CN1140773C - 一种励磁部件偏置安放的方法及电磁流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外流道式电磁流量传感器励磁部件偏置安放的方法及采用本方法制备的电磁流量传感器。将励磁部件置于磁极、电极构成的测量断面以外，将励磁部件平移离开该测量断面设置；另一种是将励磁部件移开并旋转90°，垂直于该测量断面设置。它能使小直径的电磁流量传感器所产生的表面磁场强度提高10倍左右，满足石油井的井下注水流量测量要求，测出全井不同深度位置的流量值。

Description

一种励磁部件偏置安放的方法及电磁流量传感器

本发明涉及油田注水流量测量的外流道式井下电磁流量传感器领域。

石油井的井下注水流量测量要求测出全并不同深度位置的流量值，即不同深度“测量断面”的流量值。对于井下电磁流量传感器，其磁极、电极所处的平面就是对流量值敏感的“测量断面”。

现有外流道式井下流量计的弱点是驱动磁场强度低，传感器灵敏度低。英国专利(GB2256490A)提出的外流道式流量计，其“表面磁场强度典型值为6高斯”。由于该磁场强度远低于同尺寸地面内流式电磁流量计设计采用的场强(数百高斯)，使井下流量计的流量测量信号幅度很小，噪声大，零点漂移大。磁场强度偏低的原因是井下流量计外径小(φ38mm)，传感器可用的空腔尺寸小(耐高压强的仪器空腔≤φ30mm)。现有井下流量计将励磁线圈、励磁铁芯、磁极、测量电极、激励部件与测量部件间的屏蔽都设计在同一个仪器断面内(英国专利GB2256490A；中国专利申请97107334.1)，由于可容纳的励磁线圈圈数少，励磁铁芯截面积小，只能产生很弱的外部场强，故测量精度不高。

本发明的目的在于提供外流道式电磁流量传感器励磁线圈和励磁铁芯(以下合称励磁部件)偏置安放的方法及采用本方法制备的电磁流量传感器。

采用本发明，使并下电磁流量传感器在小外径尺寸(φ38mm)条件下，能产生较强的磁场，采用偏置安放励磁部件可将场强提高10倍左右，使井下流量计的整体技术性能得到显著提高。

本发明的励磁偏置安放的方法是将电磁流量传感器的励磁部件设置在磁极、电极构成的测量断面以外。一种是将励磁部件平移离开该测量断面设置；另一种是将励磁部件移开并旋转90°，垂直于该测量断面设置。

采用本发明的励磁偏置安放方法制备的电磁流量传感器，将励磁部件平移离开测量断面设置，可构成平移偏置励磁的电磁流量传感器。它包括励磁线圈、励磁铁芯、两个或两组异性磁极、与磁极数相等的电极数。

采用本发明的励磁偏置安放方法制备的电磁流量传感器，将励磁部件旋转90°并移出测量断面设置，可构成垂直偏置励磁的电磁流量传感器。它包括励磁线圈、励磁铁芯、两个或两组异性磁极、与磁极数相等的电极数。

下面根据附图对本发明作进一步的详细描述。

图1是外流道式电磁流量计在注水井中的工作状态示意图；

图2是本发明平移偏置励磁的电磁流量传感器励磁磁路和电极位置示意图；

图3是图2中的电磁流量传感器A-A流量测量断面位置示意图；

图4是图2中的电磁流量传感器B-B励磁部件断面位置示意图；

图5本发明是垂直偏置励磁的电磁流量传感器励磁磁路和电极位置示意图；

图6是图5中的电磁流量传感器A-A流量测量部份断面位置示意图；

图7是图5中的电磁流量传感器B-B励磁部件断面位置示意图。

图1中1.绳帽    2.上扶正器    3.电路段    4.探测段    5.下扶正器    6.井体套管    7.励磁线圈    8.励磁铁芯    9.磁极10.电极

图1是采用本发明制备的外流道式电磁流量计在注水井中的工作状态示意图。它包括电路段(3)、探测段(4)、绳帽(1)、上扶正器(2)、下扶正器(5)。本发明提出的电磁流量传感器处在探测段(4)内。图1中A-A为磁极、电极所在的流量测量断面。励磁部件偏置设置结构能使流量测量断面处仪器表面场强提高一个数量级。

图1中本发明的装置两端的“扶正器”(2)、(5)使流量计处在井体套管(6)的中心区。在仪器的探测段(4)内装有电磁流量传感器，传感器磁极的磁场穿过仪器外壁伸展到流体中。在传感器电极间将感生出与场强B和流速V成正比的流量测量信号。

图2是本发明励磁磁路和电极安置位置示意图，图2中将励磁部件平移离开测量断面设置，可构成平移偏置励磁的电磁流量传感器，它包括励磁线圈(7)、励磁铁芯(8)、磁极(9)、电极(10)。

图3为图2中的电磁流量传感器A-A流量测量断面位置示意图；设有一对磁极(9)和一对电极(10)。磁极产生的磁场伸展到传感器外的流体中。流体的流动将在两个电极间感应出正比于流速和磁场强度的流量测量信号。

