[发明专利]检测流体流率的方法和装置

说明书

本发明涉及在石油钻井领域检测流率的装置及方法，特别与在钻井的操作领域有关。事实上，在那种操作时常常需要从地面向井底发送信息，特别是为了起动和停止机构。

常规的技术是采用电缆或从表面发送一个球。第一种技术的主要缺点是，由于包括电缆的钻具组不能转动或者至少需要很贵的钻杆配合设备，它的应用仅限于涡轮机钻井。把球释放到钻杆中的用法对钻杆的使用影响不大，但是某些钻井中使用的测量仪器及钻孔底马达和涡轮机不允许这个球通过。

先有技术可以参阅下述文件US-A-1，635，040，US-A-3，717，208，DE-A-2，643，996。

本发明提供一种孔底传感器，它可感受一个或几个流率阈值。通过正确调节流经这个传感器的钻井流体流率，孔底传感器可以检测一个或几个从地面送来的信号或讯息。

另外，这种传感器可以在装置的上游建立过压，可以用它来操作不同的机构。

本发明装置包括机体、活塞和使该活塞回复到初始或静止状态的机构。机体构成被测流体的通道。活塞也可称为检测器活塞，它有两个面与活塞室配合，活塞和活塞室限定两个分隔开的区，分别在该活塞两面的外侧。

通道本身至少包含两个不同的横截面。

每个区的压力实际上与通道内两个横截面之一的压力相等。通 道可有文氏管的形状，即它可由一个狭窄部接着一个扩大部构成。

活塞可有一个足够长的行程，使它在运动时至少部分阻塞流体流过的通道。

活塞室可为圆筒形，它的通径实际上与流体在通道中的流动方向垂直。

上面所讨论的其中一个区可与最小的截面连通。

本发明装置可包含几个活塞，此外每个活塞包括与之合适的回复机构。至少由活塞限定的其中一个区可以与通道内一个横截面通过可动的或可变形的壁连通。

本发明装置可包括检测活塞运动的系统。

本发明装置可包含一个辅助活塞，它本身规定两个区，其中一个区和通道内一截面上的压力大体相等。

检测器活塞可有一个足够长的冲程，因它的运动而引起压力的增加可去推动辅助活塞。

在本发明的一种改型中辅助活塞可以支撑流体通道和检测器活塞。

依然在本发明的范围内，该装置可有一导管连通辅助活塞限定的其中一个区和检测器活塞限定的其中一个区。另一个导管使这两个区的压力实际上与通道内按流动方向位于检测器活塞上游的横截面上的压力相等。

本发明也提供检测某种流体至少一个阈值流率和控制由这种流率产生的动作的方法。这种方法使该流体通过至少有两个不同横截面的通道，当达到阈值流速时，通道至少部分被阻塞以引起该流体压力下降，应用在阻碍物两边存在的压力差作为控制作用。

通过举例结合附图对本发明进行说明，图1和图2扼要地显示本发明装置的简单实施方案，

图3给出在一固定装置中压力差作为流速函数的变化特征曲线，

图4说明本发明的另一种实施方案，

图5显示在给定条件下本发明系统上游压力变化曲线，

图6、7、8、9、10和11显示本发明系统的各种改进机型和不同的应用。

图1简要地显示了本发明装置的一种实施方案。

这个装置包括：

一个阻碍体接在文氏管1流体通道扩大部的前面。文氏管内至少构成一个镗孔20，孔的轴实际上与流体通过文氏管的流向垂直。这个镗孔开口在文氏管中，该处流体通道SC的横截面小于文氏管流体通道入口SE横截面或出口SS横截面。这个截面SC最好是文氏管中最小的流体通道截面，但也可是别的。在图1的情况，在扩大部和阻碍体之间存在截面恒定的区;

与镗孔20配合的活塞2，最好是圆筒形，它有两个面记为17，23，限定的两个区记为24和15;

系统12用于活塞2和镗孔20之间的密封，为O环形密封件;

使活塞回到活塞室的系统，施加与活塞伸出方向相反的回复力F。这个回复系统有下列部件构成，杆3与活塞2组成整体，垫圈5与杆3组成整体，弹簧4位于垫圈5和文氏管1一部分的肩部21之间。弹簧4一旦装入就被压缩以便在活塞2上加上力F，这力保持该活塞压到肩部21上;

如果需要可以提供系统18来检测活塞的运动。这个系统可以是机械的如杠杆，电气的如触头、开关，液压的如分配器，气动的，磁的，电子的或任何其他类型的;