(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバを画定するカプセル本体と、
前記カプセル本体によって支持され、前記プロセスチャンバにさらされるアイソレータと、
前記アイソレータによって前記プロセスチャンバから隔離された内部チャンバの内部の圧力を示すセンサ出力を有する圧力センサと、
前記プロセスチャンバから前記内部チャンバに延在する流体充填経路と、
前記流体充填経路の少なくとも一部を画定する充填管と、を含み、
前記充填管は、前記プロセスチャンバに延在し、前記充填管の端部が、前記プロセスチャンバを通って前記カプセル本体の外側に延在する、圧力センサカプセル。
【請求項２】
前記アイソレータは、前記内部チャンバの少なくとも一部を囲むベローズを含む、請求項１に記載の圧力センサカプセル。
【請求項３】
前記流体充填経路は、前記ベローズによって囲まれた前記内部チャンバの前記一部に延在する、請求項２に記載の圧力センサカプセル。
【請求項４】
前記ベローズの遠位端は、前記プロセスチャンバにさらされる第１のエンドキャップを含み、前記流体充填経路は、前記第１のエンドキャップを通って延在する、請求項３に記載の圧力センサカプセル。
【請求項５】
前記流体充填経路の少なくとも一部を画定し、前記プロセスチャンバに延在する充填管をさらに含む、請求項４に記載の圧力センサカプセル。
【請求項６】
前記充填管の第１の端部は、前記第１のエンドキャップに取り付けられる、請求項５に記載の圧力センサカプセル。
【請求項７】
前記充填管は、前記第１のエンドキャップに溶接される、請求項６に記載の圧力センサカプセル。
【請求項８】
前記充填管の第２の端部は、前記プロセスチャンバを通って前記カプセル本体の外側に延在する、請求項６に記載の圧力センサカプセル。
【請求項９】
前記アイソレータは、前記ベローズの近位端に取り付けられた第２のエンドキャップを含む、請求項４に記載の圧力センサカプセル。
【請求項１０】
前記内部チャンバは、隔離流体で満たされ、前記流体充填経路は封止される、請求項９に記載の圧力センサカプセル。
【請求項１１】
前記ベローズは、前記内部チャンバの内部の前記隔離流体に、周囲圧力よりも５０ｐｓｉ（０．３４ＭＰａ）より大きい圧力を印加する、請求項１０に記載の圧力センサカプセル。
【請求項１２】
前記センサ出力を処理するように構成されたトランスミッタ電子回路をさらに備える、請求項１に記載の圧力センサカプセル。
【請求項１３】
プロセスチャンバを画定するカプセル本体と、
前記カプセル本体によって支持され、前記プロセスチャンバにさらされるアイソレータと、
前記アイソレータによって前記プロセスチャンバから隔離された内部チャンバの内部の圧力を示すセンサ出力を有する圧力センサと、
前記プロセスチャンバから前記内部チャンバに延在する流体充填経路と、
前記プロセスチャンバを通って延在し、前記流体充填経路の少なくとも一部を画定する充填管と、
を含み、前記充填管の端部が、前記プロセスチャンバを通って前記カプセル本体の外側に延在する、圧力センサカプセルを提供し、
前記流体充填経路を通る隔離流体で前記内部チャンバを充填し、
前記流体充填経路を封止する、ことを含む方法。
【請求項１４】
前記流体充填経路を封止することは、前記充填管を封止することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アイソレータは、前記内部チャンバの少なくとも一部を囲むベローズを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記充填管は、前記ベローズのエンドキャップに取り付けられ、
前記流体充填経路は、前記エンドキャップを通って延在する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、前記ベローズを使用して、周囲圧力よりも５０ｐｓｉ（０．３４ＭＰａ）より大きい圧力を前記隔離流体に印加することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセスチャンバを坑井内の圧力にさらし、
