)滑和冷卻循環(huán)回路。一個(gè)海底多相抽吸系統(tǒng)通常包括一個(gè)或多個(gè)這些基本構(gòu)件，它們安裝到一個(gè)基板上然后降下并安裝到連接到深海井口的海底支柱上。
現(xiàn)在在多相抽吸系統(tǒng)中使用的泵的類型不是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力泵就是正壓移動(dòng)泵，這些類型的泵通常都能處理多于一個(gè)流體相的流體。在較深的海洋深度上，采用后一種泵，這是因?yàn)樗鼘?duì)密度的敏感性較小。因而對(duì)抽吸的多相流體的壓力變化的敏感性較小。無(wú)論如何，海底多相泵要求不管是井壓在高或低的情況下均保持或增加多相流體的產(chǎn)量。
多相泵的驅(qū)動(dòng)裝置可以是液壓渦輪和/或變速馬達(dá)，現(xiàn)已確定后者在操作中具有更高的有效功率和機(jī)動(dòng)性，對(duì)離動(dòng)力源的遠(yuǎn)距離的敏感性較小。
對(duì)于液壓渦輪來(lái)說(shuō)，作為驅(qū)動(dòng)液體裝置它既能壓水又可壓油。壓水或油的系統(tǒng)位于浮動(dòng)平臺(tái)上，多根輸送管道從加壓系統(tǒng)連到海底裝置上。因此，通常采用一種不同于加工和渦輪流體的阻流(barrier fluid)系統(tǒng)來(lái)冷卻和潤(rùn)滑多相泵/驅(qū)動(dòng)裝置的軸承，并用以補(bǔ)償系統(tǒng)中變化的壓力。該阻流來(lái)源于浮動(dòng)平臺(tái)，在平臺(tái)上受到冷卻，然后再返回到海底裝置。它在頂部平臺(tái)就保持在高于加工流體的壓力上，這樣所出現(xiàn)的任何漏泄的阻流或進(jìn)入海水中、或通過(guò)機(jī)械密封件進(jìn)入加工流體中。
如果用加壓的水驅(qū)動(dòng)液壓渦輪，可以去掉渦輪和多相泵之間的軸的密封件，允許渦輪中的水通過(guò)渦輪和多相泵之間的軸中的小的軸向間隙流動(dòng)，進(jìn)入如上所述的生產(chǎn)和加工流體，這種流體就是抽吸的多相流體。在此項(xiàng)應(yīng)用中，阻擋流體也可是通過(guò)多相泵和渦輪罩循環(huán)的水。壓力補(bǔ)償出現(xiàn)在阻擋流體漏泄的時(shí)候，阻擋流體從渦輪流入多相泵并進(jìn)入泵的加工或生產(chǎn)流體、最終進(jìn)入海水中。實(shí)際上阻擋流體對(duì)密封件的潤(rùn)滑側(cè)提供了一個(gè)反向壓力，從而確保漏泄物進(jìn)入加工流體或進(jìn)入密封件的渦輪流體側(cè)。
如果用油來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓渦輪，用密封件將渦輪流體腔與抽吸的多相流體分開(kāi)。通常也用油作為冷卻和潤(rùn)滑多相泵/驅(qū)動(dòng)裝置的軸承的阻擋流體，并用來(lái)補(bǔ)償多相泵進(jìn)口處的變化的壓力。即使阻擋流體與渦輪中的流體和抽吸的多相流體是相容的，這種系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是少量的油會(huì)漏入周圍的海水中，因此會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。
盡管有些人認(rèn)為液壓渦輪多相抽吸系統(tǒng)在機(jī)械和液壓上設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并便于維護(hù)，但這些類型的泵系統(tǒng)的頂部設(shè)施要求提供昂貴的能源、液壓源系統(tǒng)和阻擋流體系統(tǒng)。
這些設(shè)施的問(wèn)題是隨著臍形供給管道的加長(zhǎng)而引起的壓降增大，使能耗也大大增加。也就是說(shuō)，當(dāng)海底站臺(tái)的深度增大、離平臺(tái)較遠(yuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)多相泵的液壓渦輪的液壓管道損失增加了。通常能源離海底越遠(yuǎn)，臍狀供給管道的循環(huán)就越復(fù)雜，因此提供這種用于從深海井中抽吸多相流體的提升系統(tǒng)的成本更大。
一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已認(rèn)識(shí)到，對(duì)深井來(lái)說(shuō)，水下電動(dòng)機(jī)提供了一種液壓渦輪驅(qū)動(dòng)裝置的經(jīng)濟(jì)的替代品。在一個(gè)這樣的系統(tǒng)中，一個(gè)電動(dòng)潛水泵具有它的電動(dòng)機(jī)，在一些應(yīng)用中還具有位于海底站上的變壓器。這種電動(dòng)機(jī)/泵裝置可兩者均用油冷、或電動(dòng)機(jī)可用油冷、泵可用水冷。在僅用油作為冷卻和潤(rùn)滑介質(zhì)的第一個(gè)系統(tǒng)中，油系統(tǒng)還具有加壓系統(tǒng)以防止來(lái)自抽吸流體的回漏，油傳送到浮動(dòng)平臺(tái)的空氣冷卻裝置中。盡管該系統(tǒng)在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面是簡(jiǎn)單的，但它仍需要將冷卻介質(zhì)送到浮動(dòng)平臺(tái)的冷卻裝置中并返回到海底站的臍狀供給和返回管。
在電動(dòng)機(jī)用水冷、泵用油冷的第二個(gè)系統(tǒng)中，具有多相泵軸承和密封件的油冷卻循環(huán)回路，和水下電動(dòng)機(jī)的軸承和密封件的水-乙二醇的循環(huán)回路。來(lái)自每個(gè)潤(rùn)滑回路的軸密封件的漏泄物進(jìn)入馬達(dá)和泵之間的腔中，該腔罩住馬達(dá)和泵的連軸器。油和水-乙二醇的混合物收集在一個(gè)漏泄箱中。水-乙二醇和油的混合液周期性地泵送到浮動(dòng)平臺(tái)上，在平臺(tái)上將它們分離，然后再循環(huán)到相應(yīng)的海底供給箱中。每個(gè)供給箱具有氣泡型隔膜，它與供油箱連通，進(jìn)而也與泵吸側(cè)連通，由此來(lái)調(diào)節(jié)其它箱中的壓力，從而在所有的系統(tǒng)操作模式中不管外部壓力和水深如何均能使三個(gè)箱內(nèi)的壓力等于泵吸壓。油的海底熱交換器和水-乙二醇的海底熱交換器將它們的熱載荷傳到周圍的水中，裝到它驅(qū)動(dòng)鏈上的輔助葉輪一旦馬達(dá)起動(dòng)就使兩種冷卻劑流體穿過(guò)馬達(dá)和泵。海底站和浮動(dòng)平臺(tái)之間的臍狀連接件包括三相饋電線、通到油供給箱的補(bǔ)充油管、通到水-乙二醇供給箱的補(bǔ)充水-乙二醇的管，及通到油/水-乙二醇分離器裝置的漏泄管，這些構(gòu)件導(dǎo)致臍狀連接件尺寸加大，因此使這兩個(gè)流體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很復(fù)雜。
