CN107002490A - 确定井下工具部件的相对位置和/或运动的位置指示器及其方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于确定至少一个可移动部件相对于井下工具的固定部件的位置的用于井装置的磁传感器阵列。该阵列包括至少一个导体构件和多个磁传感器，该导体构件具有沿着所述至少一个导体构件的纵向轴线以至少第一长度的第一间隔隔开的多个接触区域，多个磁传感器中的每一个可操作地联接到所述多个接触区域中的一个，并且是由来自磁激励器的磁场可激励的。

Description

确定井下工具部件的相对位置和/或运动的位置指示器及其 方法
本发明一般涉及石油和天然气生产领域，特别涉及井下设备及其在地下井中的控制和操作的领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定井下工具部件的相对位置和运动的磁传感器阵列、装置和方法。
介绍
在今天的石油和天然气行业，智能化或计算机化完井是最大化/优化碳氢化合物(石油、天然气)生产率的基础。例如，井下压力和温度数据可以从各个量规获得，以便识别储层或井眼中的潜在问题。此外，所谓的智能化完井可以包括使用特定的井下工具(比如，例如滑动套筒分离工具)进行层间封隔和远程控制单独区域生产率。液压驱动的滑动套管通过安装在生产管道上的液压控制线路进行操作。
传统上，当将滑动套筒移动到“完全打开”或“完全关闭”位置时，操作者监视施加的液压压力。然而，这些传统工具未设计成在施加液压压力时允许滑动套筒的精确定位和/或确定滑动套筒的实际运动(例如速度)。
通常已知使用磁传感器来确定井下应用工具中的运动件的位置。这里，永磁体安装在移动件上，并且发出的磁场由磁传感器拾取。然而，已知的现有技术通常需要非常复杂的电子设备，以便“激励”磁传感器，这使得井下工具由于非常恶劣的地下环境(例如极端的温度、压力或湿度)中的部件故障的高风险而变得非常不可靠。
特别地，永磁体是由原子内的轨道电子引起的许多小型偶极子形成的。磁体的偶极子中的每一个产生其自己的磁场，并且当各个磁场被随机排列(即不对齐)时，所有偶极子的总和产生相对较弱的总磁通密度。然而，当对永磁体施加强大的外部磁场时，偶极子的所有磁场被对准以形成增加的磁通密度的磁矢量。在温度相对于室温升高的情况下，磁矢量的磁通密度可能会降低，因为偶极子重新排列回不对准，因此引起可逆的磁损耗(例如在高温下，磁通密度比在室温(即21℃)下弱很多)，当温度恢复到其原来的温度时该磁损耗可以恢复。
磁传感器的许多已知应用“取决于”已知的永磁体磁场的强度，使得传感器(例如霍尔传感器)可以根据在特定温度范围内发出的施加的有效磁场的强度和/或极性进行校准。然而，当利用根据已知现有技术的传感器时，这显著地影响了准确性和易用性。此外，通常使用的磁传感器(例如霍尔传感器)具有相对低的最大工作温度(例如对于霍尔传感器为150℃)，因此限制了应用范围。
此外，现有技术中使用的磁传感器(例如霍尔传感器)是有源部件，该有源部件需要专用电源以及信号放大和滤波，因为信号的功率输出通常是弱的并受噪声影响。例如，为了从传感器阵列获取磁场数据，可以使用多路复用器和相应的控制器在适当的霍尔传感器之间切换，从而显著增加确定当前位置所需的处理时间。由于与井下应用相关的更高风险，“驱动”传感器和处理信号所需的电子部件进一步影响系统的可靠性。此外，可用的复杂系统自然需要相当大的空间来容纳和连接电子部件(例如，使用印刷电路板-PCB)，但是在井下环境中的空间非常有限，并且该可用的系统中的一些可能实际上不安装在井下工具处。此外，PCB的使用可能例如引起其他问题，比如在高温和/或高压环境中的“脱气”或“分层”。
发明概述
本发明的优选实施方案试图克服现有技术的上述缺点中的一个或多个。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定至少一个可移动部件相对于井下工具的固定部件的位置的用于井装置的磁传感器阵列，包括：
至少一个导体构件，其具有沿着所述至少一个导体构件的纵向轴线以至少第一长度的第一间隔隔开的多个接触区域；
多个磁传感器，所述多个磁传感器中的每一个可操作地联接到所述多个接触区域中的一个，并且是由来自磁激励器的磁场可激励的。
这提供了“实时”位置指示器的优点，其能够以相当高的精度提供井下工具的可移动部分(例如滑动套筒分离工具的滑动套筒)的位置信息。此外，本发明的装置提供了在井下环境中出现的极端条件(例如高的温度、压力和湿度)的改进的鲁棒性。此外，本发明的装置提供了大大降低的复杂性的优点，从而最小化部件数量并降低制造成本。特别地，磁传感器阵列的有利的“无PCB”设计提供了非常紧凑和可靠的传感器系统，其中大大减少了“脱气”和“分层”的常见风险，允许在显著更高的温度下操作。