前記圧力センサを用いて、前記坑井内の圧力を示す前記内部チャンバの内部の圧力を感知し、
感知された前記圧力を示す前記センサ出力を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、圧力トランスミッタに関し、より具体的には、圧力センサカプセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削システムは、坑井内のボトムホール圧力を測定するために圧力トランスミッタを利用する。このような圧力トランスミッタは、ベローズまたはダイヤフラムなどのアイソレータを使用して坑井流体から隔離された圧力センサを含む。坑井流体の圧力は、アイソレータを介して圧力センサによって感知される。感知された圧力は、ケーブルを介して表層に伝達されてもよい。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の実施形態は、圧力トランスミッタと共に使用するための圧力センサカプセル、および方法を対象とする。圧力センサカプセルの一実施形態は、カプセル本体と、アイソレータと、圧力センサと、流体充填経路とを含む。カプセル本体は、プロセスチャンバを画定する。アイソレータは、カプセル本体によって支持され、プロセスチャンバにさらされる。圧力センサは、アイソレータによってプロセスチャンバから隔離された内部チャンバの内部の圧力を示すセンサ出力を生成する。流体充填経路は、プロセスチャンバから内部チャンバまで延在する。
【０００４】
本方法の一実施形態では、圧力センサカプセルが提供される。圧力センサカプセルは、プロセスチャンバを画定するカプセル本体と、カプセル本体によって支持され、プロセスチャンバにさらされるアイソレータと、アイソレータによってプロセスチャンバから隔離される内部チャンバの内部の圧力を示すセンサ出力を有する圧力センサと、プロセスチャンバから内部チャンバに延在する流体充填経路とを含む。内部チャンバは、流体充填経路を介して隔離流体で充填される。次に、流体充填経路が封止される。
【０００５】
この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を識別することを意図するものではなく、また、特許請求される主題の範囲を決定する際の助けとして使用されることを意図するものでもない。特許請求される主題は、背景技術に記載されたいずれか又は全ての欠点を解決する実装に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示的な坑井内に本開示の実施形態に従って形成された圧力トランスミッタの簡略断面図である。
【図２】本開示の実施形態に従って形成された圧力センサカプセルの簡略化された断面図である。
【図３】隔離流体で満たされ、例示的な坑井内に配置された、図２の圧力センサカプセルの簡略化された断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態をより完全に説明する。同じまたは類似の参照符号を使用して識別される要素は、同じまたは類似の要素を指す。しかし、本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。
【０００８】
図１は、本開示の実施形態に従って形成される圧力トランスミッタ１００の簡略化された断面図である。一実施形態では、圧力トランスミッタ１００は、図１に示すように、坑井１０１内に配置されるように構成されたダウンホール圧力トランスミッタの形態をとることができる。トランスミッタ１００は、ハウジング１０４内に支持された圧力センサカプセル１０２を含む。ハウジング１０４はまた、追加の構成要素を表す本体１０５を含むことができる。カプセル１０２は、例えば、ねじ継手を介して隣接する構成要素１０５に取り付けることができる。ハウジング１０４は、遠位端１０８に、圧力センサカプセル１０２の一部を坑井流体圧力にさらすために、矢印１１０によって示される坑井流体の流入を可能にする開口１０６を含むことができる。
【０００９】