在通常的流行技術(shù)中海底馬達(dá)采用濕式纏繞馬達(dá)，它的繞組由通常為油的冷卻循環(huán)介質(zhì)直接冷卻。采用濕式纏繞馬達(dá)的一個(gè)缺點(diǎn)是繞組與冷卻劑直接接觸，即使采用了特殊的絕緣材料也減小了馬達(dá)的長(zhǎng)期可靠性。馬達(dá)的損壞會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的基本損失，并增加了維護(hù)費(fèi)用，為了恢復(fù)生產(chǎn)還必須拆除和置換海底站。
對(duì)深海油井來(lái)說(shuō)，人們一直對(duì)采用水下電動(dòng)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)抽吸流體的泵感興趣。這種流體可以是多相流體。然而現(xiàn)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)昂貴而復(fù)雜，并需要大量的維護(hù)工作和為使它們工作進(jìn)行人工在頂部的協(xié)助。
因此，仍有必要簡(jiǎn)化現(xiàn)有技術(shù)的海底的單相或多相抽吸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，降低提供單相或多相抽吸系統(tǒng)的成本，并提供一個(gè)技術(shù)上較高級(jí)的、經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)越性的單相或多相抽吸系統(tǒng)。
還有必要提供一種單相或多相抽吸系統(tǒng)，它基本上不需要維護(hù)，在操作中只需要少量或根本不需要人力介入，與現(xiàn)有的系統(tǒng)相比，它具有增長(zhǎng)了的預(yù)期的壽命。
還有必要提供一種海底壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，它用于海底單相或多相抽吸系統(tǒng)中，能遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)中的壓力量級(jí)。
發(fā)明概述本發(fā)明已滿足上述要求。本發(fā)明提供一種用于可抽吸單相或多相流體的海底抽吸系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償器、以及與其相關(guān)的方法。該系統(tǒng)最好采用單介質(zhì)流體作為冷卻劑和潤(rùn)滑劑，它包括一個(gè)封裝的電動(dòng)馬達(dá)，一個(gè)與封裝的電動(dòng)馬達(dá)相連的單相或多相泵，和一個(gè)最好位于海底組件上的壓力補(bǔ)償器。該壓力補(bǔ)償器最好是一個(gè)感壓箱裝置，它響應(yīng)泵吸壓并使流過(guò)馬達(dá)/泵裝置用以冷卻和潤(rùn)滑馬達(dá)/泵裝置的軸承和密封件的單介質(zhì)流體保持在高于泵吸壓的壓力上。浮動(dòng)平臺(tái)上的頂部組件具有動(dòng)力供給源和單介質(zhì)流體源。第一臍狀連接件包括一組三相電線，將電源連到封裝的馬達(dá)，第二臍狀連接件包括液壓管道，將單介質(zhì)流體連到封裝電動(dòng)馬達(dá)的罩子中。單介質(zhì)流體與從深海井中抽吸的流體是相容的，如果抽吸的多相流體是油、氣和水的多相混合物，則單介質(zhì)流體最好是油。
在壓力補(bǔ)償器上最好也使用單介質(zhì)流體。壓力補(bǔ)償器在水下通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)通過(guò)泵吸壓系統(tǒng)循環(huán)的單介質(zhì)流體的壓力來(lái)自動(dòng)操作抽吸系統(tǒng)，并使通過(guò)該系統(tǒng)的一定量的單介質(zhì)流體的壓力保持在大于泵吸壓的壓力上。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于海底抽吸系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償器及從深海井中抽吸流體的相關(guān)方法。該抽吸系統(tǒng)采用一種單介質(zhì)流體，它由壓力補(bǔ)償器加壓到泵的入口，壓力補(bǔ)償器保持馬達(dá)和泵裝置內(nèi)的完全注入的液壓冷卻和潤(rùn)滑循環(huán)。本發(fā)明的系統(tǒng)采用單介質(zhì)流體作為冷卻劑、潤(rùn)滑劑及作為壓力補(bǔ)償器中的流體，同時(shí)它也與抽吸的流體相容。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于為海底抽吸系統(tǒng)提供一種壓力補(bǔ)償器，它具有有限的構(gòu)件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。該壓力補(bǔ)償器較便宜、小型而有效，并且能在任何海的深度上長(zhǎng)時(shí)間地?zé)o人和自動(dòng)地進(jìn)行工作。
本發(fā)明的另一目的在于在使用盡可能少的單介質(zhì)流體的同時(shí)來(lái)保持泵/馬達(dá)的壓力。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種使用可伸展的感壓箱組件的壓力補(bǔ)償器。
從下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的描述將會(huì)完全理解和更清楚地認(rèn)識(shí)本發(fā)明上述及其它目的。
附圖概述

圖1為本發(fā)明的海底抽吸系統(tǒng)的透視圖。
圖2為圖1海底組件的主要零件的剖視圖。
圖3為一流程圖，表示圖1海底組件的泵和壓力補(bǔ)償器之間液壓流的部分液壓回路。
圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的感壓箱式壓力補(bǔ)償器的側(cè)向剖面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述參見(jiàn)附圖，在所有附圖中同樣的參照數(shù)字表示相同的零件，圖1表示本發(fā)明的海底抽吸系統(tǒng)1，它包括通常表示為3的頂部組件，通常表示為5的海底組件，及通常表示為7的臍狀連接件，這些連接件分別用來(lái)對(duì)若干頂部組件和海底組件進(jìn)行液體和電的連接。頂部組件3可以支撐在一個(gè)可支撐生產(chǎn)臺(tái)的浮動(dòng)平臺(tái)(未示出)上。對(duì)于圖1中的抽吸系統(tǒng)，操作和維修人員通常位于海邊或服務(wù)平臺(tái)上，該抽吸系統(tǒng)1設(shè)計(jì)成以無(wú)人操作方式進(jìn)行工作。
