CN2718223Y - 电磁感应式含水率传感器 - Google Patents

Abstract

一种主要用于测量油井产液中含水率的电磁感应式含水率传感器。主要解决现有技术中利用电磁感应原理制作的含水率传感器需要由两个线圈构成，致使传感器结构复杂并且信号提取困难的问题。其特征在于：金属外壳(1)的上端开有出液口(5)，其下端开有与集流器联结的内螺纹，螺线圈空心支架管(2)被固定于出液口(5)与下端的内螺纹之间的空腔内，螺线圈空心支架管(2)的管腔与出液口(5)共同构成了液体流通通道(4)，螺线圈(3)均匀缠绕于螺线圈空心支架管(2)的外壁，其进线端与出线端通过绝缘密封塞由金属外壳(1)的表面引出。该种传感器具有结构简单及测量信号提取方便的特点。

Description

电磁感应式含水率传感器

技术领域：

本实用新型涉及一种应用于油田生产测井领域，用于测量油井产液中含水率的传感元件，尤其是涉及一种电磁感应式含水率传感器。

背景技术：

目前，在测井领域中用于在井下测量油井产液中含水率的方法主要有电容法和阻抗法，其中采用电容法测量存在的缺点是，当水为连续相的条件下，探头不能测量连续水相内的油相；采用阻抗法测量存在的缺点是，仅适用于水为连续相的流体，不能用于低含水条件。电磁感应法测量油井产液含水率是在近年中得到较快发展的方法，其工作原理主要是利用流体中的导电离子在来自于发射线圈的电场作用下可在空间建立二次磁场，通过测量二次磁场的强度，即可确定流体的含水率。由于磁力线的空间连续性，该方法可以对油内的水进行测量，也可以对水内的油进行测量，具有很好的适用范围。在现有的电磁感应法测量油井产液含水率的技术中，由于测量方式的不同，传感器的设计在细节上有很大的差别，但是其最通用的方式均是利用两个线圈，一个作为发射线圈，一个作为接收线圈，这种双线圈的结构使得该种利用电磁感应原理制成的含水率传感器结构复杂、设计难度大；并且两个线圈彼此间存在干扰，使得测量信号的提取变得十分困难。

实用新型内容：

为了克服现有技术中利用电磁感应原理制成的含水率传感器需要由两个线圈构成，致使传感器结构复杂并且信号提取困难的问题，本实用新型提供一种电磁感应式含水率传感器，该种电磁感应式含水率传感器具有结构简单及测量信号提取方便的特点。

本实用新型的技术方案是：该种电磁感应式含水率传感器，包括金属外壳、由绝缘材料制成的螺线圈空心支架管，其中金属外壳的上端开有出液口，其下端开有与集流器联结的内螺纹，螺线圈空心支架管被固定于出液口与下端的内螺纹之间的空腔内，螺线圈空心支架管的管腔与出液口共同构成了液体流通通道，螺线圈均匀缠绕于螺线圈空心支架管的外壁，其进线端与出线端通过绝缘密封塞由金属外壳的表面引出。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案的电磁感应式含水率传感器仅采用一个螺线管线圈，在该螺线管线圈中通以100kHz的较低频率的交流电，此后，直接测量线圈两端的阻抗变化值即可确定待测量流体中的含水率。因此，该种电磁感应式含水率传感器具有结构简单、便于制作的优点；此外，该种电磁感应式含水率传感器具由于不存在线圈间的干扰，使得测量信号非常易于被提取，解决了困扰测井工作人员多年的油井产出剖面含水率不易测量的问题。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型应用于油水两相流条件下所测得含水率的实验结果。

图中1-金属外壳，2-螺线圈空心支架管，3-螺线圈，4-流通通道，5-出液口。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，该种电磁感应式含水率传感器，包括金属外壳1、由绝缘材料制成的螺线圈空心支架管2，其中金属外壳1的上端开有出液口5，其下端开有可与集流器联结的内螺纹，由绝缘材料制成的螺线圈空心支架管2被固定于金属外壳1中出液口5与下端的内螺纹之间的空腔内，螺线圈空心支架管2的管腔与出液口5共同构成了液体流通通道4，螺线圈3均匀缠绕于螺线圈空心支架管2的外壁上，其进线端与出线端通过绝缘密封塞由金属外壳1的表面引出。

