專利名稱：電磁感應(yīng)式含水率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于油田生產(chǎn)測(cè)井領(lǐng)域，用于測(cè)量油井產(chǎn)液中含水率的傳感元件，尤其是涉及一種電磁感應(yīng)式含水率傳感器。
背景技術(shù)：
目前，在測(cè)井領(lǐng)域中用于在井下測(cè)量油井產(chǎn)液中含水率的方法主要有電容法和阻抗法，其中采用電容法測(cè)量存在的缺點(diǎn)是，當(dāng)水為連續(xù)相的條件下，探頭不能測(cè)量連續(xù)水相內(nèi)的油相；采用阻抗法測(cè)量存在的缺點(diǎn)是，僅適用于水為連續(xù)相的流體，不能用于低含水條件。電磁感應(yīng)法測(cè)量油井產(chǎn)液含水率是在近年中得到較快發(fā)展的方法，其工作原理主要是利用流體中的導(dǎo)電離子在來(lái)自于發(fā)射線圈的電場(chǎng)作用下可在空間建立二次磁場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量二次磁場(chǎng)的強(qiáng)度，即可確定流體的含水率。由于磁力線的空間連續(xù)性，該方法可以對(duì)油內(nèi)的水進(jìn)行測(cè)量，也可以對(duì)水內(nèi)的油進(jìn)行測(cè)量，具有很好的適用范圍。在現(xiàn)有的電磁感應(yīng)法測(cè)量油井產(chǎn)液含水率的技術(shù)中，由于測(cè)量方式的不同，傳感器的設(shè)計(jì)在細(xì)節(jié)上有很大的差別，但是其最通用的方式均是利用兩個(gè)線圈，一個(gè)作為發(fā)射線圈，一個(gè)作為接收線圈，這種雙線圈的結(jié)構(gòu)使得該種利用電磁感應(yīng)原理制成的含水率傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大；并且兩個(gè)線圈彼此間存在干擾，使得測(cè)量信號(hào)的提取變得十分困難。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中利用電磁感應(yīng)原理制成的含水率傳感器需要由兩個(gè)線圈構(gòu)成，致使傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且信號(hào)提取困難的問題，本實(shí)用新型提供一種電磁感應(yīng)式含水率傳感器，該種電磁感應(yīng)式含水率傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及測(cè)量信號(hào)提取方便的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該種電磁感應(yīng)式含水率傳感器，包括金屬外殼、由絕緣材料制成的螺線圈空心支架管，其中金屬外殼的上端開有出液口，其下端開有與集流器聯(lián)結(jié)的內(nèi)螺紋，螺線圈空心支架管被固定于出液口與下端的內(nèi)螺紋之間的空腔內(nèi)，螺線圈空心支架管的管腔與出液口共同構(gòu)成了液體流通通道，螺線圈均勻纏繞于螺線圈空心支架管的外壁，其進(jìn)線端與出線端通過(guò)絕緣密封塞由金屬外殼的表面引出。
本實(shí)用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的電磁感應(yīng)式含水率傳感器僅采用一個(gè)螺線管線圈，在該螺線管線圈中通以100kHz的較低頻率的交流電，此后，直接測(cè)量線圈兩端的阻抗變化值即可確定待測(cè)量流體中的含水率。因此，該種電磁感應(yīng)式含水率傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作的優(yōu)點(diǎn)；此外，該種電磁感應(yīng)式含水率傳感器具由于不存在線圈間的干擾，使得測(cè)量信號(hào)非常易于被提取，解決了困擾測(cè)井工作人員多年的油井產(chǎn)出剖面含水率不易測(cè)量的問題。


附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用于油水兩相流條件下所測(cè)得含水率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖中1-金屬外殼，2-螺線圈空心支架管，3-螺線圈，4-流通通道，5-出液口。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，該種電磁感應(yīng)式含水率傳感器，包括金屬外殼1、由絕緣材料制成的螺線圈空心支架管2，其中金屬外殼1的上端開有出液口5，其下端開有可與集流器聯(lián)結(jié)的內(nèi)螺紋，由絕緣材料制成的螺線圈空心支架管2被固定于金屬外殼1中出液口5與下端的內(nèi)螺紋之間的空腔內(nèi)，螺線圈空心支架管2的管腔與出液口5共同構(gòu)成了液體流通通道4，螺線圈3均勻纏繞于螺線圈空心支架管2的外壁上，其進(jìn)線端與出線端通過(guò)絕緣密封塞由金屬外殼1的表面引出。
在本技術(shù)方案中，儀器外部金屬外殼1的材料可選用外徑28毫米、內(nèi)徑24毫米的2Cr13，螺線圈空心支架管2的材料可以選用聚酰亞胺，其內(nèi)徑選取16毫米，螺線圈3選用線徑0.18毫米的高溫漆包線。