图4为图2中的电磁流量传感器B-B励磁部件断面位置示意图；内有励磁线圈(7)、励磁铁芯(8)以及测量磁极的端部(9)。由于流量传感器的这四个部件分别设置在两个断面，减少了空间拥挤。在测量断面，电极的安装变得容易、密封可靠。平移后的励磁部件可占据整个传感器励磁断面空间。励磁线圈圈数和铁芯截积都能增加数倍，励磁强度提高。

图5是垂直偏置励磁的电磁流量传感器励磁磁路和电极位置示意图；图5显示的是四磁极、四电极的电磁流量传感器磁路和电极情况。图5中将励磁部件旋转90°并移出测量断面设置，构成垂直偏置励磁的电磁流量传感器。励磁线圈旋转90°后产生的激励磁场方向是和流体流速平行的，必须通过高导磁率的软铁件将磁场转向，并引导到测量磁极。在流量测量断面A-A处，测量磁极伸展到流体中的磁场已转向到和流速方向垂直，满足电磁感应测量流速的要求。采用这种方法，励磁线圈的长度可根据磁场强度的设计要求确定，线圈的纵向截面积不受传感器直径尺寸的限制，可绕制更多的线圈数。因而它比平移式励磁线圈可获得更高的磁场强度。

本发明偏置励磁结构的电磁流量传感器和以往的外流道式电磁流量传感器相比具有以下优点：

①在传感器外径限制的条件下，偏置励磁方式可加大励磁线圈和铁芯占有的空间尺寸，增强流量计工作磁场，从而提高其测量灵敏度。

②励磁部件和测量断面的空间分开，加大了励磁线圈和测量电极的空间隔离，使励磁电压和电流对测量电极流量信号的干扰减小，能提高测量精度。

③偏置励磁方式能合理地利用传感器的内部空间尺寸。因而，在同样的工艺条件下，能设计和生产出外直径更小的井下电磁流量计。

实施例1

图2是本发明提出的平移偏置励磁的2电极与2磁极组合安置电磁流量传感器示意图。由于增大了励磁部件的空间尺寸，励磁强度提高。典型的传感器表面场强为40高斯。

实施例2：

图5是本发明的垂直偏置励磁的电磁流量传感器励磁磁路和电极位置示意图；显示了4电极与4磁极组合的垂直偏置励磁电磁流量传感器结构情况。

图6为图5中的电磁流量传感器A-A流量测量部份断面位置示意图；A-A断面图显示它具有四个磁极(9-1)，(9-2)，(9-3)，(9-4)和四个电极(10-1)，(10-2)，(10-3)，(10-4)。磁极分两组，两个相对的磁极是同极性的，用纯铁软磁材料引伸连接到励磁部件的同一个磁极。其中一组连接到励磁部件近端，另一组连接到励磁部件远端。

图7是图5中的电磁流量传感器B-B励磁部件断面位置示意图。B-B断面图显示它具有一个圆柱形的励磁铁芯(8)、外围是励磁线圈(7)、最外侧是测量磁极(9-1)，(9-3)到励磁部件远端磁极的磁场导引部件。在实际制作中可将磁极和导引部件用一个整件构成。

另一组测量磁极(9-2)，(9-4)将延伸到励磁部件的近端磁极。在实际制作中可将磁极(9-2)，(9-4)、磁场导引部件和励磁铁芯(8)用一个整件构成。因而整个垂直偏置励磁的四磁极传感器磁路可用二个铁磁部件构成。用这种方式励磁的四磁极传感器表面场强可达100高斯以上。

垂直偏置励磁方式还适用于构成2磁极、6磁极等多种不同要求的电磁流量传感器。

采用这两种偏置励磁方法，当励磁功率为一瓦量级时，传感器的灵敏度都可达到10^-4伏/(米/秒)。

本发明与英国专利(GB2256490A)比较，实施效果明显优于对方。本发明提出的两个实施例电极数和磁极数都相同，2电极与2磁极组合(图2)，或4电极与4磁极组合(图5)，其典型传感器灵敏度为10^-5伏/(米/秒)至10^-4伏/(米/秒)。该英国专利提出的几个实施例电极数是磁极数的2倍或4倍，其典型传感器灵敏度仅为10^-9伏/(米/秒)。

Claims (4)

1.一种电磁流量传感器励磁部件偏置安放的方法，其特征在于：将电磁流量传感器的励磁部件设置在磁极、电极构成的测量断面以外，将励磁部件平移离开该测量断面设置。

2.一种电磁流量传感器励磁部件偏置安放的方法，其特征在于：将电磁流量传感器的励磁部件设置在磁极、电极构成的测量断面以外，励磁部件移开并旋转90°，垂直于该测量断面设置。

3.一种如权利要求1所述的方法制备的电磁流量传感器，它包括励磁线圈(7)、励磁铁芯(8)，其特征在于：还包括两个磁极和两个电极，所述的励磁线圈(7)和励磁铁芯(8)平移开测量断面，并且所述的两个磁极各自的一端分别平行延伸到励磁铁芯(8)的两个端面。

4.一种如权利要求2所述的方法制备的电磁流量传感器，它包括励磁线圈(7)、励磁铁芯(8)，其特征在于：还包括磁极和与磁极个数相等的电极，所述的励磁线圈(7)和励磁铁芯(8)的轴垂直于测量断面，并离开该断面，励磁铁芯(8)的两端分别用高导磁率材料件连接到测量断面内的两个磁极或四个磁极。

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