CN111655971A - 并入带有可充胀/可塌缩袋的压力传感器系统的流体液位监控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于感测井中的液位的液位感测系统。该系统具有与下部壳体连通的上部壳体，下部壳体具有与井中的流体连通的第一孔，以及与第一孔隔离并与真空计或外部真空源中的至少一个连通的第二孔。上部壳体和下部壳体容纳第一柔性袋和第二柔性袋，并且第一袋容纳在第二袋内。第一袋的一部分与第一孔连通，并响应于井中液位变化引起的第一孔内的压力变化。第二袋的一部分与第二孔连通并且在第一袋上施加参考压力。感测子系统感测所述袋的膨胀和收缩运动，并产生指示井中流体液位变化的信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月18日提交的美国临时申请第62/699,919号和于2018年1月16日提交的美国临时申请第62/617,881号的权益。上述每个申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及流体液位(fluid level)监测系统，并且更具体地涉及用于感测井眼中的压力的流体液位监测系统和方法，并且更具体地涉及一种作为压力传感子系统一部分结合有可充胀且可塌缩袋的系统和方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
在填埋场(landfill)井眼中，井眼中经常使用裸露的、屏筛(screened)壁。屏筛壁允许迁移到井眼中的气体穿过筛分壁中的开口并进入井眼。所述气体然后可以被提取并被泵送至位于表面的储存器(reservior)或收集系统。
应当理解，在典型的填埋场井中，存在多种化学药品，并且这些化学药品可以呈气体形式或呈液体形式。液体通常也迁移到井眼中，并且这种液体的流体液位需要被保持在一定的水平，以允许提取迁移到井眼中的气体。一旦提取，从井眼收集的气体可以被商业出售。
为了优化从井眼的气体收集的收集，期望知道并控制收集在井眼内的液体的量。已证明对监测井眼内的流体液位有价值的一种装置是可从本公开的受让人获得的“EZ流体液位”设备。该装置捕获气泡，该气泡使波纹管膨胀(并伸展)，当井中的流体高于预定的点时，气泡使指示器元件移动。尽管有效，但该设备仍需要波纹管来物理地改变尺寸并物理地移动指示器，以产生被技术人员解读以确定流体液位的视觉指示(已移动的指示器)。
一种不需要可动元件来传递信号的选择是流体液位读数，将是简单地将压力传感器放置在腔室内，其中该压力传感器暴露于流入腔室内的井中的气体。压力传感器可以通过产生与感测的腔室内的压力有关的输出信号(即输出电压或电流)来对腔室内的气体作出响应。然而，这种类型的压力传感器通常对潮湿高度敏感，并且与压力传感器直接接触的气体中存在的任何潮湿都会影响压力传感器的寿命和/或准确性。
因此，仍然需要一种系统，该系统能够准确且可靠地感测在感测腔室内的流体(例如，气体或液体)的压力，而无需与压力传感器的感测元件物理接触。
发明内容
本部分提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在一个方面，本公开涉及一种用于感测井中的流体液位的流体液位感测系统。该系统可以包括上部壳体和下部壳体。下部壳体与上部壳体连通并且包括第一孔。上部壳体和下部壳体中的至少一个包括第二孔。所述孔彼此隔离，并且所述孔的至少一个与井中的流体连通，另一个与真空计或外部真空源中的至少一个连通。上部壳体和下部壳体协作以限定内部区域，该内部区域容纳第一柔性袋和第二柔性袋，其中第一柔性袋容纳在第二柔性袋内。第一和第二柔性袋中的一个的一部分与第一孔连通，并且响应于井中变化的流体液位引起的第一孔内的压力变化。第一和第二柔性袋中的另一个的一部分与第二孔连通并且与第一孔隔离，并且构造成对第一和第二柔性袋中的所述一个施加参考压力。可以包括感测子系统，其响应于第一和第二柔性袋的膨胀和收缩运动，以产生指示井中流体液位的变化的信号。