本實(shí)用新型的工作原理如下通過(guò)在螺線圈3中通以100KHz的電流，在線圈的內(nèi)外建立電磁場(chǎng)，線圈外的發(fā)散磁力線被金屬外殼1束縛，由于磁力線的閉合性，全部磁力線通過(guò)線圈內(nèi)部，并且相對(duì)均勻。由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的存在，當(dāng)含有水的流體通過(guò)線圈內(nèi)部時(shí)，水中的導(dǎo)電離子在交變磁場(chǎng)的作用下將形成交變電流，建立二次磁場(chǎng)，這個(gè)二次磁場(chǎng)反作用于線圈，其作用結(jié)果可表征為線圈阻抗的變化，因?yàn)榫€圈阻抗是可以通過(guò)外部?jī)x器輕易測(cè)得的，所以根據(jù)流體的含水率與線圈的阻抗變化之間所建立的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)流體中的含水率測(cè)量。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有測(cè)量含水率的雙線圈傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，將特別適用于三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出井和稠油井的含水率測(cè)量。
當(dāng)含有水的流體通過(guò)線圈內(nèi)部時(shí)，水中的導(dǎo)電離子在交變磁場(chǎng)的作用下形成交變電流，與線圈形成等效互感現(xiàn)象，互感可以表示為M=μ0N0N(YW)Sl]]>其中μ0是磁導(dǎo)率；N0、S、l分別是線圈的扎數(shù)、截面積和長(zhǎng)度；N(YW)是流體內(nèi)的水形成的電渦流等效扎數(shù)；YW是持水率。N(YW)取決于傳感器內(nèi)水的持率，可以表示為N(Yw)＝kYW線圈的阻抗是z=R2+(2πfM)2]]>=R2+(2πfμ0N0·Sl)2k2YW2]]>其中R是線圈的電阻；f是交變電流的頻率。
流體含水率的變化表征為線圈阻抗的變化，將流體的含水率與線圈的阻抗變化建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)線圈阻抗的測(cè)量實(shí)現(xiàn)含水率測(cè)量。
本裝置通過(guò)磁力線對(duì)流體含水率測(cè)量，流體與測(cè)量線圈不接觸實(shí)際使用時(shí)，該電磁感應(yīng)含水率傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳感器工作時(shí)，首先利用集流器集流，流體進(jìn)入流通通道，流體流經(jīng)傳感器測(cè)量空間時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的存在，引起流體內(nèi)的水和傳感器線圈的互感，表征為線圈兩端阻抗的變化，測(cè)量線圈兩端的阻抗即可測(cè)得與其相對(duì)應(yīng)的含水率值。
圖2是在油水兩相流條件下，本發(fā)明傳感器的試驗(yàn)結(jié)果，橫軸是含水率；縱軸是經(jīng)過(guò)電路處理后的傳感器信號(hào)輸出頻率值，每條曲線分別對(duì)應(yīng)5m3/d、30m3/d和60m3/d的流量。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明傳感器在10％-100％的含水率變化范圍內(nèi)均有良好的響應(yīng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油水兩相流含水率的測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種電磁感應(yīng)式含水率傳感器，包括金屬外殼(1)、螺線圈空心支架管(2)，其特征在于金屬外殼(1)的上端開有出液口(5)，其下端開有與集流器聯(lián)結(jié)的內(nèi)螺紋，螺線圈空心支架管(2)被固定于出液口(5)與下端的內(nèi)螺紋之間的空腔內(nèi)，螺線圈空心支架管(2)的管腔與出液口(5)共同構(gòu)成了液體流通通道(4)，螺線圈(3)均勻纏繞于螺線圈空心支架管(2)的外壁，其進(jìn)線端與出線端通過(guò)絕緣密封塞由金屬外殼(1)的表面引出。
專利摘要一種主要用于測(cè)量油井產(chǎn)液中含水率的電磁感應(yīng)式含水率傳感器。主要解決現(xiàn)有技術(shù)中利用電磁感應(yīng)原理制作的含水率傳感器需要由兩個(gè)線圈構(gòu)成，致使傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且信號(hào)提取困難的問題。其特征在于金屬外殼(1)的上端開有出液口(5)，其下端開有與集流器聯(lián)結(jié)的內(nèi)螺紋，螺線圈空心支架管(2)被固定于出液口(5)與下端的內(nèi)螺紋之間的空腔內(nèi)，螺線圈空心支架管(2)的管腔與出液口(5)共同構(gòu)成了液體流通通道(4)，螺線圈(3)均勻纏繞于螺線圈空心支架管(2)的外壁，其進(jìn)線端與出線端通過(guò)絕緣密封塞由金屬外殼(1)的表面引出。該種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及測(cè)量信號(hào)提取方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK2718223SQ200420077488
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者莊海軍, 劉興斌, 袁智蕙, 鞠明淵, 王春陽(yáng) 申請(qǐng)人:大慶油田有限責(zé)任公司