压力传感器封壳的制作方法

本公开的实施例总体上涉及压力变送器，并且更具体地涉及压力传感器封壳。

背景技术：

钻井系统利用压力变送器来测量井眼内的井底压力。这种压力变送器包括使用隔离器(例如波纹管或隔膜)与井眼流体隔离的压力传感器。井眼流体的压力通过隔离器由压力传感器感测。感测到的压力可以通过电缆传送到表面。

技术实现要素：

本公开的实施例涉及与压力变送器一起使用的压力传感器封壳以及方法。压力传感器封壳的一个实施例包括封壳主体，隔离器，压力传感器和流体填充通道。封壳主体限定了处理腔。隔离器由封壳主体支撑并暴露于处理腔。压力传感器产生传感器输出，该传感器输出表示内腔中的压力，该内腔通过隔离器与处理腔隔离。流体填充通道从处理腔延伸到内腔。

在该方法的一个实施例中，提供了压力传感器封壳。压力传感器封壳包括限定处理腔的封壳主体，由封壳主体支撑并暴露于处理腔的隔离器，具有指示内腔中的压力的传感器输出的压力传感器，以及从处理腔延伸到内腔的流体填充通道，内腔通过隔离器与处理腔隔离。内腔通过流体填充通道填充有隔离流体。然后密封流体填充通道。

本实用新型内容被提供以简化形式介绍在下文的具体实施方式中被进一步描述的概念的选择。该实用新型内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。要求保护的主题不受限于解决在背景技术中指出的任何缺点或所有缺点的实现方式。

附图说明

图1是根据本公开的实施例形成的在示例性井眼中的压力变送器的简化剖视图。

图2是根据本公开的实施例形成的压力传感器封壳的简化剖视图。

图3是图2的压力传感器封壳的简化剖视图，压力传感器封壳填充有隔离流体并位于示例性井眼内。

具体实施方式

在下文中参照附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或类似附图标记被识别的元件指相同或类似的元件。然而，本公开的各种实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。

图1是根据本公开的实施例形成的压力变送器100的简化剖视图。在一些实施例中，压力变送器100可以采取被构造成定位在井眼101内的井下压力变送器的形式，如图1所示。变送器100包括支撑在壳体104中的压力传感器封壳102。壳体104还可以包括代表附加部件的主体105。例如，封壳102可以通过螺纹连接附接到邻接的部件105。壳体104可以在远端108处包括开口106，开口106允许由箭头110指示的井眼流体的进入，以将压力传感器封壳102的一部分暴露于井眼流体压力。

在一些实施例中，在内部主体115和壳体104之间形成密封件114。主体115可以包括封壳102或变送器100的另一部件(105)。密封件114防止井眼流体110逸出到表面。另外，密封件114将压力传感器封壳102分成通过工具壳体104暴露于大气压力的上部116和暴露于井眼流体压力的下部118。

在一些实施例中，封壳102包括封壳主体122，隔离器124和压力传感器126。封壳主体122(其可以是主体115的部件)限定处理器腔128，处理器腔128被构造为当被定位在井眼101中时暴露于井眼流体110，如图1所示。

隔离器124由封壳主体122支撑并暴露于处理腔128。隔离器124可以采取波纹管，隔膜或用于压力变送器的其他合适的隔离器的形式。

压力传感器封壳102包括内腔130，内腔130可填充有隔离流体132。内腔130和流体132通过隔离器124与处理腔128隔离。处理腔128中的压力通过隔离器124被传送到腔130中的隔离流体132。

压力传感器126产生传感器输出134，传感器输出134指示内腔130中的压力，因此指示处理腔128中的压力。示例性压力传感器126包括压阻应变仪，压电传感器或以传统方式布置以检测内腔130中的压力的另一合适的传感器。

在一些实施例中，变送器100包括传感器电路136，传感器电路136处理来自压力传感器126的传感器输出134，并以常规方式将数据138传送到表面。传感器电路136对传感器输出134的处理可以包括基于温度和/或其它参数来补偿传感器输出134，数字化传感器输出134和/或其他传统的传感器信号处理。数据138可以包括由传感器126感测到的压力，温度读数和其他数据。

在一些实施例中，压力传感器封壳102包括流体填充通道140，流体填充通道140用于用隔离流体132填充内腔130。在一些实施例中，流体填充通道140从处理腔128延伸到内腔130，如图1所示。

在压力变送器100从井眼101移除的情况下，隔离流体132可以通过在流体填充通道140的暴露于处理腔128的端部143处的填充端口142被驱动到内腔130中，如图1中的箭头144所示。然后密封流体填充通道140的端部143(未示出)，从而密封内腔130。当压力传感器100位于井眼101中时，端部143位于暴露于井眼流体压力的下部118中。

流体填充通道140和内腔130的密封要求其能够在内腔130中的隔离流体132与该处理腔128内的井眼流体110的压力之间的压差下保持密封。在一些实施例中，内腔130由隔离器124加压。例如，腔130内的隔离流体132与处理腔128中的井眼流体之间的压差可以相对较小，例如100psi。

与井下压力变送器的常规流体填充通道相比，上述装置提供了极大的优点。例如，常规的井下压力变送器利用流体填充通道145(虚线)，流体填充通道145从内腔130延伸并穿过封壳主体122至位于主体115的上部116中并在使用变送器100时暴露于大气条件的位置。由于大气条件的相对于封壳主体122的下部118处的井眼流体压力的低压，常规流体填充通道145的流体保持要求必须比根据本公开的实施例形成的封壳102的流体填充通道140更强健。结果，变送器100可以比传统的井下压力变送器更紧凑地形成(即，更小的直径)。