有利地，所述多个磁传感器中的每一个可以包括围绕所述纵向轴线周向隔开地布置的多个磁传感器元件。优选地，所述多个磁传感器元件可以围绕所述纵向轴线等距地周向隔开。甚至更优选地，所述多个磁传感器中的每一个可以包括彼此直径上相对地布置的两个磁传感器元件。更优选地，所述多个磁传感器中的每一个可以包括彼此直径上相对地布置的四个磁传感器元件。这提供了由于磁传感器的旋转抗扰性而大大改善冗余的优点。
有利地，所述多个磁传感器中的每一个磁传感器的所述多个磁传感器元件可以与所述至少一个导体构件形成并联电路。另外，所述多个磁传感器可以是彼此相互排斥地可激励的。优选地，所述至少一个导体构件可以是金属线。更优选地，所述导体构件可以是具有大体上矩形或方形横截面的铜线。这提供了改进的简单性、减少所需的部件和材料的数量的优点，因此进一步提高了磁传感器阵列的鲁棒性和紧凑性。
有利地，所述多个磁传感器中的每一个可以经由粘合剂和/或紧固构件附接到所述多个接触区域的相应接触区域。优选地，所述粘合剂可以是导电粘合剂或导电焊料中的任何一种。特别地，使用导电粘合剂提供了减少来自设备组件的潜在侵蚀性通量的优点，使清洁标准的要求最小化。
有利地，所述多个磁传感器可以连接到多个预定电阻器，以便形成适于为所述多个磁传感器中的每一个提供多个离散信号输出的电阻器网络。优选地，所述离散信号输出可以是离散电压或离散频率中的任何一种。
优选地，所述多个磁传感器之间的所述第一间隔可以是等距的。可选择地，所述多个磁传感器之间的所述第一间隔可以与预定的功能成比例。例如，间隔可以遵循对数或指数函数。
优选地，所述多个磁传感器元件可以是多个簧片开关。这提供了传感器机构不依赖于来自例如永磁体的磁场强度的优点。它允许仅基于逻辑来确定部件的运动，且因此降低了依赖于场强度测量的传感器机构(例如霍尔传感器)通常需要的复杂度。此外，利用簧片开关提供的优点是，只要激励器的磁场足以激活簧片开关，系统就不需要在潜在温度变化范围内对于任何有效的磁场强度进行校准。此外，簧片开关可在超过300℃的温度下工作。此外，利用簧片开关提供了实际磁极性与传感器的操作无关的优点。
有利地，磁传感器阵列还可以包括多个第一绝缘构件，所述多个第一绝缘构件适于密封地封装所述导体构件的所述多个第一间隔中的每一个。另外，磁传感器阵列还可包括适于密封地封装所述磁传感器阵列的第二绝缘构件。这提供了在接触区域之间提供绝缘并且保护传感器和阵列免受井下潜在恶劣环境条件影响的优点。特别地，绝缘收缩管可以用于封装铜线和/或传感器阵列的间隔，以便提供非常紧凑和坚稳的组件。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定至少一个可移动部件相对于井下工具的固定部件的位置的装置，包括：
根据本发明的第一方面的磁传感器阵列，其可联接到固定部件，使得所述磁传感器阵列的纵向轴线在可移动部件的移动方向上对准；
至少一个磁激励器，其可联接到所述可移动部件，
其中所述至少一个磁激励器适于激励所述磁传感器阵列的多个磁传感器中的任何一个，以便对于所述可移动部件相对于所述固定部件的预定数量的位置中的每一个产生离散信号输出。
有利地，所述磁传感器阵列可以包括所述多个磁传感器的两个或更多个等效的平行排，其布置成使得对应的所述磁传感器的位置在可移动部件的移动方向上相对于彼此对准。
可选择地，所述传感器阵列可以包括所述多个磁传感器的两个或更多个等效的平行排，其布置成使得对应的所述磁传感器的位置在可移动部件的移动方向上相对于彼此偏移。
有利地，所述至少一个磁激励器可以包括至少一个永磁体，该永磁体布置成在大致垂直于固定部件的表面的方向上发出磁场。
可选择地，所述至少一个磁激励器可以包括围绕可移动部件的纵向轴线周向隔开的多个永磁体。优选地，所述多个永磁体可以被布置成在大致垂直于固定部件的表面的方向上发出磁场。甚至更优选地，所述至少一个永磁体可以适于提供具有足以激励所述多个磁传感器中的任何一个磁传感器的磁通密度的磁场。这提供了更广泛覆盖的优点，允许可移动部件(例如套筒)的额外旋转运动(有意或无意的)，而不会失去激励器信号。
该装置还可以包括适于接收和处理所述离散信号输出以便确定可移动部件相对于固定部件的位置和/或速度的控制器。另外，该装置可以进一步包括可操作地联接到所述控制器的至少一个温度传感器和/或至少一个压力传感器。有利地，该装置还可以包括适于将数据发送到远程位置的发送器。优选地，所述发送器可以适于无线地发送数据。这提供了这样的优点，即可以对被测量的信号进行处理以便不仅确定激励传感器的离散位置，而且还可以使用传感器输出的“历史”来确定离散传感器之间的位置。传感器输出也可用于确定可移动部件的速度。能够确定环境温度提供了可以针对温度变化校正输出信号的优点。