在另一方面，本公开涉及一种用于感测井中的流体液位的流体液位感测系统。该系统可以包括入口壳体，该入口壳体具有延伸穿过其中的第一孔和第二孔，该第一孔被配置为与井中的流体连通，并且该第二孔被配置为与井中的周围环境连通以使来自外部真空源的受控的真空能够被施加于井内的周围环境。可以包括适于固定到入口壳体的密封板。密封板可以包括当密封板和入口壳体固定在一起时分别与入口壳体的第一和第二孔连通的第一孔和第二孔。该系统可以进一步包括固定到入口壳体上的上部壳体，以及位于上部壳体内的双柔性袋组件。双柔性袋组件可包括第一柔性袋和第二柔性袋，第一柔性袋容纳在第二柔性袋内，使得在第二柔性袋中仅形成单个开口。第一柔性袋可包括开口，并与入口壳体中的第一孔连通，并且与入口壳体中的第二孔隔离，并且响应于由井中改变的流体液位引起的入口壳体的第一孔中的压力变化。第二柔性袋可以包括与第一柔性袋中的开口同轴地布置的开口，并且与入口壳体的第二孔连通，并且与入口壳体的第一孔隔离。当第一柔性袋响应于井中变化的流体液位而膨胀和收缩时，第二柔性袋可以响应于受控的真空以使第二柔性袋作用在第一柔性袋上并且在第一柔性袋上施加压缩参考压力。可以包括容纳在上部壳体中的可移动元件。可移动元件响应于第一柔性袋和第二柔性袋的膨胀和收缩运动而运动，第一柔性袋和第二柔性袋的膨胀和收缩运动响应于井中变化的流体液位。可以包括传感器，该传感器响应于可移动元件的运动，以提供指示可移动元件的运动的信号，该信号指示在给定时刻的井内的流体液位。
在另一方面，本公开涉及一种用于感测井中的流体液位的方法。该方法可以包括使用与井中的流体连通的第一柔性袋，以感测由井内的流体液位变化引起的压力的变化，其中压力的变化在第一柔性袋的内部区域中经历。可以使用第二柔性袋来收容第一柔性袋，并且可以将真空力施加到第二柔性袋上以对第一柔性袋施加受控的压缩作用。该方法可以进一步包括使用响应于第一和第二柔性袋的膨胀和收缩运动的感测系统来确定井内的流体液位何时已经改变。
根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。该发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅出于说明目的，并且无意以任何方式限制本公开的范围。
图1是定位在井眼中的流体泵的高水平示意图，该流体泵与本公开的压力传感器连通；
图2是图1的压力传感器系统的高水平横截面侧视图，更详细地示出了系统内的内部组件；
图3是根据本公开的压力传感器系统的另一实施例的高水平截面侧视图；
图4是根据本公开的压力传感器系统的另一个实施例的高水平截面侧视图，其中，内部柔性袋用于产生正压，而外部柔性袋从容器井气接收真空以使外部柔性袋能够作用于内部柔性袋，并且所产生的由内部柔性袋经历的压力变化由压力感测部件感测；和
图5是入口壳体、同轴密封板和同轴袋组件的另一实施例的分解透视图；
图6是同轴密封板的俯视图；
图7是沿同轴密封板的图6中的剖面线7-7截取的侧视截面图，示出了在其中形成在其中的内部通道，所述内部通道用于与图5中所示的同轴袋组件的两个袋中的每一个连通；
图8是俯视图，示出了组装到同轴密封板和入口壳体上的同轴袋组件(入口壳体在同轴密封板下方被隐藏不可见)；
图9是根据图8中的剖面线9-9截取的图8中所示组件的侧视截面图；
图10是由图9中的圆圈10标出的部分的放大图；
图11是根据本公开的双真空袋组件的另一个实施例的俯视图；
图12是根据图11中的剖面线12-12截取的图11的组件的横截面侧视图；
图13是本公开的双真空袋组件的另一个实施例的俯视图；
图14是根据图13中的剖面线14-14截取的图13的真空袋组件的侧视截面图；
图15是本公开的双真空袋组件的另一个实施例的俯视图；和
图16是根据图15中的剖面线16-16截取的双真空袋组件的侧视截面图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
参照图1，示出了流体液位(fluid level)监测系统10，其采用根据本公开的一个实施例的压力传感器系统12。通常，系统10可以包括设置在井眼16中的井泵14。屏筛18(screen)可以安装在井眼16中，以帮助流体(例如，液体或气体)进入井眼。
多个管20可与泵14的井头22连通。多个管20可包括导管23，导管23用于使流体(例如，气体或液体)进入压力传感器系统12。多个管20还可包括导管24，导管24用于将收集的流体引导至收集贮存器26的。动力子系统28可用于提供动力，例如，AC电源，DC电源或压缩空气，以为泵14提供动力。控制器30可以与压力传感器系统12通信以从系统12接收信息，并且在进一步控制泵14或报告当前井水位时使用这种信息。控制器30可以包括接口30a，该接口30a使得能够与与外部仪器(例如，笔记本电脑、计算平板电脑(computing tablet)或者甚至是智能电话)进行硬件连接(例如，经由RS-232、USB或HDMI电缆)。可选地，控制器30可以耦合至(或者可以一体化地包括)无线通信模块30b，以用于与模块附近的蜂窝网络(cellular network)或局域网(LAN)进行无线通信。更进一步，控制器30可以包括短程无线电，例如BLUETOOTHTM协议无线电，ZIGBEETM协议无线电，LoRa协议无线电或任何其他合适的短程协议无线电，以用于与用户的接近控制器30的个人电子设备(例如，笔记本电脑、计算平板电脑、智能手机等)进行无线通信。
