CN1695045A - 用于在流动物中采集数据的叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在流动物中采集数据的叶轮。它包括叶片(1)和一个轮毂(2)。它由一种塑料材料构成并且通过在其轮毂(2)中内置一个心轴(3)和至少一个磁铁(4)而嵌入模制。该叶轮特别应用于碳氢化合物井中的数据采集。

Description

用于在流动物中采集数据的叶轮

技术领域

本发明涉及一种用于流动物中数据采集仪器上的叶轮和一种配备有这种叶轮、用于数据采集的仪器。

技术背景

为了进行维修操作，需要尽可能准确地获得关于井中，特别是碳氢化合物生产井中流动的多相流体的大量数据。例如，这些数据可能包括流体中不同相的性质、流量和比例。在碳氢化合物生产井中，通常有一种由油、气和水形成的三相流体。这些流体相具有不同的密度，它们以不同速度运动，它们以不同比例存在并且它们在不同位置进入井中。取决于井是垂直、倾斜或水平的，流体中不同流体相的分布各不相同。因为不同流体相中密度的差异，这些相随着井的倾斜度增加而逐渐分层。在倾斜井，或者甚至水平井的特别部分，几个相可能以不同速度沿不同方向运动。在大致垂直的井中不同的相均匀混合。

需要的数据可以通过在井中放置一个仪器而获得，例如符合专利申请FR-A1-2 797295中所述的仪器。

该仪器在井的几个部分包括测定局部流体速度的装置。其中一个装置安装在仪器的主体中，其他装置安装在可以臂的形式伸展的机构上。当仪器插入水平或偏斜井中时，其主体靠在井的最底部，展开的机构占据井的全部宽度。测定速度的装置跨过井的全部宽度分布。

测定局部流体速度的装置包括一个小叶轮，为此其旋转轴线大致平行于井的纵轴。该叶轮与获取关于其旋转速度以及有可能的旋转方向的信息的非接触式传感器协同工作。

在具有很小倾斜度甚至水平的井中，要测量的速度可能很低，例如为每秒几厘米的等级，或者它们可能很高，例如为每秒几米。很粘的原油可能以这种低速度运动，反之水和气可能以这种高速度运动。

如果要使测量可靠，特别重要的是，叶轮应该对于速度的全范围敏感。比较起来，在垂直井中，相对均匀的混合物的速度为每秒几十厘米至几米的等级。多相流体处于大约150℃的温度，其压力为大约10⁸Pa，并且可能具有很强的腐蚀性。它可能包含一些含硫磺、沙子或其它悬浮碎片的混合物。叶轮必须能够经受这些艰难的环境。

此时，叶轮由金属或塑料材料通过机加工制成，成本相对很高。这些叶轮固定到至少一个磁铁上。叶轮的旋转引起磁场的周期变化，这可以通过一个或多个磁传感器检测。这种磁场的变化代表了叶轮的旋转速度和方向。

公知的是，磁铁可以靠近叶轮放置，但是必须防止它免受高度腐蚀性的多相流体的影响。因此由叶轮和磁铁构成的装置变得复杂并且昂贵，这是因为必须为磁铁提供一个保护腔。该装置也变得体积庞大，其结果是改变流动。

考虑的另一个可能性是将磁铁容纳到叶轮的轮毂内，但是当叶轮加工时要形成壳体，并且一旦磁铁到位，该壳体就必须封闭起来以至磁铁得到完全的保护。该结构也具有很高的成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于在流动物中采集数据且不具有上述缺点的叶轮。

本发明的一个目的是提出一种特别容易制作并且廉价而高性能的叶轮。

本发明的另一个目的是提出一种叶轮，该叶轮轻质且具有很低的惯性力，甚至以很低的流体速度启动旋转。

本发明的另一个目的是提出一种叶轮，该叶轮经受得住其所浸入的腐蚀性流体，即使该流体包含沙子或碎片。

本发明通过使用一种用于在流动物中采集数据的叶轮而达到这些目的，所述叶轮包括叶片和一个轮毂，其特征在于它由一种塑料材料构成并且采用嵌入模制(insert moulded)，在其轮毂中内置(trap)一个心轴和至少一个磁铁。

该叶轮也包括一个容纳磁铁的嵌入件。

最好该嵌入件和心轴彼此固定。

该嵌入件可以绕心轴卷曲。

该心轴在该卷曲部分可以具有缩小的横截面。

该叶轮优选地包含至少一对位于心轴每一侧并且彼此吸引的磁铁。

塑料材料有利地为一种聚醚紫罗兰酮类热塑性树脂。

优选地，磁铁基于钐钴制作，心轴基于碳化钨并且嵌入件基于铝。

本发明也涉及一种流动物中的数据采集仪器，该仪器包括特征如上所述的至少一个叶轮。

附图说明

参考附图阅读实施例的说明之后，可以更好地了解本发明，这些实施例仅仅出于说明的目的，而绝非限制性的，其中：

图1A和1B示出根据本发明的一种叶轮的纵视图和剖视图；

图2示出一种用于在碳氢化合物井中采集数据的仪器，该仪器包括根据本发明的叶轮。

下面所述不同图中相同、相似或相当的部件具有相同的附图标记，以便于从一个图到下一个图进行理解。

图中所示各部件不一定以相同比例显示，以使图更清晰。

具体实施方式

图1A、1B中所示的叶轮具有叶片1，例如五个叶片，和一个轮毂2。五个叶片的数量并非限制性的，叶轮有可能具有更多的叶片1或者更少的叶片1。但是，该数量最好为奇数以获得更均匀的旋转，且叶轮支撑件不会一次遮住超过一个叶片。

