Способ измерения давления с использованием индуктивного элемента

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Предложен способ измерения давления с использованием преобразователя, имеющего сжимаемый индуктивный элемент, согласно которому подают электромагнитную энергию на преобразователь,выполненный с возможностью отражать электромагнитную энергию на частоте звона,определяемой индуктивностью преобразователя, в котором индуктивность меняется в ответ на сжатие индуктивного элемента, и соотносят частоту звона электромагнитной энергии, отраженной преобразователем, с величиной давления. Изобретение относится к способам измерения давления с использованием преобразователей давления, таких как преобразователи, которые смещают частоту отраженного сигнала в ответ на давление. Известны устройства, используемые для мониторинга условия в скважине, которые могут быть относительно жесткими. Такие условия в скважине включают, помимо прочих, температуру и давление. Заявленное изобретение поясняется на примере использования устройства датчика, содержащего фасонный эластомер и ферромагнитный материал, внедренный в форме дискретных частиц в фасонный эластомер, в котором процентное отношение (по весу) ферромагнитных частиц выбирают так, чтобы индуктивность фасонного эластомера менялась на заранее определенную величину, для данного сжатия фасонного эластомера. В примере способа измерения давления используют преобразователь, который содержит сжимаемый индуктивный элемент. В способе измерения давления с использованием преобразователя, имеющего сжимаемый индуктивный элемент, согласно изобретению подают электромагнитную энергию на преобразователь, выполненный с возможностью отражать электромагнитную энергию, на частоте звона,определяемой индуктивностью преобразователя, в котором индуктивность меняется в ответ на сжатие индуктивного элемента, и соотносят частоту звона электромагнитной энергии, отраженной преобразователем, с величиной давления. Предпочтительно электромагнитную энергию излучают в форме непрерывной волны или в форме импульса. Предпочтительно частоту звона соотносят с величиной давления, используя справочную таблицу. Преимущества и признаки заявленного изобретения будут более понятны специалистам из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых фиг. 1 - пример индуктивного датчика для измерения давления; фиг. 2 - диаграмма последовательности, иллюстрирующая пример процесса изготовления индуктивного датчика с фиг. 1; фиг. 3 - пример системы измерения давления в скважине; фиг. 4 - диаграмма последовательности, иллюстрирующая пример процесса измерения давления в скважине; фиг. 5 - пример индуктивного датчика и корпуса для измерения давления; фиг. 6 - диаграмма последовательности, иллюстрирующая процесс измерения в сжимаемом сосуде. На фиг. 1 представлен пример индуктивного датчика для измерения давления. Как показано на фиг. 1, индуктивный датчик 100 можно сконфигурировать как ферритовый сердечник в форме фасонного эластомера, который содержит ферромагнитный материал так, что индуктивность индуктивного элемента изменяется как функция сжатия фасонного эластомера под действием давления окружающей среды. Ферритовый сердечник можно формировать в форме кольца для соединения с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной в пробуренной скважине, или в любой другой форме для достижения требуемой реакции или требуемых характеристик. Датчик 100 согласно настоящему изобретению можно формировать из ферромагнитного материала,который отливают с использованием эластомерного заливочного агента, например силиконового каучука или любого другого эластомерного материала по желанию. Индуктивный датчик 100 может содержать ферромагнитную смесь различных ферромагнитных материалов (или частиц), например оксиды железа,железный порошок или любые другие подходящие материалы по желанию. Содержание по весу каждого магнитного материала в ферромагнитной смеси определяет различные параметры индуктивного датчика 100, к которым могут относиться, помимо прочих, величина импеданса, потери в сердечнике, частотная характеристика, температурная характеристика, коэффициент добротности (Q), допустимая мощность и любые другие управляемые параметры или характеристики. Благодаря физическим свойствам ферромагнитной смеси индуктивный датчик 100 можно сжимать внешней силой, например давлением, так, что величина индуктивности датчика 100 будет меняться в ответ на внешнюю силу. Специалистам понятно,что ферромагнитный материал не обязательно должен содержать соединения железа, но может быть содержать керамику на основе других металлов. На фиг. 2 проиллюстрирован пример способа изготовления индуктивного датчика по фиг. 1. На этапе 200 ферромагнитный материал можно смешивать с жидким эластомерным материалом для формирования смеси эластомера с ферромагнитным материалом. Ферромагнитный материал может содержать смесь различных магнитных материалов на основе ферромагнетиков. Материал можно добавлять в различных весовых количествах для придания требуемой твердости каучуковой матрице и получения требуемых параметров и характеристик индуктивного датчика 