压力传感器系统12还可以包括通风部32。通风部32可用于将压力传感器系统12的内部区域排放到大气，这将在以下段落中进一步描述。
参考图2，更详细地示出了压力传感器系统12。压力传感器系统12(以下称为“PSS12”)可包括壳体34，壳体34具有螺纹入口端36和螺纹出口端38。螺纹入口端36可接收第一螺纹端盖40，而螺纹出口端38接收第二螺纹端盖42。第一螺纹端盖可具有孔44，该孔44与导管23连通以允许流体(气体或液体)进入壳体34。
壳体34可以容纳具有开口48的柔性袋46，开口48固定到在导管50一端处的导管50的部分上。导管50的该部分的相对端也固定到第一螺纹端盖40，或者替代地，其可以形成为第一螺纹端盖的一体的部分。无论哪种情况，导管50的该部分都能够使流体(例如，井气(well gas)或气体)从导管23被引导到柔性袋46中。
壳体34的内部区域56可以包括壁部分52，壁部分52具有形成在其中的孔口54，该孔口54形成穿过壁部分52的直径减小的流动路径。壁部分52的其他部分将壳体34的内部区域56分成第一(或下部)部分56a和第二(或上部)部分56b。这是受控的体积，以将柔性袋46的膨胀限制为小于柔性袋的体积的体积。这保护了柔性袋46免于过度膨胀，该过度膨胀可能导致破裂。柔性袋46的破裂将导致传感器失效，这是由传感器所暴露于的气体质量导致的。
壳体34的第二(上部)部分56b与压力感测部件58连通，该压力感测部件58容纳在第二螺纹端盖的凹部60中。壳体34还包括端口62，该端口与通风部32(图1)连通。通风部32允许第二部分56b与周围大气连通，优选通过蒸气屏障64与周围大气连通。还可以包括通风阀65，以允许选择性地控制第二部分56b的通风。通风可以被控制为周期性地(periodically)打开或只在首次组装PSS 12时打开一次。通风孔提供局部大气参考压力。
压力感测部件58的一种形式是可从Robert Bosch GmbH以部件号BMP-280购得的压力传感器。然而，将意识到，可以将任何其他合适的压力传感器结合到PSS 12中。
导管50的所述部分可以由任何合适的材料形成，例如塑料、不锈钢等。柔性袋46同样可以由塑料或任何其他合适的柔性的并且能够被气体或液体充胀的材料形成，例如聚乙烯。导管50的所述部分到柔性袋46的附接可以通过粘合剂、通过塑料焊接、或者通过任何其他合适的在导管50和柔性袋46的附接点处形成不透流体的密封的附接方式。
在图1所示的泵14的运行期间，流体(例如，井气)被收集在泵14内，并且可以向上流经多个管20之一并进入导管23。从导管23，气体(例如井气或气体)可流经第一螺纹端盖40中的孔44，穿过导管50的所述部分，穿过柔性袋46中的开口48并进入柔性袋的内部区域66以被捕获在其中。当流体(例如井气或气体)聚集在柔性袋46的内部区域66中时，这导致柔性袋46膨胀。该膨胀迫使存在于壳体34的内部区域56的第一(例如，下部)部分56a中的空气通过孔口54移位到壳体34的第二(例如，上部)部分56b中。该空气流作用在压力感测部件58上，压力感测部件58产生电信号(例如，电压或电流)，该电信号被输出到控制器30。从该输出信号控制器30能够监测PSS 12的壳体34内的流体的压力。
当泵14内的压力开始下降时，柔性袋46将开始塌缩。这减轻了壳体34的第二部分56b内的压力，从而引起由压力感测部件58产生的输出信号的相应变化。来自压力感测部件58的信号的这种变化被控制器30检测到。从而，随着柔性袋46膨胀和收缩，壳体34内(以及因此泵14内)的压力可以被控制器30实时地监测。控制器30可以使用该信息来实时地控制泵14的运行，例如通过根据需要地控制动力子系统28(图1)以使泵循环以维持泵14内的期望压力水平。以这种方式，来自泵14的流体(例如，气体)的收集可以被优化。
值得注意的是，由于柔性袋46被约束在壳体34内，而壳体本身形成了刚性的结构，所以随着柔性袋的膨胀和收缩而被从壳体的第二部分56b移位的空气将一致地指示PSS 12的壳体34内的压力，该压力可以被压力感测部件58可靠地感测。柔性袋46被允许在壳体34中膨胀，优选地这种膨胀仅被允许到压力感测部件58可以读出的最大压力极限。该极限可通过调整柔性袋46的体积以及第一壳体部分56a的体积而实现。这种设置在柔性袋46中的压力已经超过压力感测部件58的最大压力额定值的同时也始终保护压力感测部件58免受过度加压。这种安全极限是压力容器内部的物理尺寸限制。这样，尽管柔性袋46内的压力可能潜在地远远超过压力感测部件58可暴露于的最大压力，但是由于第一壳体部分56a的选定尺寸(即，体积)以及第一壳体部分由于其构造而具有的物理强度，柔性袋本身不能过度膨胀。
