一種勵磁部件偏置安放的外流道式井下電磁流量傳感器的製作方法

2023-05-29 12:49:46 2

專利名稱：一種勵磁部件偏置安放的外流道式井下電磁流量傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及油田注水流量測量的外流道式井下電磁流量傳感器領域。
石油井的井下注水流量測量要求測出全井不同深度位置的流量值，即不同深度「測量斷面」的流量值。對於井下電磁流量傳感器，其磁極、電極所處的平面就是對流量值敏感的「測量斷面」。
現有外流道式井下流量計的弱點是驅動磁場強度低，傳感器靈敏度低。英國專利(GB2256490A)提出的外流道式流量計，其「表面磁場強度典型值為6高斯」。由於該磁場強度遠低於同尺寸地面內流式電磁流量計設計採用的場強(數百高斯)，使井下流量計的流量測量信號幅度很小，噪聲大，零點漂移大。磁場強度偏低的原因是井下流量計外徑小(φ38mm)，傳感器可用的空腔尺寸小(耐高壓強的儀器空腔≤φ30mm)。現有井下流量計將勵磁線圈、勵磁鐵芯、磁極、測量電極、激勵部件與測量部件間的屏蔽都設計在同一個儀器斷面內(英國專利GB2256490A；中國專利申請97107334.1)，由於可容納的勵磁線圈圈數少，勵磁鐵芯截面積小，只能產生很弱的外部場強，故測量精度不高。
本實用新型的目的在於提供一種勵磁部件偏置安放的外流道式井下電磁流量傳感器。
採用本實用新型，使井下電磁流量傳感器在小外徑尺寸(φ38mm)條件下，能產生較強的磁場，採用偏置安放勵磁部件可將場強提高10倍左右，使井下流量計的整體技術性能得到顯著提高。
本實用新型的勵磁線圈和勵磁鐵芯(以下合稱勵磁部件)的偏置安放是將電磁流量傳感器的勵磁部件設置在磁極、電極構成的測量斷面以外。一種是將勵磁部件平移離開該測量斷面設置；另一種是將勵磁部件移開並旋轉90°，垂直於該測量斷面設置。
採用本實用新型的勵磁偏置安放方式製備的電磁流量傳感器，將勵磁部件平移離開測量斷面設置，可構成平移偏置勵磁的電磁流量傳感器。它包括勵磁線圈、勵磁鐵芯、兩個或兩組異性磁極，與磁極數相等的電極數。
採用本實用新型的勵磁偏置安放方式製備的電磁流量傳感器，將勵磁部件旋轉90°並移出測量斷面設置，可構成垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器。它包括勵磁線圈、勵磁鐵芯、兩個或兩組異性磁極，與磁極數相等的電極數。
下面根據附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。