100, такого как, например, индуктивность. Жидкий эластомерный материал может содержать любое количество известных эластомеров, например аморфных полимеров или других материалов на основе силикона. На этапе 202 смесь ферромагнитного материала и эластомера переносят в форму, имеющую форму,например, кольца, цилиндра или любую другую желаемую форму. На этапе 204 смесь ферромагнитного материала и эластомера в форме отверждают при любой подходящей температуре (например, при комнатной температуре или выше) для формирования индуктивной структуры. Температура твердения оп-1 021214 ределяется составом материала смеси ферромагнитного материала и эластомера. Температуру твердения можно определить по тому, является ли эластомер насыщенным или ненасыщенным материалом. Например, насыщенные эластомеры, такие как силикон, фтороэластомеры (например, Viton ) и перфторэластомеры (например, Rflrez ) могут твердеть при комнатной температуре в отсутствии катализатора или отверждающего агента для вулканизации. Ненасыщенные материалы, такие как полиизопрен (например, бутиловый каучук) и полибутадиен (например, нитрил), например, требуют введения отверждающего агента, например, серы, для проведения вулканизации. В зависимости от состава эластомерных материалов индуктивный датчик 100 может быть изготовлен в расчете на температуры до 400F(204,44C) и выше. На этапе 206 индуктивную структуру можно деаэрировать для удаления пузырьков. Деаэрация позволяет управлять вспениванием индуктивного датчика и получать воспроизводимые результаты. Специалистам понятно, что можно использовать любой известный способ или процесс деаэрации. Если индуктивный датчик 100 должен использоваться в среде, в которой могут присутствовать загрязнения, этот индуктивный датчик можно сконфигурировать так, чтобы он содержал защитное покрытие и/или установить его в защитном корпусе. На этапе 208 индуктивный датчик можно заключить в защитный материал, например, такой как Teflon , и/или поместить в сосуд, выполненный в форме цилиндра, или в любое другое подходящее инкапсулирующее средство. Специалистам понятно, что предлагаемый способ может выполняться машиной. На фиг. 3 показан пример системы 300 для измерения давления в скважине, в которой используется пример индукционного датчика. Система 300 может быть телеметрической системой, например, описанной в заявке на патент США 11/394,186, поданной 31 марта 2006 года, и дополнительную информацию о такой телеметрической системе можно найти в этой заявке, содержание которой полностью включено в настоящее описание путем отсылки. Телеметрическая система 300 содержит средство, такое как сигнальный процессор 302, для генерирования электромагнитной энергии и подачи этой электромагнитной энергии на передающее средство(не показано), такое как обсадная или эксплуатационная колонна. Генератор 302 сигнала может генерировать электромагнитную энергию, например, в форме импульса (например, в форме последовательности или серии импульсов или ЛЧМ-импульсов), или в форме непрерывной волны. Электромагнитная энергия может генерироваться в диапазоне, определенном между сигналами с требуемым низким разрешением (например, 1 импульс в секунду) и сигналами с требуемым высоким разрешением (например, 20 кГц или выше). Модулирующее средство, например один или более скважинных преобразователей 304, соединены с эксплуатационной колонной для взаимодействия с ней и модулирования по меньшей мере части электромагнитной энергии импульса на "частоте звона". Принимающее средство, например приемник 306, расположенный на поверхности или рядом с поверхностью,принимает электромагнитную энергию, которая отражена преобразователями 304 на частоте звона. Приемник 306 дискретизирует электромагнитную энергию с частотой, значительно превышающей либо частоту звона, либо частоты электромагнитной энергии так, чтобы можно было воспроизвести оригинальный сигнал. В варианте, в котором электромагнитная энергия имеет форму электромагнитного импульса, используется генератор электромагнитных импульсов. Неядерные средства генерирования электромагнитных импульсов хорошо известны специалистам в области ядерного оружия. Такие генераторы электромагнитных импульсов обычно используются для испытаний электронных устройств, путем имитации электромагнитных импульсов ядерного взрыва. См., например, патенты США 3562741 (McEvoy etal.); 4430577 (Bouquet); 4845378 (Garbe et al.); 5150067 (McMillan)/ Как показано на фиг. 3, один или более преобразователей 304 могут содержать индуктивный элемент 308, например, индуктивный датчик 100, и емкостной элемент 310. Индуктивный датчик 100 может быть выполнен с возможностью измерять характеристику, например, давление, в скважине, в наблюдаемом диапазоне сжатий, и модулировать частоту электромагнитной энергии на основе сжатия. Емкостной элемент 310 соединен с индуктивным элементом 308 для формирования параллельного резонансного контура. Емкостной элемент 310 может быть выполнен так, чтобы быть менее чувствительным к температуре и давлению, чем индуктивный элемент 308. Когда телеметрическая система 300 содержит множество преобразователей 304, каждый преобразователь 304 может быть выполнен с возможностью работы на индивидуальной "частоте звона". Например,каждый преобразователь 304 может содержать индуктивный элемент 308, имеющий индивидуальное содержание (т.