一実施形態では、シール１１４は、内部本体１１５とハウジング１０４との間に形成される。本体１１５は、カプセル１０２またはトランスミッタ１００の別の構成要素（１０５）を含むことができる。シール１１４は、坑井流体１１０が地表に逃げるのを防止する。さらに、シール１１４は、圧力センサカプセル１０２を、ツールハウジング１０４を介して大気圧にさらされる上部１１６と、坑井流体圧力にさらされる下部１１８とに分割する。
【００１０】
一実施形態では、カプセル１０２は、カプセル本体１２２と、アイソレータ１２４と、圧力センサ１２６とを含む。カプセル本体１２２は、本体１１５の構成要素であってもよく、図１に示すように、坑井１０１内に配置されたときに坑井流体１１０にさらされるように構成されたプロセッサチャンバ１２８を画定する。
【００１１】
アイソレータ１２４は、カプセル本体１２２によって支持され、プロセスチャンバ１２８にさらされる。アイソレータ１２４は、ベローズ、ダイヤフラム、または圧力トランスミッタで使用するための他の適切なアイソレータの形をとることができる。
【００１２】
圧力センサカプセル１０２は、隔離流体１３２で満たされ得る内部チャンバ１３０を含む。内部チャンバ１３０及び流体１３２は、アイソレータ１２４によってプロセスチャンバ１２８から隔離されている。プロセスチャンバ１２８内の圧力は、アイソレータ１２４を介してチャンバ１３０内の隔離流体１３２に伝達される。
【００１３】
圧力センサ１２６は、内部チャンバ１３０内の圧力、したがってプロセスチャンバ１２８内の圧力を示すセンサ出力１３４を生成する。例示的な圧力センサ１２６は、内部チャンバ１３０内の圧力を検出するために既存の方法で配置されたピエゾ抵抗ひずみゲージ、ピエゾセンサ、または他の適切なセンサを含む。
【００１４】
一実施形態では、トランスミッタ１００は、圧力センサ１２６からのセンサ出力１３４を処理し、既存の方法でデータ１３８を表層に通信するセンサ回路１３６を含む。センサ回路１３６によるセンサ出力１３４の処理は、温度および／または他のパラメータに基づいてセンサ出力１３４を補償すること、センサ出力１３４をデジタル化すること、および／または他の既存のセンサ信号処理を含むことができる。データ１３８は、センサ１２６によって感知された圧力、温度読み取り値、及び他のデータを含むことができる。
【００１５】
一実施形態では、圧力センサカプセル１０２は、内部チャンバ１３０を隔離流体１３２で充填するために使用される流体充填経路１４０を含む。一実施形態では、流体充填経路１４０は、図１に示すように、プロセスチャンバ１２８から内部チャンバ１３０まで延在する。
【００１６】
圧力トランスミッタ１００を坑井１０１から取り外した状態で、隔離流体１３２を、図１の矢印１４４で示すように、プロセスチャンバ１２８に露出した流体充填経路１４０の端部１４３にある充填ポート１４２を通して内部チャンバ１３０内に送り込むことができる。次いで、流体充填経路１４０の端部１４３が密封され（図示せず）、それによって内部チャンバ１３０が密封される。圧力トランスミッタ１００が坑井１０１内に配置されると、端部１４３は、坑井流体圧力にさらされる下部１１８内にある。
【００１７】
流体充填経路１４０および内部チャンバ１３０の封止は、内部チャンバ１３０内の隔離流体１３２とプロセスチャンバ１２８内の坑井流体１１０の圧力との間の差圧にわたって封止を維持することができることを必要とする。一実施形態では、内部チャンバ１３０は、アイソレータ１２４によって加圧される。例えば、チャンバ１３０内の隔離流体１３２とプロセスチャンバ１２８内の坑井流体との間の差圧は、比較的小さく、例えば１００ｐｓｉとすることができる。
【００１８】
上述の構成は、ダウンホール圧力トランスミッタの既存の流体充填経路を超える著しい利点を提供する。例えば、既存のダウンホール圧力トランスミッタは、内部チャンバ１３０からカプセル本体１２２を通って、本体１１５の上部１１６にあり、トランスミッタ１００の使用中に大気条件にさらされる位置まで延びる流体充填経路１４５（仮想線）を利用する。カプセル本体１２２の下部１１８における坑井内の流体圧力に比べて大気条件の圧力が低いため、既存の流体充填経路１４５の流体保持要件は、本開示の実施形態に従って形成されたカプセル１０２の流体充填経路１４０よりも強固でなければならない。その結果、トランスミッタ１００は、既存のダウンホール圧力トランスミッタよりもコンパクトに（すなわち、より小さい直径に）形成することができる。