根据本发明的第三方面，提供用于井内操作的井下工具，该井下工具包括根据本发明的第二方面的装置。
附图简述
现在将仅通过举例方式且不具有任何限制意义并参照附图来描述本发明的优选实施方案，在附图中：
图1示出了没有绝缘收缩管外壳的本发明的磁传感器阵列的优选实施方案的透视图；
图2是在图1中示出的磁传感器阵列的前视图；
图3示出了在制造磁传感器阵列的第一步骤期间的导体元件(铜线)的透视图；
图4示出了在制造磁传感器阵列的第二步骤期间导体元件(铜线)和在接触区域之间的间隔处安装的绝缘收缩管的透视图；
图5示出了导体元件和簧片开关的特写透视图，其中簧片开关的接触支脚在磁传感器阵列的制造的第三步骤期间利用缠绕在接触支脚周围的金属缆线固定到相应的接触区域和绝缘管；
图6示出了在制造磁传感器阵列的第四步期间导体元件和簧片开关以及联接的电阻器元件的特写透视图；
图7示出了本发明的磁传感器阵列的四传感器设计的旋转中立性；
图8示出了附接到工具的固定部件的磁传感器阵列和嵌入在工具的可移动部件内的磁激励器的示意性侧视图；
图9示出了(a)放置在金属板(未按比例)上的盘形或按钮形永磁体的磁场分布、永磁体的示例性外壳(b)外壳的内视图，(c)外壳的外视图(d)组装的外壳(壳体和盖子)的俯视图和(e)组装的外壳的仰视图；
图10示出了典型的滑动套筒井下工具和安装的位置指示器系统(磁传感器阵列和磁激励器)的示例的横截面侧视图，以及
图11示出了永磁体的实施方式的两种不同设计的图示，(a)三个磁体间隔开120°，(b)两个永磁体覆盖套筒的大部分圆周。
优选实施方案的详细描述
将关于井下工具和井下操作来描述本发明的示例性实施方案。然而，应当理解，一般来说，本发明的系统和方法对于知道可移动部件的精确位置有重要性的情况下的任何其它工具或机构将同样适用。
为了解释的目的，应当理解，如本文所使用的术语“确定”，“核算(calculate)”和“计算(compute)”及其变体被可互换地使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学运算或技术。术语“产生(generating)”和“适应(adapting)”也被可互换地使用，描述了任何类型的信号处理。
(i)磁传感器阵列的优选实施方案
在优选的示例中，本发明的磁传感器阵列100可以用于位置指示器装置200(即，包括磁激励器)，以监视和/或控制井下滑动套筒的打开和关闭，这允许例如优化来自不同层间封隔的生产流率。
现在参考图1和图2，示出了磁传感器阵列100的一部分的简化透视图(图1)，以及磁传感器阵列100的前视图(图2)，没有绝缘外壳。特别地，在优选示例中，磁传感器阵列100包括可操作地联接到铜线104的四个磁传感器102。四个磁传感器102沿着铜线104的纵向轴线等距离地隔开。磁传感器102之间的距离取决于应用和例如与其一起安装的滑动套筒的尺寸。然而，本领域技术人员应当理解，磁传感器102之间的距离也可以是不等距的，即距离可以根据对数或指数函数或适用于特定应用的任何其它函数而改变。磁传感器102中的每一个包括围绕铜线104的纵向轴线布置的四个簧片开关106，使得两个相应的簧片开关106位于铜线104的相对侧上。在优选示例中，铜线104具有方形横截面，使得一个簧片开关106可以位于铜线104的四个侧面之一上。这在使用期间提供了改进的冗余性和旋转自由度。
然而，本领域技术人员应理解，可以使用由任何其它导电材料制成的任何导电线或长形导体，其中导电线或长形导体可以具有任何合适的横截面。
四个簧片开关106中的每一个利用(i)缠绕在簧片开关106的接触支脚110周围的细导线108(ii)导电粘合剂，和/或(iii)导电焊料中的任何一个或全部附接到铜线104的接触区域112。簧片开关另一侧上的接触支脚110可利用缠绕在簧片开关106的接触支脚周围的细导线108固定到铜线104的非接触区域，例如，铜线的用绝缘套筒114封装的区域。在优选示例中，绝缘套筒114等距离地定位在接触区域112之间。绝缘套筒可以是绝缘收缩管。
使用导电粘合剂(例如粘合剂)可以去除或至少减少来自组件的任何侵蚀性通量，并且最小化组件的任何清洁要求。
每个磁传感器102的四个簧片开关106被连接以形成并联电路。因此，在使用期间，例如在位置指示器系统200中，区分已经触发了簧片开关106中的哪一个将是不可能的。
电阻器网络(未示出)还联接到四个磁传感器102。电阻器网络包括联接到相应磁传感器102的一个或多个预定电阻器116，以形成适于响应于相应的磁传感器102的激活而输出离散电压和/或频率变化的网络。
为了向磁传感器阵列提供保护，将另一绝缘收缩管(未示出)放置在磁传感器102上并且展开以完全封装磁传感器102阵列。
(ii)磁传感器阵列的制造
