Система и способ для измерения давления с использованием индуктивного элемента

СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Примеры системы и способов относятся к устройству датчика и к системе и способу измерения давления. Приведенный в качестве примера способ содержит этапы, на которых подают электромагнитную энергию на преобразователь, который выполнен с возможностью отражать электромагнитную энергию на частоте звона, определяемой индуктивностью преобразователя,при котором индуктивность меняется в ответ на сжатие индуктивного элемента. Частота звона электромагнитной энергии, отраженной преобразователем, коррелирует с величиной давления. Область изобретения Настоящее изобретение относится к преобразователям давления, таким как преобразователи, которые смещают частоту отраженного сигнала в ответ на давление. Предшествующий уровень техники Известны устройства, используемые для мониторинга условия в скважине, которые могут быть относительно жесткими. Такие условия в скважине включают, помимо прочих, температуру и давление. Краткое описание изобретения Заявленное изобретение поясняется на примере устройства датчика. Устройство датчика содержит 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. Также для рассмотрения предлагается пример системы для измерения давления в скважине. Система содержит средство для генерирования электромагнитной энергии и средство для модуляции электромагнитной энергии. Модулирующее средство включает индуктивный элемент, содержащий 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. Способ включает этап, на котором подают электромагнитную энергию на преобразователь, который выполнен с возможностью отражения электромагнитной энергии на частоте"звона", определяемой индуктивностью преобразователя, при котором индуктивность меняется в ответ на сжатие индуктивного элемента. Частота "звона" электромагнитной энергии, отраженной преобразователем, коррелирует с величиной давления. Краткое описание чертежей Другие преимущества и признаки, описанные ниже, будут более понятны специалистам из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано: 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. Подробное описание На фиг. 1 показан 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 по 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 содержать керамику на основе других металлов. На фиг. 2 показан иллюстративный способ 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 полу-1 019220 чения 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 определяется 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, фторэластомеры (например, Viton) и перфторэластомеры (например, Rflrez), могут твердеть при комнатной температуре в отсутствие 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(204,44 С) 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 показана иллюстративная система 300 для измерения давления в скважине, в которой используется иллюстративный индукционный датчик. Иллюстративная система 300 может быть телеметрической системой, например, описанной в заявке на патент США 11/394186, поданной 31 марта 2006 г., 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 et al.); 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,-2 019220 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 процессор 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 иллюстративный процесс использования преобразователя, содержащего иллюстративный 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 показано иллюстративное устройство 500, имеющее 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 иллюстративным 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. Датчик давления, содержащий сосуд, включающий в себя отверстие; фасонный эластомер, который расположен внутри сосуда и который соответствует, по меньшей мере, частично форме сосуда; ферромагнитный материал, внедренный в фасонный эластомер в форме дискретных частиц, при этом процентное отношение по весу ферромагнитных частиц является таким, что индуктивность фасонного эластомера изменяется на заданную величину для данного сжатия фасонного эластомера; и передающий усилие элемент, расположенный между фасонным эластомером и отверстием. 2. Датчик по п.1, дополнительно содержащий емкостной элемент, соединенный с фасонным эластомером. 3. Датчик по п.2, в котором емкостной элемент менее чувствителен к температуре и давлению, чем фасонный эластомер. 4. Датчик по п.2, в котором фасонный эластомер и емкостной элемент содержат параллельный резонансный контур. 5. Система для измерения давления в скважине, содержащая средство для генерирования электромагнитной энергии; средство для частотной модуляции электромагнитной энергии, в которой модулирующее средство содержит индуктивный элемент, расположенный дистанционно от средства для генерирования электромагнитной энергии и содержащий фасонный эластомер и ферромагнитный материал, внедренный в фасонный эластомер в форме дискретных частиц, при этом процентное отношение по весу ферромагнитных частиц выбрано так, чтобы индуктивность фасонного эластомера менялась на заданную величину для данного сжатия фасонного эластомера; средство для приема модулированной электромагнитной энергии и средство для преобразования модулированной электромагнитной энергии в определяемое давление. 6. Система по п.5, в которой средство для генерирования электромагнитной энергии содержит генератор электромагнитных импульсов. 7. Система по п.5, в которой средство для модуляции содержит емкостной элемент, соединенный с индуктивным элементом. 8. Система по п.7, в которой емкостной элемент менее чувствителен к температуре и давлению, чем индуктивный элемент. 9. Система по п.5, в которой средство для приема модулированной электромагнитной энергии содержит расположенный на поверхности радиоприемник. 10. Система по п.5, в которой средство для преобразования модулированной электромагнитной энергии в определяемое давление преобразует указанную энергию с использованием справочных таблиц известной корреляции давления и модуляции.