海底組件5具有安裝底板9，它安裝在通常座在海床上的井口柱狀結(jié)構(gòu)(未示出)上。安裝底板9可包括任何合適的結(jié)構(gòu)，例如位于其角部的漏斗形導(dǎo)向柱，它們中的一些如數(shù)字11，13和15所示，用于使海底組件5在上方與井口柱狀結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)。
仍參見(jiàn)圖1，海底組件5的安裝底板9支撐裝置17和19。裝置17罩住馬達(dá)21和多相泵23，它們由過(guò)渡罩25整體地連在一起。在馬達(dá)軸21和泵23的軸之間裝有柔性軸連軸器。裝置19由液流管29連接到過(guò)渡罩25上。臍狀饋送連接件7對(duì)頂部組件3和海底組件5上的馬達(dá)21進(jìn)行電和液體的連接。
圖2更詳細(xì)地示出了海底組件5的若干零件。裝置19罩住熱交換器27和壓力補(bǔ)償器28，馬達(dá)21最好是高壓電子變速馬達(dá)，它并不需要潛水變壓器或多級(jí)齒輪。這些要求可由Westinghouse的密封馬達(dá)達(dá)到，這種馬達(dá)在先有技術(shù)中是已知的，同時(shí)還公開(kāi)在美國(guó)專利No.5101128、5185545、5220231和5225875中。馬達(dá)21選成在25％～100％的速度范圍下工作并具有恒定的軸輸出扭矩。馬達(dá)21基本包括罩31。定子套33，具有軸37的密封的轉(zhuǎn)子35，上軸承39和下軸承40。
馬達(dá)21的軸37通過(guò)過(guò)渡罩25內(nèi)的柔性連軸器43機(jī)械連接到多相泵23的軸41上，過(guò)渡罩25螺接在馬達(dá)21的罩31和多相泵的罩45之間。多相泵23連到馬達(dá)21上并選擇成能理想地用于傳輸由油、氣和水組成的多相的流體。傳統(tǒng)的正齒輪(未示出)可有選擇地用于馬達(dá)21和泵23的機(jī)械連接。多相泵23可以是雙螺紋型泵、螺旋-軸型泵或可用于抽吸氣體體積含量達(dá)95％(GVF)或更高一些的油氣混合物的多相流體。多相泵23具有上軸密封件及軸承51和下軸密封件及軸承53。該軸密封件將冷卻/潤(rùn)滑流體與泵中的流體分開(kāi)。為了改進(jìn)軸密封的可靠性，需要限制密封件兩側(cè)的壓差，從泵的側(cè)部到流體側(cè)的方向保持正壓差，并限制壓差的波動(dòng)，從而提高壽命并降低油耗。
仍參見(jiàn)圖2，多相泵23通過(guò)吸口47連到支撐在安裝底板9上的井口柱狀結(jié)構(gòu)(未示出)的閥上，通過(guò)吸口，多相流體從井口抽吸并從排放口49排出，多相流體從排放口通過(guò)管道送到生產(chǎn)臺(tái)。
參見(jiàn)圖1和圖2，圖1中的液流管道7將最好是油的介質(zhì)流體送入馬達(dá)21的基部，在馬達(dá)21的軸37上裝有以已知方式循環(huán)的輔助的葉輪(未示出)，液態(tài)流體通過(guò)上軸承39進(jìn)入密封的定子33和轉(zhuǎn)子35之間的下軸承以進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，進(jìn)入過(guò)渡罩25后由管道29送到罩住熱交換器27和壓力補(bǔ)償器28的裝置19。這里的“介質(zhì)流體” 指的是供給馬達(dá)21和泵23用以進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑的流體，同時(shí)介質(zhì)流體是通過(guò)馬達(dá)21抽吸的，它還被送到多相泵23的密封件和軸承51和53內(nèi)。
在裝置19中，介質(zhì)流體由熱交換器27冷卻，壓力補(bǔ)償器28用于保持抽吸系統(tǒng)的內(nèi)部壓力，詳細(xì)情況下面將進(jìn)行描述。介質(zhì)流體在馬達(dá)21工作時(shí)最好通過(guò)馬達(dá)21和多相泵23抽吸，這是因?yàn)檩o助葉輪安裝在馬達(dá)軸37上，就可不必單獨(dú)為它提供能源。
本發(fā)明最好采用單介質(zhì)流體，如用于分別冷卻和潤(rùn)滑馬達(dá)21和泵23的馬達(dá)芯和軸承35，39，40和51，53的油，這是因?yàn)橛团c抽吸的由油混合物組成的多相流體相容。任何在冷卻和潤(rùn)滑期間通過(guò)密封件和軸承51和53的流體漏泄物流入多相泵23，避免了因流體介質(zhì)污染海底環(huán)境。這就不需要一個(gè)使用水、水-乙二醇、油和氣體系統(tǒng)的組合來(lái)進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑和壓力控制的抽吸系統(tǒng)提供單獨(dú)的漏泄液的回路或分離器。
仍參見(jiàn)圖2，來(lái)自泵23和馬達(dá)21的內(nèi)部液體回路中的介質(zhì)流體通過(guò)熱交換器27循環(huán)，將馬達(dá)21和泵23產(chǎn)生的介質(zhì)流體中的熱載荷傳到周圍的海水中。熱交換器27可以是單管和多管型的，它采用對(duì)流熱傳導(dǎo)將熱量傳到周圍的海水中，從而除去廢熱而并不需要將介質(zhì)流體循環(huán)到頂部平臺(tái)上的冷卻器中。
參見(jiàn)圖3，裝置19包括一壓力補(bǔ)償器28，它通過(guò)一個(gè)吸壓傳感管69連到泵23上。如圖3所示的包括泵23、馬達(dá)21和過(guò)渡段25的加壓圈90包含冷卻和潤(rùn)滑馬達(dá)和泵的密封件和軸承的介質(zhì)流體，并使介質(zhì)流體與周圍海水隔離。一個(gè)下注入閥91用于將介質(zhì)流體注入加壓圈的內(nèi)部，同時(shí)一個(gè)上排放閥92連到一個(gè)真空系統(tǒng)中，用于開(kāi)始時(shí)給該系統(tǒng)抽真空。真空注入確保了該系統(tǒng)是油密封的，從而使壓力補(bǔ)償器具有最大的工作和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。壓力補(bǔ)償器28最好包括一個(gè)感壓箱式組件71。該感壓箱式組件71可包括焊接的不銹鋼薄板73、彈簧75和77和若干葉片，其中的一個(gè)葉片以79表示。拉簧75和77連到薄板73上并最好設(shè)計(jì)成使感壓箱式組件71能夠在泵吸管69和加壓圈90之間的每個(gè)介質(zhì)流體的吸入循環(huán)中至少置換兩加侖介質(zhì)流體。葉片79可連接到拉簧75和77相對(duì)側(cè)上的薄板73上。葉片在加壓圈90和泵吸管69之間形成密封件。