PSS 12的一个重要的好处是，柔性袋46保护压力传感部件58远离采样气体。这很重要，因为压力传感器，例如上面引用的可从Robert Bosch GmbH获得的压力传感器，对潮湿(moisture)非常敏感。因此，PSS 12消除了关于潮湿到达并接触压力感测部件58的担忧。
PSS 12的一个特殊优点是，它可用于测量井眼、坑池(sump)、箱罐(tank)或收集流体的任何其他形式的贮存器内的实际流体深度。随着流体状况的变化，PSS 12将实时监测和更新流体深度。预期PSS 12可用于测量达24英寸或更大的水柱(water column)。
在另一个实施例中，也如图2所示，可以将PSS 12修改为包括阀68，该阀68可用于打开和关闭通向壳体34的第一部分56a的气动路径70。气动路径70可用于控制壳体34的柔性袋46正在其中膨胀/收缩的第一部分56a内的参考压力。该参考压力可以连接到井气流。该布置允许压力感测部件58的甚至更准确的压力读数。可以使用简单的膜(未示出)去除输送气体中的水分。
参照图3，其中示出了根据本公开的又一个实施例的压力传感器系统100。在该示例中，系统100不需要使用分立的压力感测部件。系统100可包括上部壳体102，该上部壳体102具有第一部分104和第二部分106，第二部分106的直径/面积小于第一部分。主体部分108耦接至上部壳体102。主体部分108包括第一轴向孔110，第一轴向孔110轴向延伸穿过其中以与内部柔性袋112的内部区域连通。第二轴向孔114与外部柔性袋116的内部区域连通。内部柔性袋112被完全包裹在外部柔性袋116中。第一轴向孔110与延伸到井眼16中的流体(例如，液体)中的管或导管110a连通，并且第二轴向孔114与井眼内存在的气体连通。
在上部壳体102的第一部分104内的是可移动元件，该可移动元件可以类似于具有活塞头120和颈部122的活塞118。颈部122带有固定在其上的永磁体124，所述固定例如是通过延伸穿过磁体124中的孔并进入颈部122中的螺纹盲孔(在图3中不可见)的螺纹螺钉126。盖帽128覆盖第二部分106，但仍可提供到周围大气的通风部130。尽管未在图3中显示，但通风部130可以可选地耦合到蒸汽屏障和通风阀，例如图2中所示的部件64和部件65。簧片开关132可以被定位在磁体124附近，并被收容在簧片开关盖134内。一对导体136可以耦接到簧片开关132的输出，以从簧片开关接收电信号。
在操作中，当井眼16中的流体上升并迫使空气向上通过导管110a、第一轴向孔110并进入内部柔性袋112时，内部柔性袋膨胀。但是，井眼16内的气体也可以向上流动穿过第二轴向孔114进入外部柔性袋116中并开始使外部柔性袋膨胀。这用作相对“参考”或偏置力，以使柔性的内部和外部柔性袋112/116能够提供压力差信号。该压力差信号由簧片开关132感测，因为外部柔性袋116作用在活塞118的头部120上导致其上升或下降。在效果方面，内部柔性袋112被由导管110a中的井流体(例如，井水)所移位的一定体积的空气填充，所述导管110a位于井眼或贮存器中的流体(例如，井水)中。随着井眼或贮存器中的流体液位继续上升，大量的空气被移位并给内部柔性袋112加压。内部柔性袋112抵抗外部柔性袋116内的真空而膨胀，然后外部柔性袋116与活塞118的头部120接触。随着活塞118上升，这使磁体124从其接近簧片开关132的位置移开，并且簧片开关感测到磁体提供的通量场的减少并产生与这一情况匹配的信号(例如，逻辑“0”电平信号)，信号在导体136上传输。一旦活塞118下降回到磁铁124与簧片开关132紧密相邻的点，簧片开关132再次感测到磁通肠，并且簧片开关132在导体136上输出指示该状态的信号(例如，逻辑“1”电平信号。来自簧片开关132的输出信号可以由控制器(例如，在图1中的控制器30)用于解读井中的流体液位。因此，该实施例提供了低电能水位传感器的益处，其对于远程应用是理想的，特别是其中正在使用互联网进行远程流体液位监测的应用是理想的。