压力传感器封壳102的一些实施例包括限定流体填充通道140的至少一部分的填充管146。在一些实施例中，填充管146延伸到处理腔128中。填充管146也可以延伸穿过处理腔128并在封壳主体122的外部，如图1所示。这使得容易访问管146的端部143处的填充端口142。

可以使用任何合适的技术来密封填充管146。在一些实施例中，填充管146由金属形成，并且端部143可被卷曲和/或焊接以密封填充管146，流体流动通道140和内腔130。

图2和图3是根据本公开的一个或多个实施例形成的压力传感器封壳102的简化侧面剖视图。压力传感器封壳102是压力变送器100的部件，并且可以由主体105支撑或形成为主体105的部件。图3还示出了被支撑在井眼101中的压力传感器封壳102。

在图示的实施例中，隔离器124包括波纹管150，波纹管150封闭或限定内腔130的至少一部分。波纹管150可以由任何合适的材料形成，例如金属，橡胶，塑料和/或另一种合适的材料。在一些实施例中，波纹管150包括远端盖152，近端盖154和挠性侧壁156。

波纹管150可以是圆柱形的，并且与轴线158基本同轴，该轴线可以与传感器封壳102和主体105同轴。端盖152暴露于处理腔128，并且被构造成响应波纹管150的挠性侧壁156的膨胀和收缩以沿着轴线158移动。端盖154可附接(例如，焊接)到封壳主体122，以固定其相对于封壳主体122的位置。

在一些实施例中，波纹管150的自由或静止状态是紧凑状态，其中端盖152被挠性侧壁156沿轴线158朝向端盖154拉动。例如，可以通过封壳主体122的肩部160来限制端盖152的该移动，如图2所示。如图3所示，具有隔离流体132的波纹管150的膨胀对内腔130加压并使端盖152沿着轴线158移位。在一些实施例中，封壳主体122包括肩部161，肩部161限制端盖152沿着轴线158朝封壳主体122的远端的移动。

如上所述，填充管146可以延伸穿过处理腔并在封壳主体122的外部，如图1-3所示。在一些实施例中，使用任何合适的技术，例如通过将管146焊接到端盖152，将填充管146附接到端盖152。如图2所示，流体填充通道140也可以延伸穿过端盖152。流体填充通道140也可以通过另一合适的通道到达内腔130。

如图2中的箭头160所示，通过将隔离流体注入通过填充管146的暴露端143的填充端口142，内腔130可以填充有期望的隔离流体132(图3)。在一些实施例中，隔离流体132沿着流体流动通道140行进通过管146和端盖152并进入内腔130，如箭头162所示。通过沿着轴线158朝向压力传感器封壳102的远端驱动端盖152，隔离流体132通过流体填充通道140注入腔130中使波纹管150膨胀，并且对内腔130加压。然后，可以密封流体填充通道140，如图3所示。例如，填充管146的端部143可以在163处卷曲和/或焊接以密封端口142，流体填充通道140和内腔130，如图3所示。

为了精确的压力测量，隔离流体132保持液体形式是重要的。因此，当变送器100经受井眼101内的温度和压力范围时，隔离流体132不应含有溶液中的任何气体，并且流体本身不应当在内腔130内沸腾或部分地变成蒸气。

在一些实施例中，内腔130中的压力大于环境压力大约50psi，大约100psi，大约150psi或大约200psi或更大。腔130内的隔离流体132的这种加压允许压力传感器封壳102利用比如果内腔130不以这种方式被加压的情况下可能使用的隔离流体更便宜的隔离流体。例如，在一些实施例中，隔离流体132在200℃和大气压力下的蒸气压为约1-7.0Torr，大于1.0Torr，大于2.0Torr，大于3.0Torr，大于4.0Torr，大于5.0Torr，或大于6.0Torr。一种合适的隔离流体132是MultiTherm PG-1矿物油，其在200℃和大气压下的蒸气压为6.4Torr。这可以与更昂贵的隔离流体相比较，例如DuPont公司生产的Krytox L-15，其在200℃和大气压下的蒸气压为0.1Torr，这是对隔离流体施加显著地较低的压力(例如35psi)的隔离器(例如圆形箔隔膜隔离器)需要使用的昂贵隔离流体。

本公开的一些实施例涉及一种方法。在该方法的一些实施例中，提供了根据本公开的一个或多个实施例形成的压力传感器封壳102。接下来，通过流体填充通道140将内腔130填充隔离流体132，并且将流体填充通道140密封，如上面参考图1-3所讨论的。

在一些实施例中，压力传感器封壳102包括填充管146，填充管146限定流体填充通道140的至少一部分并延伸穿过处理腔128。通过密封填充管146，例如通过卷曲和/或焊接填充管146的端部143以密封流体填充通道140和内腔130。

在一些实施例中，封壳102的隔离器124包括波纹管150，波纹管150包围并限定内腔130的至少一部分，如图2和3所示。在一些实施例中，波纹管150包括端盖152，填充管146附接到端盖152。如图2和3所示，端盖152还可以包括限定流体填充通道140的一部分的开口。在该方法的一些实施例中，波纹管对容纳在内腔130中的隔离流体132施加例如大约50psi，100psi，150psi或200psi的较大压力。

在该方法的一些实施例中，传感器封壳102被定位在井眼101中，如图1和3所示。处理腔128暴露于井眼中的压力，这影响内腔130中的压力。使用压力传感器126感测内腔130中的压力，该压力传感器126指示井眼中的压力。指示感测到的压力的传感器输出134由压力传感器126产生。

尽管已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离本公开的精神和范围。