圖1是採用本實用新型的外流道式井下電磁流量計在注水井中的工作狀態示意圖；圖2是本實用新型平移偏置勵磁的電磁流量傳感器勵磁磁路和電極位置示意圖；圖3是圖2中的電磁流量傳感器A-A流量測量斷面位置示意圖；圖4是圖2中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖；圖5是本實用新型垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器勵磁磁路和電極位置示意圖；圖6是圖5中的電磁流量傳感器A-A流量測量部份斷面位置示意圖；圖7是圖5中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖。
圖1中 1.繩帽2.上扶正器3.電路段4.探測段5.下扶正器6.井體套管7.勵磁線圈8.勵磁鐵芯9.磁極10.電極圖1是採用本實用新型製備的外流道式井下電磁流量計在注水井中的工作狀態示意圖。它包括電路段(3)、探測段(4)、繩帽(1)、上扶正器(2)、下扶正器(5)。本實用新型提出的「外流道式電磁流量傳感器」處在探測段(4)內。圖1中A-A為磁極、電極所在的流量測量斷面。勵磁部件偏置設置結構能使流量測量斷面處儀器表面場強提高一個數量級。
圖1中外流道式井下電磁流量計的「扶正器」(2)、(5)使流量計處在井體套管(6)的中心區。在儀器的探測段(4)內裝有電磁流量傳感器，傳感器磁極的磁場穿過儀器外壁伸展到流體中。在傳感器電極間將感生出與場強B和流速V成正比的流量測量信號。
圖2是本實用新型勵磁磁路和電極安置位置示意圖，圖2中將勵磁部件平移離開測量斷面設置，可構成平移偏置勵磁的電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)。
圖3為圖2中的電磁流量傳感器A-A流量測量斷面位置示意圖；設有一對磁極(9)和一對電極(10)。磁極產生的磁場伸展到傳感器外的流體中。流體的流動將在兩個電極間感應出正比於流速和磁場強度的流量測量信號。
圖4為圖2中的電磁流量傳感器B-B勵磁部件斷面位置示意圖；內有勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)以及測量磁極的端部(9)。由於流量傳感器的這四個部件分別設置在兩個斷面，減少了空間擁擠。在測量斷面，電極的安裝變得容易、密封可靠。平移後的勵磁部件可佔據整個傳感器勵磁斷面空間。勵磁線圈圈數和鐵芯截積都能增加數倍，勵磁強度提高。
圖5是本實用新型四磁極、四電極的電磁流量傳感器磁路和電極安置位置示意圖。圖5中將勵磁部件旋轉90°並移出測量斷面設置，構成垂直偏置勵磁的電磁流量傳感器。勵磁線圈旋轉90°後產生的激勵磁場方向是和流體流速平行的，必須通過高導磁率的軟鐵件將磁場轉向，並引導到測量磁極。在流量測量斷面A-A處，測量磁極伸展到流體中的磁場已轉向到和流速方向垂直，滿足電磁感應測量流速的要求。採用這種方法，勵磁線圈的長度可根據磁場強度的設計要求確定，線圈的縱向截面積不受傳感器直徑尺寸的限制，可繞制更多的線圈數。因而它比平移式勵磁線圈可獲得更高的磁場強度。
本實用新型偏置勵磁結構的電磁流量傳感器和以往的外流道式電磁流量傳感器相比具有以下優點①在傳感器外徑限制的條件下，偏置勵磁方式可加大勵磁線圈和鐵芯佔有的空間尺寸，增強流量計工作磁場，從而提高其測量靈敏度。
②勵磁部件和測量斷面的空間分開，加大了勵磁線圈和測量電極的空間隔離，使勵磁電壓和電流對測量電極流量信號的幹擾減小，能提高測量精度。
③偏置勵磁方式能合理地利用傳感器的內部空間尺寸。因而，在同樣的工藝條件下，能設計和生產出外直徑更小的井下電磁流量計。
實施例1圖2是本實用新型平移偏置勵磁的2電極與2磁極組合安置電磁流量傳感器示意圖。由於增大了勵磁部件的空間尺寸，勵磁強度提高。典型的傳感器表面場強為40高斯。
實施例2圖5是本實用新型提出的4電極與4磁極組合的垂直偏置勵磁電磁流量傳感器示意圖。
圖6為圖5中的電磁流量傳感器流量測量部份A-A斷面位置示意圖；A-A斷面圖顯示它具有四個磁極(9-1)，(9-2)，(9-3)，(9-4)和四個電極(10-1)，(10-2)，(10-3)，(10-4)。異性磁極分為兩組，兩個相對的磁極是同極性的，用純鐵軟磁材料引伸連接到勵磁部件的同一個磁極。其中一組連接到勵磁部件近端，另一組連接到勵磁部件遠端。
圖7是圖5中的電磁流量傳感器勵磁部件B-B斷面位置示意圖。B-B斷面圖顯示它具有一個圓柱形的勵磁鐵芯(8)、外圍是勵磁線圈(7)、最外側是測量磁極(9-1)，(9-3)到勵磁部件遠端磁極的磁場導引部件。在實際製作中可將磁極和導引部件用一個整件構成。
另一組測量磁極(9-2)，(9-4)將延伸到勵磁部件的近端磁極。在實際製作中可將磁極(9-2)，(9-4)、磁場導引部件和勵磁鐵芯(8)用一個整件構成。因而整個垂直偏置勵磁的四磁極傳感器磁路可用二個鐵磁部件構成。用這種方式勵磁的四磁極傳感器表面場強可達100高斯以上。
垂直偏置勵磁方式還適用於構成2磁極、6磁極等多種不同要求的電磁流量傳感器。
採用這兩種偏置勵磁方式，當勵磁功率為一瓦量級時，傳感器的靈敏度都可達到10-4伏/(米/秒)。
本實用新型與英國專利(GB2256490A)比較，實施效果明顯優於對方。本實用新型提出的二個實施例電極數和磁極數都相同，2電極與2磁極組合(圖2)，或4電極與4磁極組合(圖5)，其典型傳感器靈敏度為10-5伏/(米/秒)至10-4伏/(米/秒)。該英國專利提出的幾個實施例電極數是磁極數的2倍或4倍，其典型傳感器靈敏度僅為10-9伏/(米/秒)。
權利要求1．一種勵磁部件偏置安放的外流道式井下電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)，其特徵在於勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)平移開測量斷面，兩個磁極(9)各自的一端分別平行延伸到勵磁鐵芯(8)的兩個端面。
2．一種勵磁部件偏置安放的外流道式井下電磁流量傳感器，它包括勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)、磁極(9)、電極(10)，其特徵在於勵磁線圈(7)、勵磁鐵芯(8)的軸垂直於測量斷面，並離開該斷面，勵磁鐵芯(8)的兩端分別用高導磁率材料件連接到測量斷面內的兩個磁極或兩組異極性磁極(9-1)、(9-3)，(9-2)、(9-4)。
3．一種如權利要求1所述的電磁流量傳感器，其特徵在於傳感器含有兩個或兩組異性磁極，與磁極數相等的電極數。
4．一種如權利要求2所述的電磁流量傳感器，其特徵在於傳感器含有兩個或兩組異性磁極，與磁極數相等的電極數。
專利摘要本實用新型提供了一種勵磁部件偏置安放的電磁流量傳感器。將勵磁部件置於磁極、電極構成的測量斷面以外,將勵磁部件平移離開該測量斷面設置;另一種是將勵磁部件移開並旋轉90°,垂直於該測量斷面設置。它能使小直徑的電磁流量傳感器所產生的表面磁場強度提高10倍左右滿足石油井的井下注水流量測量要求,測出全井不同深度位置的流量值。
文檔編號G01F1/56GK2421621SQ0022301
公開日2001年2月28日 申請日期2000年5月15日 優先權日2000年5月15日
發明者岑大剛 申請人:四川科學城久利電子總公司