葉片79最好由厚薄交替地焊接在一起的耐腐蝕金屬材料制成。薄的材料用于使感壓箱式組件提供良好的軸向一致性和柔性，而厚的材料提供剛度，以抵御由于泵馬達(dá)加壓圈90內(nèi)的高壓而引起的感壓箱式組件71的損壞。另外，也可采用周邊波紋狀的等厚葉片。
仍參見(jiàn)圖3，吸壓管69連通到感壓箱式組件71上多相流體的壓力為泵的抽吸壓力。由本發(fā)明的控制系統(tǒng)109、111、113、115、117、119、121、123、131和132保持的彈簧載荷加上作用在感壓箱區(qū)上的泵吸壓力，能確保每個(gè)泵的軸密封件51和53上的正壓差。吸壓傳感管69傳輸在圖1海底組件5中抽吸的多相流體的靜態(tài)壓力出現(xiàn)的任何變化，該壓力在感壓箱組件71中基本無(wú)衰減，亦即在感壓箱組件71中無(wú)壓力損失。感壓箱組件71的內(nèi)側(cè)暴露在泵的壓力下，該內(nèi)側(cè)85對(duì)馬達(dá)21和泵23中的壓力是敞開(kāi)的，這就分別調(diào)節(jié)了潤(rùn)滑和冷卻馬達(dá)21和泵23的密封件和軸承39、40和51，53的系統(tǒng)中介質(zhì)流體的內(nèi)壓，將該壓力調(diào)節(jié)到泵吸壓力，下面將描述其調(diào)節(jié)方式。
壓力補(bǔ)償器28最好位于盡可能靠近泵23的地方，這樣為了改進(jìn)感壓箱組件71的馬達(dá)泵側(cè)壓力對(duì)組件71的泵吸側(cè)的瞬態(tài)變化的響應(yīng)，連到軸密封件和軸承51和53上的液壓連接件65、67(圖2)就可比較短。
起到壓力調(diào)節(jié)作用的感壓箱組件71允許彈簧75和77對(duì)補(bǔ)償器加載，從而在泵23中提供高于井口壓力的正壓力。這種泵壓圈的壓力大于井口壓力的壓差可稱之為“密封偏壓”。壓差基本保持一個(gè)常壓、其量級(jí)約為0～100磅/平方英寸，最好為35～75磅/平方英寸。與感壓箱組件71的移動(dòng)有關(guān)的彈簧75和77的剛度考慮到從頂部供油箱(未示出)到海底組件5的馬達(dá)21和泵23在密封偏壓變化的基礎(chǔ)上為系統(tǒng)提供介質(zhì)流體的自然情況，當(dāng)馬達(dá)21和泵23中的介質(zhì)流體低于某一壓力限制時(shí)，傳感管69中的抽吸壓使感壓箱組件71伸展。彈簧75和77受壓或放松，其中密封偏壓變?nèi)趸蚪档汀Ｔ摰偷钠珘航o系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，通過(guò)一個(gè)閥門系統(tǒng)(圖3)開(kāi)始將介質(zhì)流體分別送到馬達(dá)21和泵23的密封件和軸承39、40和51、53，一直加到達(dá)到預(yù)定的海底組件5中介質(zhì)流體限定值時(shí)為止。當(dāng)馬達(dá)21和泵23被來(lái)自頂部供油箱的介質(zhì)流體加到預(yù)定值時(shí)，感壓箱組件71受到較大的壓力，彈簧75和77受拉，在采用壓簧的情況下則受壓。當(dāng)彈簧75和77伸長(zhǎng)或受壓時(shí)，馬達(dá)21和泵23中的壓力上升，繼續(xù)供給介質(zhì)流體，一直供到馬達(dá)21和泵23中的壓力達(dá)到一個(gè)高于泵吸壓的設(shè)定點(diǎn)的壓力時(shí)為止。導(dǎo)致彈簧75和77伸長(zhǎng)和受壓的偏壓增大由液壓系統(tǒng)中感測(cè)、并給出一個(gè)信號(hào)以中斷從供油箱到含有馬達(dá)21和泵23的裝置17的介質(zhì)流體。
再一次參見(jiàn)圖3，它概略示出用于潤(rùn)滑和冷卻圖2的泵23的密封件和軸承51和53的介質(zhì)流體的液壓系統(tǒng)。在圖3中以數(shù)字99、101、103和105代表這些液壓連接中的閥門，這些閥門控制流到密封件和軸承上的潤(rùn)滑和冷卻流體的流動(dòng)，同時(shí)還可控制流到泵定時(shí)齒輪的流體流動(dòng)。
圖3的液壓系統(tǒng)采用一對(duì)壓力調(diào)節(jié)閥109和111，它們與小孔113和115相連形成一對(duì)壓力傳感繼動(dòng)器，每個(gè)閥109和111裝有一個(gè)傳感活塞，其一端為泵吸壓力、相對(duì)的另一端為泵/馬達(dá)的內(nèi)壓，因此每個(gè)閥109和111形成馬達(dá)21、泵23和泵吸壓介質(zhì)流體之間的壓差。每個(gè)閥109和111具有建立設(shè)定點(diǎn)的一定范圍的彈性設(shè)定裝置。閥109和111具有在壓力低于設(shè)定點(diǎn)時(shí)打開(kāi)、高于設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)閉的特性。由于它們參照抽吸壓力，因此設(shè)定點(diǎn)壓力高于泵吸壓。
閥109和111分別與小孔113和115串聯(lián)。當(dāng)每個(gè)閥109和111關(guān)閉時(shí)，基本無(wú)流體流動(dòng)，每個(gè)孔113和115的向下流動(dòng)的壓力等于液壓泵組件117排放時(shí)的壓力(例如400～600磅/平方英寸表壓，高于馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體壓力)。包括過(guò)濾器和降壓閥的液壓泵組件117可由馬達(dá)軸37或泵軸41驅(qū)動(dòng)。當(dāng)每個(gè)閥109和111打開(kāi)時(shí)，流過(guò)小孔113和115將每個(gè)孔的流動(dòng)壓力減小到基本為馬達(dá)21和泵23中流體的壓力。閥119和121是通常關(guān)閉的閥門，它們要求加到它們的薄膜或活塞上壓力高于馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力時(shí)才打開(kāi)。同樣閥123是通常打開(kāi)的閥門，它要求壓力高于馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力時(shí)才關(guān)閉。當(dāng)泵117由主馬達(dá)21帶動(dòng)時(shí)，高壓進(jìn)入閥123和小孔113和115。如果馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力低于泵吸壓上方的30磅/平方英寸表壓，閥119將打開(kāi)，在閥123的操作件(活塞或薄膜)上將沒(méi)有壓力，馬達(dá)21和泵23內(nèi)介質(zhì)流體的壓力也將能低于閥111的設(shè)定點(diǎn)，閥111將打開(kāi)。在此情況下，在小孔115兩側(cè)有一壓降，在小孔115和閥109之間出現(xiàn)低壓的后果是閥119的操作件不受壓。通常是關(guān)閉的閥119使通往閥121的操作件供給管受壓，通過(guò)閥123來(lái)自泵117的高壓對(duì)閥121的操作件(活塞或薄膜)加壓，因此閥121打開(kāi)，介質(zhì)流體從臍狀供給管7流出。對(duì)臍狀管7加壓以確保有足夠的壓力將介質(zhì)流體流入馬達(dá)21和泵23。