本公开的另一个实施例可以使用压力传感器系统12或所述系统在箱罐或贮存器(reservoir)72的情况下直接测量流体液位，如图1所示的那样。该实施例可以利用泵14或可以省略泵。如果省去了泵14，则可以将管耦接至贮存器72的侧壁(例如，箱罐的侧壁)或其他流体收集结构，或者可能直接耦接至压力传感器系统12的输入(或耦接至压力传感器100)，例如直接耦接至主体部分108(图3)。该实施例还提供了能够感测贮存器、箱罐、容器等内的流体液位而无需在所感测的流体与压力感测部件之间进行物理接触的优点。对于涉及流体收集箱罐、贮存器、池塘或其他容纳流体的结构/系统的实施，控制装置可以远程或直接连接至所述结构而不是井头。
对井眼16或贮存器72中的流体的直接测量可以测量到所使用的压力传感器的极限为止。例如，可从Robert Bosch GmbH获得的本文中引用的压力感测部件58可以读取达34英寸的水柱。
图4示出了根据本公开的另一个实施例的系统200，该系统用于通过压力感测系统甚至更精确地感测井中的流体液位。系统200包括壳体202，壳体202具有第一螺纹端盖204和第二端盖206，第一螺纹端盖204固定在壳体的第一端，第二端盖206包含固定在壳体的相对端的压力感测部件208。压力感测部件同样可以是可从这里引用的罗伯特·博世有限公司(Robert Bosch GmbH)获得的传感器部件，或者是任何其他合适的压力传感器。与压力传感器组件208相关联的电导体可以耦接到控制器30(图1)。壳体202可包括设置在外部柔性袋214内的内部柔性袋212。内部柔性袋212可经由固定至其的管状部分216耦接至与壳体202的上部部分202a连通的端口218。管状部分216将内部柔性袋212与外部柔性袋214隔离。上部部分202a可通过通风阀220和蒸汽屏障222通风至大气。在系统200的组装期间，通风阀220可以被打开，然后在组装完成后关闭。
壳体可以包括下部部分202b，两个柔性袋212和214位于下部部分202b中。下部部分202b还可以通过端口224通风到大气中，该端口224直接与周围大气连通或者可选地通过蒸气屏障222连通。第一螺纹端盖204包括通过短长度的管道226与外部柔性袋214的内部区域连通的轴向孔204a。更长的管道或导管228延伸成与井气体真空(well gas vacuum)连通。
随着施加至导管228的井真空的增加，外部柔性袋214塌缩到内部柔性袋212上。这种塌缩改变了下部壳体部分202b内的内部压力。因此，随着真空的变化，下部壳体部分202b内的内部压力变化。下部壳体部分202b与周围大气连通，这允许校正真空读数。考虑到使用系统200场所的海拔高度以及考虑到天气变化，该特征可能是重要的。本质上，存在于外部柔性袋214内的真空作用在内部柔性袋212上，并且这一由内部柔性袋212所经历的压力变化可以由压力传感器组件208感测到。
在又一个实施例中，温度传感器可以被并入并用于补偿被感测的流体中的温度变化，否则该温度变化可能会影响压力感测部件58所感测的压力。
另一个实施例可以利用第二压力变送器来补偿环境压力变化的影响。第二压力变送器可以连接到相同的控制器(例如，控制器30)。本地大气压力数据将被传达，并且控制器上运行的软件可以接收该变量，并用于校正来自应用传感器的输出。
现在参考图5，其示出了根据系统10的另一实施例的压力传感器系统300(以下称为“PSS 300”)(为清楚起见，省略了传感组件208和壳体202)。在此示例中，PSS 300也可用于运动一个元件，例如图3中的活塞118，其运动可以以与结合图3的系统100所讨论的相同的方式使用所附接的磁体和通量场感应组件(诸如永磁体124和簧片开关132)来感测。
PSS 300可以包括入口壳体302、同轴密封板304和同轴双真空袋组件306(以下称为“真空袋组件306”)。入口壳体302和同轴密封板304可以形成多部件的下部壳体组件305。入口壳体302包括基部308和一体形成的螺纹颈部310。螺纹颈部310可以连接到常规井头组件上的螺纹孔(例如，图2中所示的螺纹入口40)。螺纹孔312与同轴密封板304中的孔314对准，以使螺纹紧固件(未示出)能够被用于将部件302和304固定在一起。
入口壳体302还包括延伸穿过其中的轴向孔316，轴向孔316与同轴密封板304中的台阶中心孔318轴向对准。简要地参考图9，可以进一步看到入口壳体302包括与端口320连通的二级孔319。端口320被用访问配件322封闭，访问配件322可以是“快速连接”类型中的一种，这种类型允许相配的快速连接器被快速地耦接到其上，从而端口320被接口到真空计(未显示)。端口320通过径向流动通道324与袋组件306连通，这将在以下的段落中更详细地描述。
进一步参考图5、图9和图10，O形圈326可安置在入口壳体302的基部308的凹槽328中。O形圈326也安置成抵靠同轴密封板304的下表面330(图9)并帮助密封轴向孔316。