现在参照图3-6，对本发明的磁传感器阵列的制造方法的具体示例进行描述。应当理解，所使用的材料和给定的尺寸可以根据磁传感器阵列100的所需应用而变化。
图3示出了第一步，其中方形铜线或线缆104被切割成预定长度，例如，80cm。使用例如砂纸级400，在四个等距接触区域112处去除缆线104的约1cm的绝缘部。如图4所示，收缩管114的横笛区段(fife section)(例如，4厘米长)然后位于相应的接触区域112之间。收缩管114然后用热枪处理，以将收缩管区段114永久地固定到铜线104。
在下一步骤中，如图5所示，四个簧片开关106(例如来自Hamlin)联接到铜线104的接触区域112。细线108缠绕在放置在接触区域112上的四个接触支脚周围110，以将簧片开关106固定就位，即在方形铜线104的每一侧上有一个簧片开关106。然后施加导电粘合剂或焊料以将接触支脚110可操作地固定到接触区域112。粘合剂/焊料的示例可以是粘合剂(例如来自Epotek的H27D)或焊料(例如来自Kester)。
在下一步骤中，如图6所示，电阻器(例如SRTResistor Technology的CHR 1206-HT)116被放置在收缩管114上并且使用导电粘合剂或焊料联接到磁传感器102中的每一个(即，联接到簧片开关106的接触支脚110中的一个)。然后将第二铜缆线118平行于第一铜线104放置，并且电阻器116中的每一个联接(例如导电粘合剂、焊料)到第二铜缆线118的相应接触区域，形成电阻器网络。在最后一步(未示出)中，将合适的收缩管放置在磁传感器102的阵列上，并使用热枪展开，以便完全封装四个磁传感器102。
图7示出了本发明的磁传感器阵列100的四传感器设计的旋转中立性(rotationalneutrality)。特别地，跨簧片开关106产生恒定的垂直磁场，提供了恒定的激活连接，而与位置无关。图7的第二行示出了假设激活在45度至90度处发生的最坏情况的簧片开关激活情形。
(iii)位置指示器系统
现在参考图8-11，描述在井下工具300上使用的位置指示器系统200的示例。位置指示器系统200包括磁传感器阵列100和至少一个永磁体202形式的激励器202。在该特定示例中，磁传感器阵列100定位在例如井下工具300的固定部件302上，其中激励器202定位在可移动部件304上，例如滑动套筒。
这里，磁传感器阵列100以这样的方式附接到井下工具300，使得磁传感器102沿着井下工具300的轴向长度在平行于可移动部件304(例如滑动套筒)的运动(参见箭头)的方向上等距隔开。永磁体202被固定到移动部件304或嵌入移动部件304中，并且因此与内部套筒304一起相对于工具壳体302移动，以在通过时触发相应的磁传感器102。
如图9所示，已知永磁体202的磁场分布和强度取决于磁体的形状和材料特性(金属复合材料)。在该特定示例中，使用圆形盘状磁体(或按钮磁体)。图9(a)描绘了这种永磁体的磁场分布和磁通密度的示例，示出了有效的激励区域和非有效的激励区域。图9(b)-9(e)示出了磁体202围绕物的示例，其包括壳体204和盖206，以保护永磁体202免受井下恶劣的环境条件的影响。优选地，围绕物204、206的相对磁导率可以类似于空气，以便不影响磁体202的磁场分布和强度。
本领域技术人员应当理解，本发明的实施方案的具体示例可以在磁传感器102和激励器202的示例性尺寸、数量和布置中的任何一个以及使用的材料方面变化，而不偏离本发明范围。
图10示出了安装至井下工具300的滑动套筒的示例性位置指示器系统200的局部横截面侧视图，其中滑动套筒304处于(a)关闭位置和(b)打开位置。在滑动套筒304的移动期间，磁体202通过并触发相应的磁传感器102，其输出指示滑动套筒304的位置的离散信号。在本实施方案中，不可能触发多于一个的磁传感器102，因此一次只提供一个信号。因此，如果磁传感器阵列包括四个磁传感器102，则系统能够区分滑动套筒304的打开位置和关闭位置之间的至少四个位置。另外，位置指示器系统300可以包括控制器(未示出)，其适于记录移动滑动套筒304的位置数据并使用记录的位置历史来确定连续的磁传感器102之间的位置。因此，位置指示器系统200可以区分另外三个位置，使其总共七个位置。
还可以根据以下等式来确定诸如移动内套筒204的平均速度的附加信息：
其中，D是簧片开关灵敏度条纹(Reed-switch sensitivity fringe)之间的预定距离(例如，从一个簧片开关的中心到相邻簧片开关的中心的距离)，ΔT是磁体202从一个激励位置移动到下一个激励位置所花的时间。时间间隔可以由计算机处理器的内部时钟(例如来自智能化井下网络(IDN)(未示出))来确定。
(iv)可选择的激励器实施方案