е. весовые соотношения, весовые проценты) ферромагнитного материала, что позволяет получить разную чувствительность к давлению во множестве преобразователей 304. Приемник 306 может содержать обрабатывающее средство, например процессор 312. Специалистам понятно, что процессор 312 по желанию может быть реализован в форме компьютера или другого подходящего аппаратного и/или программного обрабатывающего средства. Перед введением преобразователя 304 в скважину, модулирующую частоту (частоту звона) преобразователя 304 можно откалибровать,используя графический пользовательский интерфейс, связанный с процессором 312. В результате про-2 021214 цессор 312 может быть выполнен с возможностью хранения информации (например, справочных таблиц,файлов и/или баз данных), которые связывают различные величины частоты звона с наблюдаемыми диапазонами сжатия индуктивного элемента 308. На фиг. 4 приведена диаграмма последовательности, демонстрирующая пример процесса использования преобразователя, содержащего индуктивный элемент 100 в телеметрической системе 300. На этапе 400 генератор 302 импульсов генерирует электромагнитную энергию и подает электромагнитную энергию на преобразователь 304 по эксплуатационной колонне. Преобразователь 304, соединенный с эксплуатационной колонной, взаимодействует с электромагнитной энергией и отражает электромагнитную энергию на частоте звона, определяемой индуктивным элементом 308 преобразователя 304. Индуктивность индуктивного элемента 308 может меняться в соответствии со степенью, в которой индуктивный элемент сжат наблюдаемым давлением в скважине. На этапе 402 приемник 306 принимает электромагнитную энергию. На основе предшествующей калибровки, процессор 312 приемника 306 использует средства, такие как справочные таблицы, для соотнесения частоты звона полученной электромагнитной энергии с величиной давления (этап 404). Например, процессор 312 определяет величину индуктивности индуктивного элемента 308 на основе частоты звона преобразователя 304. Процессор 312 соотносит величину индуктивности индуктивного элемента 308 со степенью сжатия индуктивного элемента 308. Процессор 312 затем связывает сжатие индуктивного элемента 308 с давлением в скважине. На фиг. 5 показан пример устройства 500, имеющего индуктивный датчик 502, установленный в корпусе. Как показано на фиг. 5, индуктивный датчик 502 инкапсулирован в сосуд 504. Индуктивный датчик 502 может быть выполнен с возможностью обладания физическими свойствами и характеристиками, описанными в отношении индуктивного датчика 100 по фиг. 1. Индуктивный датчик 502 также может иметь любую форму, определяемую сосудом 500, и/или форму, подходящую для создания требуемой реакции внутри сосуда 504. Сосуд 504 также содержит силовой элемент 506, например, поршень,и порт 508 для подачи нагрузки на силовой элемент 506. С сосудом может быть соединен процессор 510 для расчета давления в сосуде на основе индуктивности индуктивного датчика 502. На фиг. 6 приведена диаграмма последовательности, иллюстрирующая способ измерения давления с использованием индуктивного датчика 502 по фиг. 5. На этапе 600 на силовой элемент 506, например,поршень, сосуда подают давление так, чтобы индуктивный элемент 502 сжался. На этапе 602 процессор 510 отслеживает и регистрирует измерение индуктивности индуктивного датчика 502. На этапе 504 процессор 510 определяет наблюдаемую степень сжатия индуктивного датчика 502 на основе измеренной индуктивности индуктивного датчика 502. Процессор 510 соотносит найденное сжатие с давлением в сосуде 504 (этап 606). Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на конкретные варианты, это описание является чисто пояснительным и не ограничивает настоящее изобретение, поскольку существуют многочисленные варианты. Специалистам понятны многочисленные модификации и варианты применения, не выходящие за пределы объема изобретения, определенного приложенной формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ измерения давления с использованием преобразователя, имеющего сжимаемый индуктивный элемент, согласно которому подают электромагнитную энергию от средства для генерирования электромагнитной энергии на преобразователь, включающий в себя фасонный эластомер и ферромагнитный материал, в виде частиц внедренный в эластомер и выполненный с возможностью отражать электромагнитную энергию на частоте звона, определяемой индуктивностью преобразователя, при этом процентное содержание по весу ферромагнитного материала выбирают так, чтобы индуктивность менялась в ответ на сжатие индуктивного элемента, и соотносят частоту звона электромагнитной энергии, отраженной преобразователем, с величиной давления. 2. Способ по п.1, при котором электромагнитную энергию излучают в форме непрерывной волны. 3. Способ по п.1, при котором электромагнитную энергию излучают в форме импульса. 4. Способ по п.1, при котором частоту звона соотносят с величиной давления, используя справочную таблицу.