在本技术方案中，仪器外部金属外壳1的材料可选用外径28毫米、内径24毫米的2Cr13，螺线圈空心支架管2的材料可以选用聚酰亚胺，其内径选取16毫米，螺线圈3选用线径0.18毫米的高温漆包线。

本实用新型的工作原理如下：通过在螺线圈3中通以100KHz的电流，在线圈的内外建立电磁场，线圈外的发散磁力线被金属外壳1束缚，由于磁力线的闭合性，全部磁力线通过线圈内部，并且相对均匀。由于电磁感应现象的存在，当含有水的流体通过线圈内部时，水中的导电离子在交变磁场的作用下将形成交变电流，建立二次磁场，这个二次磁场反作用于线圈，其作用结果可表征为线圈阻抗的变化，因为线圈阻抗是可以通过外部仪器轻易测得的，所以根据流体的含水率与线圈的阻抗变化之间所建立的对应函数关系，即可实现流体中的含水率测量。

本实用新型与现有测量含水率的双线圈传感器相比，具有结构简单，测量范围宽的优点，将特别适用于三元复合驱产出井和稠油井的含水率测量。

当含有水的流体通过线圈内部时，水中的导电离子在交变磁场的作用下形成交变电流，与线圈形成等效互感现象，互感可以表示为：

$M={\mathrm{\μ}}_0\frac{N_{0}N\left(Y_W\right)S}{l}$

其中μ₀是磁导率；N₀、S、l分别是线圈的扎数、截面积和长度；N(Y_W)是流体内的水形成的电涡流等效扎数；Y_W是持水率。N(Y_W)取决于传感器内水的持率，可以表示为：

                   N(Y_w)＝kY_W

线圈的阻抗是：

$z=\sqrt{R^2+{\left(2\mathrm{\πfM}\right)}^2}$

$=\sqrt{R^2+{\left(\frac{2\mathrm{\πf}{\mathrm{\μ}}_0{N}_0\·S}{l}\right)}^2{k}^2{Y}_W^2}$

其中R是线圈的电阻；f是交变电流的频率。

流体含水率的变化表征为线圈阻抗的变化，将流体的含水率与线圈的阻抗变化建立对应关系，通过对线圈阻抗的测量实现含水率测量。

本装置通过磁力线对流体含水率测量，流体与测量线圈不接触

实际使用时，该电磁感应含水率传感器的结构如图1所示。传感器工作时，首先利用集流器集流，流体进入流通通道，流体流经传感器测量空间时，由于电磁感应现象的存在，引起流体内的水和传感器线圈的互感，表征为线圈两端阻抗的变化，测量线圈两端的阻抗即可测得与其相对应的含水率值。

图2是在油水两相流条件下，本发明传感器的试验结果，横轴是含水率；纵轴是经过电路处理后的传感器信号输出频率值，每条曲线分别对应5m³/d、30m³/d和60m³/d的流量。试验结果表明，本发明传感器在10％-100％的含水率变化范围内均有良好的响应能力，能够实现对油水两相流含水率的测量。

Claims (1)

1、一种电磁感应式含水率传感器，包括金属外壳(1)、螺线圈空心支架管(2)，其特征在于：金属外壳(1)的上端开有出液口(5)，其下端开有与集流器联结的内螺纹，螺线圈空心支架管(2)被固定于出液口(5)与下端的内螺纹之间的空腔内，螺线圈空心支架管(2)的管腔与出液口(5)共同构成了液体流通通道(4)，螺线圈(3)均匀缠绕于螺线圈空心支架管(2)的外壁，其进线端与出线端通过绝缘密封塞由金属外壳(1)的表面引出。

Images