當(dāng)介質(zhì)流體流入馬達(dá)21和泵23時(shí)，感壓箱組件71受壓，壓縮感壓箱組件71的動(dòng)作拉伸了偏壓彈簧75和77或壓縮了壓簧，馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力高于泵吸壓力。當(dāng)馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力升到閥109的設(shè)定點(diǎn)以上時(shí)，閥109關(guān)閉。閥109的關(guān)閉切斷了通過(guò)小孔113的流動(dòng)，且閥123關(guān)閉。當(dāng)閥123關(guān)閉時(shí)，積蓄在閥121的操作件和介質(zhì)流體中的壓力繼續(xù)使介質(zhì)流體從臍狀管7流入馬達(dá)21和泵23。
在壓力超過(guò)閥111的設(shè)定點(diǎn)之前，介質(zhì)流體繼續(xù)流入馬達(dá)21和泵23。在超過(guò)閥111的設(shè)定點(diǎn)上閥111關(guān)閉，通過(guò)小孔115的流動(dòng)停止?？?15的下游壓力上升到泵117輸出壓力的量級(jí)，連接到孔115下游側(cè)的閥119打開(kāi)，這就排放了來(lái)自閥121的壓力并使它關(guān)閉，停止供給順臍狀管7流下的介質(zhì)液流。
在泵工作時(shí)，感壓箱壓力補(bǔ)償器71保持密封偏壓，不必排放或取得流體介質(zhì)就可使泵/馬達(dá)的壓力保持在高于泵吸壓力。在穩(wěn)定操作期間，為了替代通過(guò)泵軸密封件51和53的損耗，僅從海底臍狀管7取得流體介質(zhì)。在系統(tǒng)的展開(kāi)、備用、開(kāi)始和關(guān)閉時(shí)，可采用附加的裝置來(lái)適應(yīng)流體介質(zhì)的變化。
在展開(kāi)期間，泵吸口47經(jīng)受壓力變化，從大氣壓變到展開(kāi)深度的壓力、如約在1000米時(shí)的1500磅/平方英寸表壓。另外，流體介質(zhì)從室溫約100°F冷卻到海底溫度，通常約為35～38°F。壓力增大和溫度降低的聯(lián)合作用使流體介質(zhì)收縮約5倍感壓箱的排量。
在開(kāi)始期間，流體介質(zhì)從海底溫度加熱到正常的工作溫度，通常為150°F，該工作溫度高到足以降低介質(zhì)粘度和流體及摩擦損失、然而低到足以吸收來(lái)自馬達(dá)的熱量而不超過(guò)絕緣溫度額定值。與流體介質(zhì)加熱同時(shí)發(fā)生的是在流體流動(dòng)導(dǎo)致供給管線中壓力損失時(shí)井口壓力降低。流體膨脹的結(jié)果通常約是感壓箱排量的6倍。
在從正常操作關(guān)閉時(shí)，流體介質(zhì)的溫度可從約150°F降低到35～38°F。由于切斷流體，井口壓力上升到正常靜態(tài)壓力，約1500磅/平方英寸表壓。最后結(jié)果是流體介質(zhì)的收縮量約相當(dāng)于感壓箱排量的6倍。
在泵關(guān)閉的備用期間，通過(guò)密封件繼續(xù)漏入泵吸側(cè)。隨著泵的停止及從泵/馬達(dá)罩到泵吸側(cè)的壓差降低，漏泄減少了。然而仍保持正向壓差以確保來(lái)自井口的外來(lái)材料不會(huì)進(jìn)入泵。
正如圖3所示，單向閥107允許馬達(dá)關(guān)閉時(shí)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。在頂部臍狀管7上裝有蓄能器141和142，從而在操作的展開(kāi)階段提供壓力。在頂部管線7上還安裝了單向閥143，用以在不能得到臍管壓力時(shí)避免給蓄能器降壓。
該壓力和設(shè)備的控制系統(tǒng)對(duì)開(kāi)、關(guān)泵來(lái)說(shuō)具有不同的模式。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，閥131被來(lái)自液壓系統(tǒng)的泵117的壓力壓向關(guān)閉位置。當(dāng)泵117工作時(shí)，可得到操作閥109、111、113、115、119、121和123的壓力，并斷開(kāi)閥132。因此由感壓箱71來(lái)完成壓力控制，由閥109、111、113、115、121和123來(lái)完成設(shè)備管理。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，泵117關(guān)閉，閥131打開(kāi)(通常是打開(kāi)的)。隨著泵117的關(guān)閉，閥109、111、113、115、119、121和123均空置。打開(kāi)的閥131允許壓力調(diào)節(jié)閥132從臍狀管7加油。該調(diào)節(jié)器參照泵的吸力并理想地設(shè)定得較低，如約20巴，在系統(tǒng)處于備用狀態(tài)時(shí)，該壓力與正常的工作壓力范圍相比在油耗方面是經(jīng)濟(jì)的。與預(yù)先充滿的蓄油器相連的壓力調(diào)節(jié)閥可在展開(kāi)期間維持流體介質(zhì)的壓力。該調(diào)節(jié)器還在該系統(tǒng)冷卻關(guān)閉期間收縮時(shí)能添加流體介質(zhì)以維持密封偏壓。蓄油器對(duì)頂部供油系統(tǒng)3提供短期的支援，并能通過(guò)局部?jī)?chǔ)備的高壓流體而不依靠它向下傳導(dǎo)到臍狀管7的長(zhǎng)度上的注入來(lái)改進(jìn)介質(zhì)流體的傳送速度。
該系統(tǒng)還裝有壓差單向閥133。該通常設(shè)定成約100磅/平方英寸表壓的回壓控制閥每當(dāng)系統(tǒng)在起動(dòng)時(shí)由于溫度升高而膨脹時(shí)將流體介質(zhì)排放到泵吸側(cè)。
當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，分別穿過(guò)馬達(dá)21和泵23的密封和軸承39、40和51、53漏泄的介質(zhì)流體將流入由泵23抽吸的多相流體中，這將導(dǎo)致馬達(dá)21和泵23中的壓力下降，感壓箱組件71膨脹，彈簧75和77收縮。由于彈簧75和77的伸展尺寸減小，馬達(dá)21和泵23中的介質(zhì)流體的壓力相對(duì)于泵吸壓來(lái)說(shuō)減小了，當(dāng)馬達(dá)21和泵23中的壓力值降到低于最小設(shè)定值、通常高于泵吸壓力值時(shí)，圖3的液壓系統(tǒng)再次開(kāi)始工作，從而將介質(zhì)流體從補(bǔ)充供給箱送到加壓圈90中。送到泵和馬達(dá)罩中的介質(zhì)流體與已有的通常的流體混合來(lái)潤(rùn)滑構(gòu)件39、40、51和53并冷卻馬達(dá)35。圖3液壓系統(tǒng)中的閥133能避免過(guò)壓和泵23密封件51和53的過(guò)早的磨損。