在上述示例中，可以使用引导槽(未示出)来防止滑动套筒304相对于工具壳体302的任何旋转运动。然而，本发明的其它实施方案可用于允许滑动套筒304相对于工具壳体302的旋转运动。
例如，可以通过简单地添加与第一传感器阵列100相同并且与第一传感器阵列100平行对准的附加传感器阵列100来改善冗余，使得对应的传感器102对于所有位置对准(未示出)。簧片开关106通过两个金属带的机械运动来操作，其可能在井底出现的恶劣环境条件下失效。因此，为每个位置提供多个传感器102确保了对于一个位置丢失所有传感器的风险最小化。此外，为每个位置添加平行传感器增加了感测区域，并且从而使激励器202不能激励传感器102的风险最小化。
本领域技术人员应当理解，可以使用传感器阵列100的任何合适布置来最小化冗余并使每个位置的传感器面积最大化。
此外，存在磁体202与其他井下对象(比如，例如通信线路，液压控制线路等)对准的可能性。因此，提供利用永磁体的可选择的激励器设计以最小化在组装和/或使用期间在激励器202和传感器102之间未对准的风险。
迄今为止描述的实施方案提供了仅使用一个磁体202的激励器。然而，本领域的技术人员应当理解，可以使用围绕滑动套筒304的圆周布置的任何数量的磁体。
图11(a)示出了滑动套筒304的横截面，其具有嵌入滑动套筒壁内的以120°间隔布置的三个永磁体202。图11(b)示出了滑动套筒304的横截面，滑动套筒304具有嵌入滑动套筒壁内并且覆盖滑动套筒304的外圆周的大部分的两个永磁体202。与图11(b)所示的更坚稳的设计相比，图11(a)所示的设计需要搜索磁体位置。然而，图11(a)所示的设计提供了更坚稳的机械结构。
本领域技术人员应理解，上述实施方案仅通过示例被描述而非具有任何限制性意义，并且各种改变和修改是可能的，而不脱离所附的权利要求所界定的本发明的范围。

Claims (29)

1.一种用于井装置的磁传感器阵列，其用于确定至少一个可移动部件相对于井下工具的固定部件的位置，包括：
至少一个导体构件，其具有沿着所述至少一个导体构件的纵向轴线以至少第一长度的第一间隔隔开的多个接触区域；
多个磁传感器，所述多个磁传感器中的每一个可操作地联接到所述多个接触区域中的一个，并且是由来自磁激励器的磁场可激励的。
2.根据权利要求1所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器中的每一个包括围绕所述纵向轴线周向隔开地布置的多个磁传感器元件。
3.根据权利要求2所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器元件围绕所述纵向轴线等距地周向隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器中的每一个包括彼此直径上相对地布置的两个磁传感器元件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器中的每一个包括彼此直径上相对地布置的四个磁传感器元件。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器中的每一个磁传感器的所述多个磁传感器元件与所述至少一个导体构件形成并联电路。
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器是彼此互相排斥地可激励的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述至少一个导体构件是金属线。
9.根据权利要求8所述的磁传感器阵列，其中所述导体构件是具有大致矩形或方形横截面的铜线。
10.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器中的每一个经由粘合剂和/或紧固构件附接到所述多个接触区域中的相应接触区域。
11.根据权利要求10所述的磁传感器阵列，其中所述粘合剂是导电胶或导电焊料中的任一种。
12.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器连接到多个预定电阻器，以便形成适于为所述多个磁传感器中的每一个提供多个离散信号输出的电阻器网络。
13.根据权利要求12所述的磁传感器阵列，其中所述离散信号输出是离散电压或离散频率中的任何一种。
14.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器之间的所述第一间隔是等距的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，其中所述多个磁传感器元件是多个簧片开关。