根据本发明的一个特征，由塑料材料构成的叶轮是嵌入模制的，在轮毂2中内置(trap)一个心轴3和至少一个磁铁4。磁铁4容纳在嵌入件5中，而嵌入件5也内置在叶轮的轮毂2中。

在本文中，术语嵌入模制是指模制材料在其内部包括至少一个“内置体”。

通过绕心轴3、至少一个磁铁4和嵌入件5嵌入模制叶轮，获得特别紧凑的组件，该组件不仅廉价而且具有很高的性能。与机加工的传统叶轮相比，制造成本可以降低大约10的因数。必须记住这些叶轮相对很小并且它们的直径仅仅为几厘米，用以应用于大致水平的碳氢化合物井中。此外，通过模制很容易制造具有各种形状的叶片1，而这对于通过机加工制作将很困难或者不可能。

优选地，提供将嵌入件5和心轴3固定在一起的装置6。这可以通过绕心轴3卷曲嵌入件5而实现。该卷曲标记为附图标记6。心轴3于是在卷曲6处包括一个具有缩小横截面的部分7。

优选地，使用至少一对磁铁4。成对的两个磁铁4放置在心轴3的每一侧以至它们彼此吸引。一个磁铁的北极靠近心轴3并且另一个磁铁的南极将靠近心轴3。

通过在心轴3的相对两侧放置两个磁铁4，因为与叶轮本身的重量相比磁铁的重量不可忽略，这样就在叶轮旋转时获得指定的动态平衡。两个磁铁4为叶轮的每次旋转产生两个检测脉冲，这使得速度测量更准确。

心轴3将有利地基于足够坚固以至能够经受流动物中腐蚀性流体的碳化钨制造。

嵌入件5将由金属构成，例如基于足够易延展以至能够卷曲并且没有磁性的铝。

磁铁4可以有利地由钐钴构成。可以使用这种材料获得磁铁尺寸/磁能比率的最大值之一。

此外，钐钴磁铁对高温具有很高的抵抗力，首先叶轮的热塑性材料的注射温度大约为400℃，其次井中的使用温度大约为150℃。

因为它们内置入叶轮的轮毂2中，所以它们会免受流动物中腐蚀性流体的腐蚀。

制造叶轮的材料最好为一种可以注射模制的热塑性材料，并且选择轻质且高电阻的材料。例如，一种热塑性树脂，如聚醚紫罗兰酮非常合适。该树脂公知为名称VICTREX PEEK 450GL30，这是I.C.I.(IMPERIALCHEMICAL INDUSTRIES)的注册商标。

这种叶轮可以轻易地安装在其心轴3上，安装在一种叶轮装置的一个马镫形支撑件上，如与本申请同一天存档的(deposited)、以本申请者名字提出的法国专利申请所述。

磁铁4设计为激励一种磁性运动传感器(未示出)，该传感器将获得有关叶轮速度信息并且靠近它放置。该传感器固定到支撑件上。带有其支撑件的叶轮装置示于图2中，以附图标记31标记，而支撑件和叶轮分别以附图标记10和11标记。

图2示意性示出专利申请FR-A 2797295中所述类型的数据采集仪器30的一个实例。它包括几个如上所述的叶轮11，各自安装在一个叶轮装置31上。仪器30下降到倾斜或大致水平的碳氢化合物井32中。仪器30通过一根未示出的杆或电缆连接到地面。仪器30中采集的数据通过该电缆、杆或遥测技术传送到地面。仪器30包括一个大致为圆柱形的主体33，其直径小于井32的直径。主体33固定到一个可延伸机构34上。可延伸机构34包括两个彼此铰接并与主体33铰接的臂35。主体33支撑在井32的底壁上。在延伸过程中，臂35为一个V形，位于包含井32纵向中心线的垂直平面内。叶轮装置31沿一个臂35非常均匀地分布。它们通过一个开口销36固定到该臂上，例如所述开口销穿过一个支撑孔10。另一个臂可以配备有同样沿臂非常均匀分布的电子传感器37和/或光学传感器。可以在主体33上放置一个叶轮装置31和/或至少一个传感器37。

尽管仅仅详细描述并说明了本发明的一个实施例，但是可以理解，可以在不脱离本发明范围的前提下进行不同的变化和修改，特别是对叶轮的形状。

碳氢化合物井中的数据采集已经被用作一个应用实例，但是很明显，该叶轮可以用于其它领域，例如海水环境，或者甚至除油井以外的钻井中。

Claims (11)

1.一种用于在流动物中采集数据的叶轮，包括叶片(1)和一个轮毂(2)，其特征在于，它由一种塑料材料构成，并且通过在其轮毂(2)中内置一个心轴(3)和至少一个磁铁(4)而嵌入模制。

2.根据权利要求1所述的叶轮，其特征在于，它还内置一个嵌入件(5)用以容纳磁铁(4)。

3.根据权利要求2所述的叶轮，其特征在于，嵌入件(5)和心轴(3)彼此固定。

4.根据权利要求3所述的叶轮，其特征在于，嵌入件(5)绕心轴(3)卷曲。

5.根据权利要求4所述的叶轮，其特征在于，心轴(3)的横截面(7)在该卷曲部分(6)减小。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的叶轮，其特征在于，它包含至少一对位于心轴(3)每一侧上并且彼此吸引的磁铁(4)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶轮，其特征在于，塑料材料为一种聚醚紫罗兰酮类热塑性树脂。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的叶轮，其特征在于，磁铁(4)基于钐钴。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的叶轮，其特征在于，心轴(3)基于碳化钨。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的叶轮，其特征在于，嵌入件(5)基于铝。

11.一种在流动物中的数据采集仪器，其特征在于，它包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的叶轮(11)。

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