例如圖1的系統(tǒng)1連續(xù)工作，可以預(yù)計(jì)從補(bǔ)充供給箱流到海底組件5的介質(zhì)流體損失的估計(jì)速度約為每天4加侖。預(yù)計(jì)頂部組件3每天兩次通過(guò)液壓系統(tǒng)將2加侖的介質(zhì)流體送到海底組件5，操作人員每年三次重新加注補(bǔ)充供給油箱。重要的是來(lái)自補(bǔ)充供給箱的介質(zhì)流體漏入生產(chǎn)流體中并得到重新回收，因此不會(huì)漏到周圍環(huán)境中。
圖4示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的壓力補(bǔ)償器28。在該實(shí)施例中，壓力補(bǔ)償器28包括一個(gè)可變體積的容器170，它由相互軸向?qū)?zhǔn)的感壓箱171和172組成。感壓箱172的一端用合適的手段如焊接方法封裝到一剛性薄板173上，感壓箱171和172由中部支環(huán)174相互連接，支環(huán)可焊接到感壓箱171和172上。感壓箱171的上部連到端部支環(huán)175上，支環(huán)175連到法蘭176上。支環(huán)175的端部由密封件177密封到法蘭176上。另一個(gè)密封件178用以將法蘭176封裝到圖2所示的壓力補(bǔ)償裝置19的罩上。法蘭176包括流體進(jìn)口179，該進(jìn)口如圖1～3所示通過(guò)吸壓傳感管69與從井口抽吸的井中的流體連通。在工作期間，通過(guò)流體入口179，變化的井口流體壓力與感壓箱171和172的內(nèi)腔連通。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，感壓箱171和172的內(nèi)表面及接觸流體的其它表面均涂覆了防止該壓力補(bǔ)償器工作期間粘上流體的材料，如聚四氟乙烯。
按照本實(shí)施例，每個(gè)感壓箱171和172包括一系列的厚葉片，在圖4中其中之一表示為元件181，它們與示為元件182的一系列的薄葉片相間，正如前面討論的，厚葉片181提供抵抗感壓箱撞擊時(shí)的剛度，而薄葉片182提供了感壓箱的軸向一致性和柔性。圖4所示的感壓箱葉片181和182是彎曲的，也可使用其它形狀如直的或大彎曲度的葉片。當(dāng)感壓箱171和172如圖4所示軸向?qū)?zhǔn)時(shí)，應(yīng)該看到，在本發(fā)明中也可采用一個(gè)感壓箱，在此情況下，可去掉中部支環(huán)174。另外，在本發(fā)明中還可包括多于兩個(gè)的感壓箱，例如可采用三個(gè)或更多的感壓箱。采用上述實(shí)施例時(shí)，感壓箱171和172最好采用焊接在一起的抗腐蝕金屬的葉片。同樣，薄板173最好也采用抗腐蝕材料金屬制成。感壓箱171和172最好能置換至少兩加侖的用于冷卻和潤(rùn)滑馬達(dá)和組件的介質(zhì)流體。
在靠近感壓箱171和172的外部最好安裝至少一根桿185。其一端連到支環(huán)175的端部，另一端連到基座186上。在圖4的實(shí)施例中，桿185具有感壓箱171和172的橫向支撐件。薄板173和中部支環(huán)174最好采用一降低摩擦的套(未示出)可滑動(dòng)地嚙合在桿185上。如果需要，除了采用圖4所示的單根桿185外，還可圍繞著感壓箱171和172提供附加的桿。
壓縮彈簧187和188安裝在桿185上，在圖4中向下偏壓薄板173。上壓簧187的一端壓在端部支環(huán)175上，另一端壓在中部支環(huán)174上。下壓簧188的一端壓在中部支環(huán)174上，另一端壓在薄板173上。拉簧189的一端連到薄板173上，另一端連到基座186上。壓簧187、188和拉簧189聯(lián)合提供使感壓箱171和172軸向伸展的偏壓力。在如圖4所示的拉壓簧的聯(lián)合中，感壓箱171和172的軸向偏壓力可僅由壓簧或拉簧來(lái)完成。另外，為達(dá)到此偏壓效果可采用單根簧或多根簧，例如圖4所示的軸向?qū)?zhǔn)的壓簧187和188，在感壓箱171和172的外側(cè)或內(nèi)側(cè)的其它位置也可放置其它的壓簧。另外，圖4表示出采用單根拉簧，在其它位置也可采用附加的拉簧。除了圖4所示的拉壓簧外，也可采用能在軸向?qū)Ω袎合浼由掀珘旱钠渌b置，例如可采用片簧或貝氏彈簧。此外軟性或彈性材料可用于對(duì)感壓箱加上機(jī)械偏壓。
如圖4所示，還具有作為法蘭176一部分的機(jī)械止動(dòng)件191，它位于感壓箱171和172的內(nèi)部，一旦感壓箱171和172的外壓到達(dá)一預(yù)定值如80磅/英寸2，它將與薄板173接觸以限制感壓箱171和172的軸向移動(dòng)。另外在感壓箱171和172的外側(cè)也可安裝低壓機(jī)械止動(dòng)件。所安裝的低壓機(jī)械止動(dòng)件192作為基座186的一部分，一旦感壓箱171和172外側(cè)的壓力到達(dá)預(yù)定的較低值如30磅/英寸2時(shí)，它通過(guò)與薄板173接觸來(lái)限制感壓箱171和172的軸向移動(dòng)。
在圖2的海底組件中抽吸的流體抽吸壓的靜壓可能出現(xiàn)變化，任何變化均是互相連通的，基本上沒(méi)有因?yàn)橥ㄟ^(guò)吸壓傳感管69和流體入口179而使到達(dá)感壓箱171和172的內(nèi)腔180的壓力產(chǎn)生衰減。因此感壓箱171和172的內(nèi)腔180受到泵吸壓，感壓箱171和172的外部受到馬達(dá)21和泵23中介質(zhì)流體的壓力，并將介質(zhì)流體的壓力調(diào)節(jié)到高于流體的泵吸壓力之上。在壓簧187、188及拉簧189的偏壓下的感壓箱171和172對(duì)泵和馬達(dá)的介質(zhì)流體提供高于流體的井口壓力的正壓力，因此為海底泵壓系統(tǒng)提供了壓差或密封偏壓。按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，壓差基本保持為常數(shù)，量級(jí)約為35磅/英寸2～75磅/英寸2。