16.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，还包括多个第一绝缘构件，所述多个第一绝缘构件适于密封地封装所述导体构件的所述多个第一间隔中的每一个。
17.根据前述权利要求中任一项所述的磁传感器阵列，还包括适于密封地封装所述磁传感器阵列的第二绝缘构件。
18.一种用于确定至少一个可移动部件相对于井下工具的固定部件的位置的装置，包括：
根据权利要求1至17中任一项所述的磁传感器阵列，其可联接到所述固定部件，使得所述磁传感器阵列的纵向轴线在所述可移动部件的移动方向上对准；
至少一个磁激励器，其可联接到所述可移动部件；其中所述至少一个磁激励器适于激励所述磁传感器阵列的多个磁传感器中的任何一个，以便对于所述可移动部件相对于所述固定部件的预定数量的位置中的每一个产生离散信号输出。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述磁传感器阵列包括所述多个磁传感器的两个或更多个等效的平行排，其布置成使得对应的所述磁传感器的位置在所述可移动部件的移动方向上相对于彼此对准。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述传感器阵列包括所述多个磁传感器的两个或更多个等效的平行排，其布置成使得对应的所述磁传感器的位置在所述可移动部件的移动方向上相对于彼此偏移。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的装置，其中所述至少一个磁激励器包括至少一个永磁体，所述永磁体布置成沿与所述固定部件的表面大致垂直的方向发出磁场。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的装置，其中所述至少一个磁激励器包括围绕所述可移动部件的纵向轴线周向隔开的多个永磁体。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述多个永磁体布置成沿与所述固定部件的表面大致垂直的方向发出磁场。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中所述至少一个永磁体适于提供具有足以激励所述多个磁传感器中的任何一个磁传感器的磁通密度的磁场。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器适于接收和处理所述离散信号输出以便确定所述可移动部件相对于所述固定部件的位置和/或速度。
26.根据权利要求25所述的装置，还包括可操作地联接到所述控制器的至少一个温度传感器和/或至少一个压力传感器。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的装置，还包括适于将数据发送到远程位置的发送器。
28.根据权利要求27所述的装置，其中所述发送器适于无线发送数据。
29.一种用于在井中操作的井下工具，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112313479A (zh) * 2018-06-15 2021-02-02 阿特拉斯·科普柯工业技术公司 用于动力工具的致动器装置
WO2023219633A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-16 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole valve position sensing systems, downhole valves, and methods to determine a position of a downhole valve

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3333467A1 (en) * 2016-12-07 2018-06-13 Siemens Aktiengesellschaft Subsea valve position indicator
GB2561606B (en) 2017-04-21 2021-01-13 Weatherford Tech Holdings Llc Downhole Valve Assembly
CN107035363A (zh) * 2017-06-21 2017-08-11 西南石油大学 一种水平井套管扶正器下入后定位检测方法
WO2020050815A1 (en) 2018-09-04 2020-03-12 Halliburton Energy Services, Inc. Position sensing for downhole electronics