参考图6-9，同轴密封板304的上表面334包括类似的凹槽336，其中可以设置另一个O形圈338。O形圈338可用于帮助将外部上部壳体(与图3所示的上部壳体102相似或相同)密封至同轴密封板304，以形成容纳袋组件306的空间。同轴密封板304还包括螺纹孔340(图9)，该螺纹孔用螺纹螺钉342密封以将流动通道324与周围环境隔离开，并且还提供了安装感测部件208的位置(在图4中示出)。
如图5、7、9和10所示，可以包括多个O形圈344、346和348，它们分别围绕台阶轴向孔318定位在同轴布置的凹槽350、352和354中。台阶轴向孔318在同轴密封板304的颈部358中开口，并且还与径向流动通道324连通。O形圈344、346和348如将在以下的段落中描述的那样帮助密封袋组件306。
简要地参考图9，可以看到入口壳体具有与端口320连通的孔321。同轴密封板304也具有与径向流动路径324和孔340连通的孔325。当入口壳体302和同轴密封板304被耦接在一起时，孔321和325帮助形成穿过入口壳体302和同轴密封板304的不间断的流动路径。
进一步参考图5、9和10，可以更详细地看到袋组件306。在该示例中，袋组件306包括独特的结构，其中内部柔性袋360布置在外部柔性袋362内。内部柔性袋360包括主体部分360a和颈部360b。颈部360b可以使用分开的一段长度的管件形成，例如塑料或金属管件，该管件例如通过粘结或任何其他合适的结构固定到主体部分360a。替代地，颈部360b可以是主体部分360a的一体形成的部分；这两种构造布置都被本公开构想了。外部柔性袋362类似地包括主体部分362a和颈部362b，该颈部同样可以是通过粘合剂或通过任何其他合适的构造技术固定到主体部分362a上的短长度的金属或塑料管件。可选地，颈部362a可同样被形成为主体部分362a的一体部分。重要的是，颈部的尺寸被确定为使得颈部360b被装配在颈部362b内并且在它们之间提供小的间隙以形成与径向流动路径324连通的流动路径364。以这种方式，通过流动路径423和364的真空流可以被连通到外部柔性袋362的内部区域366。
内部柔性袋360以及外部柔性袋362均可以由低密度聚乙烯制成，也可能由橡胶或任何其他合适的材料制成。可选地，柔性袋360和/或362中的一个或两者可以由箔制成，所说箔对于从一个柔性袋360或362转移到另一柔性袋的气体或液体来说是不可渗透的。内部柔性袋360和外部柔性袋362不需要由相同的材料制成；作为替代，它们可以由不同的材料制成，以提供不同的操作特性或最好地满足特定应用的需求。箔材料还可提供更大的用于温度的操作窗口。
进一步参考图9和图10，内部柔性袋360的内部区域368通过形成在颈部360b中的孔360c与入口壳体302的轴向孔316连通。以这种方式，在井眼被流体填充时在轴向孔316内被向上移位的空气可以被连通到内部柔性袋360的主体部分360a的内部区域368中。
如图10所示，O形圈344和346在颈部362b和颈部358中的台阶轴向孔358的内壁表面370之间提供密封，使得没有流体能够通过此区域泄漏出去，并且流过径向流动路径324的流体被迫流入外部柔性袋362的内部区域366。类似地，O形圈348在颈部360b的外表面和台阶轴向孔318的内表面部分372之间提供密封，使得在入口壳体302的轴向孔316中向上移位的流体不能进入径向流动路径324并然后进入外部柔性袋362的主体部分362a的内部区域366。因此，在轴向孔316中向上移位的任何空气都被迫流入内部柔性袋360的颈部360b的孔360c，并然后流入内部柔性袋的内部区域368。这种构造是非常有利的，因为它消除了形成两个分开的穿过同轴密封板304的流动路径的需要。它也消除了在外部柔性袋362中形成两个分开的开口的需要，所述开口在其他情况下将被需要以用于允许内部柔性袋360的颈部360b突出穿过其中，并且一个分开的开口和相关的颈部将被需要以用于允许流体流入外部柔性袋362。以同轴的方式布置两个颈部360b和362b(这在外部柔性袋362中仅需要一个开口)大大地提高了袋组件304的构造的简便性，并且减少了空气泄漏到外部柔性袋362中的可能性，这种可能性在外部柔性袋中存在两个单独的开口的情况下将更大。
袋组件306在其他方面与结合图3讨论的内部柔性袋112和外部柔性袋116相同地工作。提供外部柔性袋362使得能够施加受控的真空以形成测量压力的基准，所述压力在内部柔性袋360膨胀(在井眼内的流体上升时)并且使外部柔性袋在压力传感器(例如，图3中所示的压力传感器120)上施加压力时被施加。
