[发明专利]使用光学测量的蓄能器容量检测器

说明书

一种用于确定蓄能器(20)内的活塞(28)的位置的激光活塞位置传感器(26)，激光活塞位置传感器(26)构造成附连至蓄能器(20)的端部，且蓄能器(20)在其端部中具有孔(29)，其使蓄能器(20)内的活塞(28)暴露于激光活塞位置传感器(26)。激光活塞位置传感器(26)包括：传感器壳体(46)，其包封容纳低压气体的腔体(48)并限定从腔体(48)朝向蓄能器(20)的开口(68)；激光传感器(70)，其定位于腔体(48)内，用于经由传感器壳体(46)中的开口(68)和蓄能器(20)中的孔(29)朝向蓄能器(20)的活塞(28)发射激光(72)；以及透明的镜片(58)，其定位于激光传感器(70)和蓄能器(20)之间，以允许激光(72)从激光传感器(70)传送到活塞(28)，并将蓄能器(20)中的气体与传感器壳体(46)的腔体(48)中的气体分开。

技术领域

本技术大体上涉及油田设备。具体而言，本技术涉及在油田应用中使用的液压蓄能器。

背景技术

在钻井工业中，液压控制被用于控制许多安全性构件。此外，许多这种构件由液压蓄能器供能。为了确保安全性，需要知道蓄能器是否会具有足够的液压流体以启动特定的安全性构件。一种确定液压蓄能器中的流体的体积的方式是确定蓄能器内的活塞的位置。

确定蓄能器中的液压流体的量的已知的方法包括使用线缆延长换能器，其中线缆物理地附连至蓄能器中的活塞。基于拉进蓄能器中的线缆的量，可确定在蓄能器中的活塞的位置。因为线缆延长换能器需要物理地入侵到蓄能器中，以及各自导致蓄能器的可靠性降低以及更大的维修成本的多个机械部件一起工作，所以使用线缆延长换能器可为成问题的。

确定蓄能器内的活塞位置的另一方法包括使用传递到蓄能器中的声学信号。该方法避免线缆物理地入侵到蓄能器中，但具有其自身的问题。例如，为了使用声波准确地确定穿过介质的距离，必须已知介质的某些属性，诸如温度和压力。因此，需要在蓄能器中的介质内安装温度和压力测量计以确定这些参数。引入额外的传感器降低了系统的可靠性，以及获得的关于活塞位置的信息的准确性。

发明内容

本技术的一个实施例提供一种用于为海底钻井系统的构件供能的液压蓄能器，其包括：包封腔体的蓄能器壳体，蓄能器壳体在第一端部中限定孔并具有纵向轴线；活塞，其设置在腔体内并可相对于蓄能器壳体沿平行于纵向轴线的方向移动；和激光活塞位置传感器，其在第一端部中的孔附近附连至蓄能器壳体的端部。激光活塞位置传感器包括：传感器壳体，其包封腔体并在传感器壳体的外表面中限定凹部；定位于传感器壳体的凹部中并暴露于传感器壳体中的腔体的镜片，镜片定位于传感器壳体中的腔体和蓄能器壳体的孔之间；以及在腔体中附连至传感器壳体的激光传感器，其发射激光，激光通过镜片和蓄能器壳体中的孔被引导至活塞。

本技术的另一实施例提供一种用于确定液压蓄能器内的活塞的位置的激光活塞位置传感器，激光活塞位置传感器构造成附连至液压蓄能器的端部，且液压蓄能器在其端部中具有孔，其使液压蓄能器内的活塞暴露于激光活塞位置传感器。激光活塞位置传感器包括：传感器壳体，其包封容纳低压气体的腔体并限定从腔体朝液压蓄能器的开口；定位于腔体内的激光传感器，其用于经由传感器壳体中的开口和液压蓄能器中的孔朝液压蓄能器的活塞发射激光；以及透明的镜片，其位于激光传感器和液压蓄能器之间，以允许激光从激光传感器传送到活塞，并将液压蓄能器中的气体与传感器壳体的腔体中的气体分开。

本技术的又一实施例提供一种确定液压蓄能器内的活塞的位置的方法。该方法包括以下步骤：从附连至液压蓄能器的激光活塞位置传感器发射激光；通过液压蓄能器中的孔将激光引导到活塞；以及接收来自活塞的反射光。该方法还包括：确定发射激光和接收反射光之间的时间量；然后，基于该时间，确定激光活塞位置传感器和活塞之间的距离；并且基于液压蓄能器内活塞的位置和液压蓄能器的尺寸特征确定液压蓄能器内的液压流体的体积。

附图说明

在阅读了本技术的非限制性实施例的以下详细描述以及在审阅了附图后，可更好地理解本技术，其中：