AU2018451610B2 (en) * 2018-12-03 2024-05-23 Halliburton Energy Services, Inc. Flow tube position sensor and monitoring for sub surface safety valves
EP3987547B1 (en) * 2019-06-19 2023-04-05 Framatome Gmbh Control rod position indication system for a nuclear reactor
US11401771B2 (en) * 2020-04-21 2022-08-02 Schlumberger Technology Corporation Rotating control device systems and methods
US11293278B2 (en) * 2020-04-22 2022-04-05 Halliburton Energy Services, Inc. Valve position sensing using electric and magnetic coupling

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666050A (en) * 1995-11-20 1997-09-09 Pes, Inc. Downhole magnetic position sensor
CN1573012A (zh) * 2003-05-29 2005-02-02 施卢默格海外有限公司 具有交叉井电磁的带壳的钻井中的钻井几何位置的判定
US20050189938A1 (en) * 2003-10-22 2005-09-01 Schley William R. Through-wall position sensor
CN101384793A (zh) * 2004-06-01 2009-03-11 贝克休斯公司 用于工具位置反馈的对控制管线的压力监测
US20090128141A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-21 Hopmann Don A Position Sensor for a Downhole Completion Device
US20130113468A1 (en) * 2010-07-23 2013-05-09 Halliburton Energy Service ,Inc. Method and apparatus for measuring linear displacment
US20130206401A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Smith International, Inc. Actuation system and method for a downhole tool
CN103541719A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 韦特柯格雷英国有限公司 用于海底井口部件的无管缆位置反馈的系统和方法
CN103649461A (zh) * 2011-07-11 2014-03-19 韦尔泰克有限公司 定位方法
CN107377333A (zh) * 2012-01-12 2017-11-24 Viavi科技有限公司 带有由排列的颜料片形成的弯曲图案的物品

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3434046A (en) * 1965-12-20 1969-03-18 Halliburton Co Electronic borehole casing collar locator
WO2007102821A1 (en) 2006-03-09 2007-09-13 Welldynamics, Inc. Well tool having magnetically coupled position sensor
US7377333B1 (en) 2007-03-07 2008-05-27 Pathfinder Energy Services, Inc. Linear position sensor for downhole tools and method of use