简要地参考图11和12，其示出了根据本公开的另一个实施例的双真空袋组件400。在该示例中，袋组件400包括柔性内袋402和柔性外袋404。袋组件400在其他方面可以以类似于袋组件306的方式构造，但是这里的区别在于，柔性外袋404包括主体部分404a以及颈部404b，并且内部柔性袋402包括主体部分402a和颈部402b，其中颈部404b从颈部402b以180度的取向延伸。这种构造使得在外部柔性袋404中需要两个分开的开口：一个开口404c与颈部404b连通，另一个形成开口404d，该开口使颈部402b能够穿过外部柔性袋404。开口404c和颈部404b之间的接口以及开口404d之间的接口需要为气密接口，以便外部柔性袋404不会发生泄漏。这种将颈部402b和404b布置成在相反的方向上延伸的配置在某些应用中是必需的或有帮助的，这依赖于所选择的入口壳体302的特定结构。
简要地参考图13和图14，其示出了根据本公开的双真空袋组件500的另一实施例。袋组件500同样包括内部柔性袋502和外部柔性袋504，内部柔性袋502具有连接到颈部502b的主体部分502a，外部柔性袋504具有连接到颈部504b的主体部分504a。所述袋组件在其他方面可以以与袋组件306相同的方式构造，但是在该实施例中，外部柔性袋包括沿着一个长表面彼此相邻的开口：一个开口504c，用于形成通过颈部504b的流动路径，以及另一个开口504d，使颈部502b能够突出穿过外部柔性袋504。同样，这些开口504c和504d也需要被适当地密封，以防止从外部柔性袋504到周围环境的任何泄漏。该实施例提供了使两个端口隔开一个小距离的便利，使得袋502和504的两个内部腔室可以在较短的结构内连通，这允许更紧凑的整体设计。
图15和图16示出了根据本公开的又一个实施例的双真空袋组件600。袋组件600与袋组件400的相似之处在于，它包括具有主体部分602a和连接到其上的颈部602b的柔性内袋602，以及具有主体部分604a和连接到其上的颈部604b的柔性外袋604。开口604c和604d分别与颈部602b和604b相关联，并且需要被适当地密封以防止外部柔性袋604的到周围环境的泄漏。然而，颈部602b和604b被布置成在90度和270度的位置处彼此横向相对。在其他方面，其构造与袋组件400相同。这种布置在袋组件600的相对侧上提供端口接入，这允许在袋组件600的相对侧上到袋602和604的连通。这消除了创建通过该结构的路径的需求。在测量井中的真空的情况下，柔性外袋604将与井连通，这将压缩柔性内袋602中的柱(column)。这提供了可以由压力传感器(例如，Bosch压力传感器)定标的正压力。压力传感器不会读取负压。尽管已经描述了各种实施例，但是本领域技术人员将认识到可以做出修改或变形而不脱离本公开。这些示例示出了各种实施方式，并且并不意在限制本公开。因此，，说明书和权利要求应被自由地解释并仅具有鉴于相关的现有技术而必要的限制。
Claims (20)
1.一种用于感测井中的流体液位的流体液位感测系统，该流体液位感测系统包括：
上部壳体；
下部壳体，所述下部壳体与上部壳体连通，并包括与所述井中的流体连通的第一孔；
所述上部壳体和下部壳体中的至少一个包括第二孔，所述第二孔与第一孔隔离并与真空计或外部真空源中的至少一个连通；
所述上部壳体和下部壳体协作以限定容纳第一柔性袋和第二柔性袋的内部区域，其中第一柔性袋被容纳在第二柔性袋内；
所述第一柔性袋和第二柔性袋中的至少一个的一部分与第一孔连通，并对所述第一孔内的、由所述井中变化的流体液位引起的压力变化作出响应；
所述第一柔性袋和第二柔性袋中的另一个的一部分与第二孔连通并且与第一孔隔离，并被配置为在所述第一柔性袋和第二柔性袋中的所述一个上施加参考压力；和
传感子系统，该传感子系统对所述第一柔性袋和第二柔性袋的膨胀和收缩运动作出响应，所述传感子系统产生指示所述井中的所述流体的液位的变化的信号。
2.根据权利要求1所述的流体液位感测系统，其中：
第一柔性袋的所述第一部分包括从第一柔性袋向外延伸的第一颈部；并且
第二柔性袋的所述第二部分包括从第二柔性袋向外延伸的第二颈部。
3.根据权利要求2所述的流体液位感测系统，其中，所述第一颈部被同轴地布置在所述第二颈部内，使得在所述第二柔性袋中仅形成单个开口。
4.根据权利要求2所述的流体液位感测系统，其特征在于，所述第一颈部和第二颈部彼此间隔开，从而彼此不同轴。
5.根据权利要求1所述的流体液位感测系统，其中，所述流体液位感测系统包括对所述第二柔性袋的膨胀和收缩运动作出响应的可移动元件。
6.根据权利要求1所述的流体液位感测系统，其中，所述流体液位感测系统包括：