與上述實(shí)施例一樣，圖4的實(shí)施例根據(jù)密封偏壓的變化，允許將介質(zhì)流體從頂部的補(bǔ)充液壓供給箱供到海底組件5的馬達(dá)21和泵23。當(dāng)馬達(dá)21和泵23中的介質(zhì)流體低于設(shè)定限度時(shí)，傳感管69的抽吸壓和彈簧187、188和189的力使感壓箱171和172伸展。該低的密封偏壓被用來(lái)給液壓系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，通過(guò)上述閥門系統(tǒng)將補(bǔ)充的介質(zhì)流體供到馬達(dá)21和泵23，一直供到達(dá)到海底組件5的介質(zhì)流體的預(yù)設(shè)限度時(shí)為止。當(dāng)馬達(dá)21和泵23被來(lái)自頂部供給箱的介質(zhì)流體加注到預(yù)定限度時(shí)，感壓箱171和172軸向受壓，壓簧187和188受壓、拉簧189拉伸。馬達(dá)21和泵23中的壓力上升，繼續(xù)輸送介質(zhì)流體，直到馬達(dá)21和泵23中的壓力達(dá)到泵吸壓以上的設(shè)定點(diǎn)壓力時(shí)為止。一旦到達(dá)設(shè)定點(diǎn)壓力，中止從補(bǔ)充供給箱到含有馬達(dá)21和泵23的裝置17的介質(zhì)流體的流動(dòng)。
按照?qǐng)D4的實(shí)施例，感壓箱171和172的總的置換量最好約為2加侖。因此可變?nèi)莘e的容器170最好伸展和收縮成能置換約2加侖的介質(zhì)流體，當(dāng)然也可采用較大或較小的置換量。感壓箱組件最好能在最大外部壓力約在80磅/英寸2和最小的外部壓力約在30磅/英寸2之間循環(huán)。感壓箱組件最好能經(jīng)受從外到內(nèi)的150磅/英寸2的漏泄壓力試驗(yàn)。高壓機(jī)械止動(dòng)件191最好能在支撐150磅/英寸2壓力時(shí)沒(méi)有損壞。該感壓箱組件還最好能經(jīng)受從內(nèi)到外的15磅/英寸2的壓力試驗(yàn)，低壓機(jī)械止動(dòng)件192最好能經(jīng)受加到感壓箱外部的15磅/英寸2的真空而沒(méi)有損壞。圖4所示的壓力補(bǔ)償器28的外部尺寸可根據(jù)特殊使用情況而改變。在很多使用中，壓力補(bǔ)償器28的總尺寸通常為15英寸或更小，而它的軸向長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的壓力補(bǔ)償器最好包括如圖3和4所示的感壓箱，應(yīng)該看到，按照本發(fā)明可采用各種可變?nèi)莘e的壓力補(bǔ)償器組件。例如除了可以采用感壓箱內(nèi)部與流體連通外，還可使感壓箱外部與流體連通，在此情況下，感壓箱內(nèi)部含有介質(zhì)流體。在這種實(shí)施例中，偏壓裝置用于壓縮感壓箱而不是擴(kuò)張感壓箱。作為進(jìn)一步的例子，可用一個(gè)具有與抽吸流體連通的可膨脹腔的彈簧偏壓活塞來(lái)代替感壓箱組件。在這個(gè)實(shí)施例中，活塞腔內(nèi)部可襯有柔性膜片，以防止抽吸的流體和活塞的環(huán)形密封件之間的接觸。
按照本發(fā)明，可以在生產(chǎn)平臺(tái)控制室監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況。在抽吸生產(chǎn)過(guò)程中可以監(jiān)視馬達(dá)21的動(dòng)力范圍和井口及抽吸的多相流體的情況。室內(nèi)水溫就足以能為海底組件5的構(gòu)件提供合適的冷卻，本發(fā)明的海底多相系統(tǒng)是一個(gè)液壓固體抽吸系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)是一個(gè)完全注滿或封閉的液壓系統(tǒng)(沒(méi)有氣壓)，該系統(tǒng)使用由壓力補(bǔ)償器28加壓到泵的進(jìn)口壓力以上的簡(jiǎn)單的介質(zhì)流體，壓力補(bǔ)償器28在馬達(dá)21和泵23內(nèi)保持完全注入的液壓的冷卻和潤(rùn)滑回路。
應(yīng)該看到，盡管本發(fā)明描述了多相流體抽吸系統(tǒng)，但它也能用于單相流體抽吸系統(tǒng)。
在已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的特殊實(shí)施例的同時(shí)，應(yīng)該看到，對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在已經(jīng)公開(kāi)的技術(shù)的教導(dǎo)下，對(duì)上述細(xì)節(jié)可進(jìn)行各種改型和置換。因此，已公開(kāi)的特殊設(shè)計(jì)僅作說(shuō)明而不作為限制本發(fā)明的范圍之用。本發(fā)明的范圍由下面所附的權(quán)利要求及其任何和所有的同等物給出。
權(quán)利要求
1.一種用于從海床井中抽吸井中流體的海底抽吸系統(tǒng)包括一個(gè)用于抽吸在各種壓力下上述井中流體的馬達(dá)和泵裝置，用于將介質(zhì)流體送入上述馬達(dá)和泵裝置、用以冷卻和潤(rùn)滑上述馬達(dá)和泵的裝置，和壓力補(bǔ)償裝置響應(yīng)上述井中流體的壓力，在高于上述井口流體壓力的壓差下將上述介質(zhì)流體傳送通過(guò)上述馬達(dá)和泵裝置。
2.權(quán)利要求1的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述壓力補(bǔ)償裝置包括將上述介質(zhì)流體加壓到一個(gè)基本穩(wěn)定的壓差的裝置。
3.權(quán)利要求1的海底抽吸系統(tǒng)，其中將上述介質(zhì)流體送入馬達(dá)和泵的裝置包括在上述介質(zhì)流體的上述壓力達(dá)到一預(yù)定的較低限度時(shí)將補(bǔ)充的介質(zhì)流體供到上述馬達(dá)和泵的裝置。
4.權(quán)利要求1的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述壓力補(bǔ)償器包括一個(gè)可伸展的容器，該容器的內(nèi)腔與上述井中流體連通，其外表面與上述介質(zhì)流體連通，還具有迫使上述可伸展容器的外表面貼靠上述介質(zhì)流體以對(duì)上述介質(zhì)流體加壓的偏壓裝置。
5.權(quán)利要求4的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述可伸展的容器包括至少一個(gè)感壓箱。
6.權(quán)利要求5的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述可伸展容器包括多個(gè)基本軸向?qū)?zhǔn)的感壓箱。
7.權(quán)利要求5的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述至少一個(gè)感壓箱在軸向是可伸展的，上述壓力補(bǔ)償器包括用于基本防止上述感壓箱在垂直于上述軸向的橫向上移動(dòng)的裝置。
8.權(quán)利要求7的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述基本防止上述感壓箱橫向移動(dòng)的裝置包括至少一根靠近上述感壓箱外部安置并基本在上述軸向伸展的桿。