US8497685B2 (en) * 2007-05-22 2013-07-30 Schlumberger Technology Corporation Angular position sensor for a downhole tool
US9116016B2 (en) * 2011-06-30 2015-08-25 Schlumberger Technology Corporation Indicating system for a downhole apparatus and a method for locating a downhole apparatus

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666050A (en) * 1995-11-20 1997-09-09 Pes, Inc. Downhole magnetic position sensor
CN1573012A (zh) * 2003-05-29 2005-02-02 施卢默格海外有限公司 具有交叉井电磁的带壳的钻井中的钻井几何位置的判定
US20050189938A1 (en) * 2003-10-22 2005-09-01 Schley William R. Through-wall position sensor
CN101384793A (zh) * 2004-06-01 2009-03-11 贝克休斯公司 用于工具位置反馈的对控制管线的压力监测
US20090128141A1 (en) * 2007-11-16 2009-05-21 Hopmann Don A Position Sensor for a Downhole Completion Device
US20130113468A1 (en) * 2010-07-23 2013-05-09 Halliburton Energy Service ,Inc. Method and apparatus for measuring linear displacment
CN103649461A (zh) * 2011-07-11 2014-03-19 韦尔泰克有限公司 定位方法
CN107377333A (zh) * 2012-01-12 2017-11-24 Viavi科技有限公司 带有由排列的颜料片形成的弯曲图案的物品
US20130206401A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Smith International, Inc. Actuation system and method for a downhole tool
CN103541719A (zh) * 2012-07-13 2014-01-29 韦特柯格雷英国有限公司 用于海底井口部件的无管缆位置反馈的系统和方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112313479A (zh) * 2018-06-15 2021-02-02 阿特拉斯·科普柯工业技术公司 用于动力工具的致动器装置
CN112313479B (zh) * 2018-06-15 2023-05-05 阿特拉斯·科普柯工业技术公司 用于动力工具的致动器装置
WO2023219633A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-16 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole valve position sensing systems, downhole valves, and methods to determine a position of a downhole valve

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Publication number Publication date
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GB201419350D0 (en) 2014-12-17
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EP3218577A1 (en) 2017-09-20
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US20170241258A1 (en) 2017-08-24

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