永磁体，其能够响应于第二柔性袋的膨胀和收缩运动而在上部壳体内轴向地运动；和
传感器，其对由永磁体产生的变化的通量场作出响应，该传感器被配置为响应于通量场的变化而产生电输出信号。
7.根据权利要求2所述的流体液位感测系统，其中，所述下部壳体形成为多部件组件，所述多部件组件包括：
入口壳体；和
固定到所述下部壳体部件的密封板；并且
所述密封板包括用于将所述第一颈部和第二颈部同轴地接收在其中的颈部。
8.根据权利要求7所述的流体液位感测系统，其中，所述入口壳体和所述密封板中的每一个协作以形成所述第一孔和第二孔的部分。
9.一种用于感测井中的流体液位的流体液位感测系统，该流体液位感测系统包括：
入口壳体，该入口壳体具有延伸穿过该入口壳体的第一孔和第二孔，第一孔被配置成与所述井中的流体连通，第二孔被配置成与所述井中的周围环境连通，以使来自外部真空源的受控的真空能够被施加到所述井内的周围环境；
密封板，其适于固定在入口壳体上，该密封板包括第一孔和第二孔，当密封板和入口壳体固定在一起时，所述密封板的第一孔和第二孔分别与入口壳体的第一孔和第二孔连通；
上部壳体，其固定在入口壳体上；
双柔性袋组件，其位于上部壳体内，该双柔性袋组件包括第一柔性袋和第二柔性袋，第一柔性袋被容纳在第二柔性袋内，使得在第二柔性袋中仅形成单个开口；
所述第一柔性袋包括开口并且与入口壳体中的第一孔连通，并且与入口壳体中的第二孔隔离，并且对入口壳体的第一孔中的、由所述井中的变化的流体液位引起的压力变化作出响应；
第二柔性袋包括与第一柔性袋中的开口同轴地布置的开口，并且与入口壳体的第二孔连通，并且与入口壳体的第一孔隔离，并且在第一柔性袋响应于所述井中变化的流体液位而膨胀和收缩时，第二柔性袋对所述受控的真空作出响应以使第二柔性袋作用在第一柔性袋上并且在第一柔性袋上施加压缩参考压力；
可移动元件，其容纳在上部壳体中，并能够响应于第一柔性袋和第二柔性袋的响应于所述井中的变化的流体液位的膨胀和收缩运动而运动；和
传感器，其对可移动元件的运动作出响应，用于提供指示可移动元件的运动的信号，该信号指示出所述井内在给定时刻的流体液位。
10.根据权利要求9所述的流体液位感测系统，其中，所述第一柔性袋中的第一开口包括颈部，所述颈部向外延伸穿过所述第二柔性袋中的所述开口。
11.根据权利要求10所述的流体液位感测系统，其中，所述第二柔性袋中的所述开口包括延伸成与所述密封板上的所述第二端口连通的颈部。
12.根据权利要求9所述的流体液位感测系统，其中：
第二柔性袋中的开口包括从所述第二柔性袋延伸的第二颈部；并且
第一柔性袋中的开口包括第一颈部，该第一颈部同轴地穿过所述第二颈部从第一柔性袋延伸出来。
13.根据权利要求12所述的流体液位感测系统，其中，所述第一柔性袋的所述第一颈部的外表面与所述第二柔性袋的所述第二颈部的内表面之间的间隔形成所述密封板的所述第二端口的一部分。
14.根据权利要求13所述的流体液位感测系统，还包括第一O形环，第一O形环用于在所述第一颈部的外表面与所述第一孔的一部分之间提供密封。
15.根据权利要求14所述的流体液位感测系统，还包括第二O形环，第二O形环用于在所述第二颈部的外表面与所述密封板之间提供密封。
16.根据权利要求15所述的流体液位感测系统，还包括第三O形环，第三O形环用于在所述上部壳体组件和所述密封板之间提供密封。
17.根据权利要求9所述的流体液位感测系统，其中，所述第一柔性袋和第二柔性袋的每一个均包括以下至少之一：
聚乙烯；
橡胶；和
箔。
18.根据权利要求9所述的流体液位感测系统，其中，所述密封板或所述入口壳体中的至少一个的所述第二孔包括与真空计或所述外部真空源中的至少一个连通的径向延伸的部分。
19.根据权利要求9所述的流体液位感测系统，其中：
所述可移动元件形成与第二柔性袋接触的活塞状元件，并且当第二柔性袋膨胀和收缩时，该可移动元件能够在上部壳体内轴向地运动；并且
所述可移动元件包括固定到其上的永磁体，并且所述传感器包括用于在所述永磁体在所述上部壳体内轴向运动时响应于所述永磁体的通量场的变化而产生电输出信号的传感器。
20.一种用于感测井中的流体液位的方法，所述方法包括：
使用与所述井中的流体连通的第一柔性袋来感测所述井内由所述流体的液位的变化引起的压力变化，其中在第一柔性袋的内部区域中出现所述压力变化；
使用第二柔性袋收容第一柔性袋；
向第二柔性袋施加真空力以对第一柔性袋施加受控的压缩作用；和
使用对第一柔性袋和第二柔性袋的膨胀和收缩运动作出响应的感测系统来确定所述井内的流体液位已经改变的时刻。
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