【００１９】
圧力センサカプセル１０２の一実施形態は、流体充填経路１４０の少なくとも一部を画定する充填管１４６を含む。一実施形態では、充填管１４６は、プロセスチャンバ１２８内に延びる。充填管１４６はまた、図１に示すように、プロセスチャンバ１２８を通ってカプセル本体１２２の外側に延びることができる。これにより、管１４６の端部１４３における充填ポート１４２へのアクセスが容易になる。
【００２０】
充填管１４６は、任意の適切な技術を用いて封止されてもよい。一実施形態では、充填管１４６は金属で形成され、端部１４３は、充填管１４６、流体流路１４０、および内部チャンバ１３０を密封するために圧着および／または溶接されてもよい。
【００２１】
図２および図３は、本開示の１つまたは複数の実施形態に従って形成された圧力センサカプセル１０２の簡略化された側面断面図である。圧力センサカプセル１０２は、圧力トランスミッタ１００の構成要素であり、本体１０５によって支えられている、またはその構成要素として形成されることがある。図３はまた、坑井１０１内に支持されている圧力センサカプセル１０２を示している。
【００２２】
図示された実施形態では、アイソレータ１２４は、内部チャンバ１３０の少なくとも一部を囲むか、または画定するベローズ１５０を備える。ベローズ１５０は、金属、ゴム、プラスチック、および／または他の適切な材料など、任意の適切な材料から形成されてもよい。一実施形態では、ベローズ１５０は、遠位エンドキャップ１５２と、近位エンドキャップ１５４と、可撓性側壁１５６とを含む。
【００２３】
ベローズ１５０は、円筒形であり、軸１５８と実質的に同軸であり得、軸１５８は、センサカプセル１０２および本体１０５と同軸であり得る。エンドキャップ１５２は、プロセスチャンバ１２８に露出しており、ベローズ１５０の可撓性側壁１５６の膨張及び収縮に応答して軸１５８に沿って移動するように構成されている。エンドキャップ１５４は、カプセル本体１２２に対してその位置を固定するために、カプセル本体１２２に取り付ける（例えば、溶接する）ことができる。
【００２４】
一実施形態では、ベローズ１５０の自由または静止状態は、エンドキャップ１５２が可撓性側壁１５６によって軸１５８に沿ってエンドキャップ１５４に向かって引っ張られるコンパクトな状態である。エンドキャップ１５２のこの移動は、例えば、図２に示すように、カプセル本体１２２の肩部１６０によって制限される。隔離流体１３２によるベローズ１５０の膨張は、図３に示すように、内部チャンバ１３０を加圧し、エンドキャップ１５２を軸線１５８に沿って変位させる。一実施形態では、カプセル本体１２２は、軸１５８に沿ったカプセル本体１２２の遠位端に向かうエンドキャップ１５２の移動を制限する肩部分１６１を含む。
【００２５】
上述のように、充填管１４６は、図１〜図３に示すように、プロセスチャンバを通ってカプセル本体１２２の外側に延びることができる。一実施形態では、充填管１４６は、例えば、管１４６をエンドキャップ１５２に溶接するなどの任意の適切な技術を使用して、エンドキャップ１５２に取り付けられる。また、流体充填経路１４０は、図２に示すように、エンドキャップ１５２を通って延びることができる。流体充填経路１４０はまた、別の適切な経路を通って内部チャンバ１３０に到達してもよい。
【００２６】
内部キャビティ１３０は、図２に矢印１６０で示すように、充填管１４６の露出端１４３の充填ポート１４２を通して隔離流体を注入することによって、所望の隔離流体１３２（図３）で充填することができる。一実施形態では、隔離流体１３２は、矢印１６２で示すように、流体流路１４０に沿って、管１４６およびエンドキャップ１５２を通って内部キャビティ１３０内に移動する。流体充填経路１４０を介してキャビティ１３０内に隔離流体１３２を注入すると、エンドキャップ１５２を軸１５８に沿って圧力センサカプセル１０２の遠位端に向かって駆動することによってベローズ１５０が膨張し、内部キャビティ１３０を加圧する。次に、図３に示すように、流体充填経路１４０を封止することができる。例えば、充填管１４６の端部１４３は、図３に示すように、ポート１４２、流体充填経路１４０、及び内部キャビティ１３０を密封するために、１６３で圧着及び／又は溶接することができる。