9.權(quán)利要求8的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述至少一根桿支撐上述偏壓裝置。
10.權(quán)利要求9的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述偏壓裝置包括至少一根壓簧。
11.權(quán)利要求5的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述壓力補(bǔ)償器包括至少一個(gè)用以限制至少一個(gè)上述感壓箱的軸向移動(dòng)的機(jī)械止動(dòng)裝置。
12.權(quán)利要求11的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述至少一個(gè)機(jī)械止動(dòng)裝置安置在上述至少一個(gè)感壓箱的內(nèi)側(cè)，一旦上述介質(zhì)流體的壓力達(dá)到預(yù)定的上限值時(shí)阻止上述感壓箱軸向移動(dòng)。
13.權(quán)利要求11的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述至少一個(gè)機(jī)械止動(dòng)裝置安置在上述至少一個(gè)感壓箱的外側(cè)，一旦上述介質(zhì)流體的壓力達(dá)到預(yù)定的較低限時(shí)阻止上述感壓箱的軸向移動(dòng)。
14.權(quán)利要求4的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述偏壓裝置包括多個(gè)從壓簧、拉簧及其組合中選出的彈簧。
15.權(quán)利要求4的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述壓力補(bǔ)償裝置包括在上述介質(zhì)流體的體積減小時(shí)伸展上述可伸展容器的裝置。
16.權(quán)利要求15的海底抽吸系統(tǒng)，其中上述將上述介質(zhì)流體送入上述馬達(dá)和泵的裝置包括在上述介質(zhì)流體的體積減少、上述介質(zhì)流體的壓力達(dá)到一預(yù)定的較低限時(shí)將補(bǔ)充的介質(zhì)流體供入上述馬達(dá)和泵裝置的裝置。
17.一種從海床井中抽吸井中流體的海底抽吸系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償器，上述壓力補(bǔ)償器包括一個(gè)可變?nèi)莘e的容器包括與從海床井口抽吸的各種壓力的井中流體連通的裝置，和與上述井中流體密封、與上述海底抽吸系統(tǒng)的馬達(dá)和泵的冷卻和潤(rùn)滑的介質(zhì)流體連通的裝置；和用于對(duì)貼靠著上述介質(zhì)流體的上述介質(zhì)流體連通裝置加上機(jī)械偏壓的裝置，以在高于上述井中流體壓力的壓差上對(duì)上述介質(zhì)流體加壓。
18.權(quán)利要求17的壓力補(bǔ)償器，還包括將上述介質(zhì)流體加壓到基本穩(wěn)定壓差的裝置。
19.權(quán)利要求17的壓力補(bǔ)償器，其中上述壓力補(bǔ)償器包括可伸展的容器，其內(nèi)腔與上述井中流體連通，其外表面與上述介質(zhì)流體連通。
20.權(quán)利要求19的壓力補(bǔ)償器，其中上述偏壓裝置包括迫使上述可伸展容器的外表面貼靠上述介質(zhì)流體的裝置，以對(duì)上述介質(zhì)流體加壓。
21.權(quán)利要求19的壓力補(bǔ)償器，其中上述可伸展的容器包括至少一個(gè)感壓箱。
22.權(quán)利要求21的壓力補(bǔ)償器，其中上述可伸展的容器包括多個(gè)基本軸向?qū)?zhǔn)的感壓箱。
23.權(quán)利要求21的壓力補(bǔ)償器，其中上述至少一個(gè)感壓箱可軸向伸展，上述壓力補(bǔ)償器包括能基本防止上述感壓箱在垂直于上述軸向的橫向上的移動(dòng)。
24.權(quán)利要求23的壓力補(bǔ)償器，其中上述基本防止上述感壓箱橫向移動(dòng)的裝置包括至少一根放置在上述感壓箱外部附近并基本沿上述軸向伸展的桿。
25.權(quán)利要求24的壓力補(bǔ)償器，其中上述至少一根桿支撐上述偏壓裝置。
26.權(quán)利要求25的壓力補(bǔ)償器，其中上述偏壓裝置包括至少一個(gè)壓簧。
27.權(quán)利要求21的壓力補(bǔ)償器，其中上述壓力補(bǔ)償器包括至少一個(gè)用以限制上述至少一個(gè)感壓箱軸向移動(dòng)的機(jī)械止動(dòng)裝置。
28.權(quán)利要求27的壓力補(bǔ)償器，其中上述至少一個(gè)機(jī)械止動(dòng)裝置放置在至少一個(gè)感壓箱的內(nèi)側(cè)，一旦上述介質(zhì)流體的壓力達(dá)到限定的上限時(shí)阻止上述感壓箱的軸向移動(dòng)。
29.權(quán)利要求27的壓力補(bǔ)償器，其中上述至少一個(gè)機(jī)械止動(dòng)裝置放置在上述至少一個(gè)感壓箱的外側(cè)，一旦上述介質(zhì)流體的壓力達(dá)到預(yù)定的較低限時(shí)阻止上述感壓箱的軸向移動(dòng)。
30.權(quán)利要求19的壓力補(bǔ)償器，其中上述偏壓裝置包括多個(gè)從壓簧、拉簧及其組合中選出的彈簧。
31.權(quán)利要求19的壓力補(bǔ)償器，其中上述壓力補(bǔ)償器包括在上述介質(zhì)流體的體積減少時(shí)伸展上述可伸展容器的裝置。
全文摘要
一種用于海底抽吸系統(tǒng)(1)從深海井口抽吸流體的壓力補(bǔ)償器(28)包括:頂部組件(3),海底組件(5)及頂部(3)和海底組件(5)之間的臍狀連接件(7)。液壓流體通過(guò)海底組件(5)循環(huán),以冷卻和潤(rùn)滑馬達(dá)(21)和泵(23)。液壓冷卻和潤(rùn)滑流體最好是能與抽吸流體相容的單介質(zhì)流體,它通過(guò)由感壓箱組件(71)構(gòu)成的水下壓力補(bǔ)償器(28)進(jìn)行循環(huán)。壓力補(bǔ)償器(28)響應(yīng)抽吸流體的壓力并將液壓冷卻和潤(rùn)滑流體加壓到高于抽吸流體的壓力。在系統(tǒng)中由于漏泄或熱膨脹,液壓冷卻和潤(rùn)滑流體的體積增加和減小時(shí),壓力補(bǔ)償器作出響應(yīng),從而保持液壓流體的壓力。
文檔編號(hào)F04C13/00GK1257564SQ98805233
公開(kāi)日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1998年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月20日
發(fā)明者查爾斯·P·奈拉斯, 小克里弗德·H·坎彭, 約瑟夫·M·庫(kù)亞斯基 申請(qǐng)人:西屋行政管理服務(wù)有限責(zé)任公司