【００２７】
正確な圧力測定のためには、隔離流体１３２が液体形態のままであることが重要である。したがって、隔離流体１３２は、溶液中にガスを全く含まないようにすべきであり、トランスミッタ１００が坑井１０１内の温度および圧力範囲にさらされたときに、流体自体が沸騰したり、内部空洞１３０内で部分的に蒸気に変わったりしてはならない。
【００２８】
一実施形態では、内部空洞１３０内の圧力は、周囲圧力よりも約５０ｐｓｉ、約１００ｐｓｉ、約１５０ｐｓｉ、または約２００ｐｓｉ以上大きい。チャンバ１３０内の隔離流体１３２のこの加圧は、圧力センサカプセル１０２が、内部チャンバ１３０がこのように加圧されなかった場合に可能であるよりも安価な隔離流体を利用することを可能にする。例えば、一実施形態では、隔離流体１３２は、２００℃で約１〜７．０Ｔｏｒｒ、１．０Ｔｏｒｒ超、２．０Ｔｏｒｒ超、３．０Ｔｏｒｒ超、４．０Ｔｏｒｒ超、５．０Ｔｏｒｒ超、または６．０Ｔｏｒｒ超の大気圧の蒸気圧を有する。１つの適切な隔離流体１３２は、ＭｕｌｔｉＴｈｅｒｍ  ＰＧ−１鉱油であり、これは、２００℃および大気圧で６．４Ｔｏｒｒの蒸気圧である。これは、隔離流体にかなり低い圧力（例えば、３５ｐｓｉ）を加える隔離器（例えば、円形箔ダイヤフラム隔離器）によって使用するために必要とされる、２００℃および大気圧で０．１Ｔｏｒｒの蒸気圧を有する、ＤｕＰｏｎｔによって製造されるＫｒｙｔｏｘ  Ｌ−１５などのより高価な隔離流体と比較することができる。
【００２９】
本開示の一実施形態は、方法を対象とする。方法の一実施形態では、本開示の１つまたは複数の実施形態に従って形成された圧力センサカプセル１０２が提供される。次に、図１〜図３を参照して上述したように、内部チャンバ１３０は、流体充填経路１４０を介して隔離流体１３２で充填され、流体充填経路１４０は封止される。
【００３０】
一実施形態では、圧力センサカプセル１０２は、流体充填経路１４０の少なくとも一部を画定し、プロセスチャンバ１２８を通って延在する充填管１４６を含む。流体充填経路１４０および内部キャビティ１３０は、充填管１４６の端部１４３を圧着および／または溶接することなどによって、充填管１４６を封止することによって封止される。
【００３１】
一実施形態では、カプセル１０２のアイソレータ１２４は、図２および図３に示すように、内部空洞１３０の少なくとも一部を取り囲み、画定するベローズ１５０を含む。一実施形態では、ベローズ１５０は、充填管１４６が取り付けられるエンドキャップ１５２を含む。エンドキャップ１５２はまた、図２および図３に示すように、流体充填経路１４０の一部を画定する開口を含むことができる。本方法の一実施形態では、ベローズは、例えば、約５０ｐｓｉ、１００ｐｓｉ、１５０ｐｓｉ、または２００ｐｓｉより大きい圧力を、内部チャンバ１３０内に収容された隔離流体１３２に印加する。
【００３２】
本方法の一実施形態では、センサカプセル１０２は、図１および図３に示すように、坑井１０１内に配置される。プロセスチャンバ１２８は、坑井内の圧力にさらされ、この圧力は、内部チャンバ１３０内の圧力に影響を及ぼす。内部チャンバ１３０内の圧力は、坑井内の圧力を示す圧力センサ１２６を用いて感知される。感知された圧力を示すセンサ出力１３４は、圧力センサ１２６によって生成される。
【００３３】
本開示の実施形態は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本開示の主旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更がなされ得ることを認識するであろう。
【図１】
0006947365.tif 000002
【図２】
0006947365.tif 000003
【図３】
0006947365.tif 000004