专利名称：流体流传感器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及流体流传感器，其可例如设置在像阵列式流量计工具(array flow meter tool)这样的井下工具(downhole tool)上。
背景技术：
需要了解通常包括油、水和气体的井下的流体流状况。特别地，非垂直井可具有沿一个方向(例如向上)流动的气体以及沿另一方向(例如向下)流动的液体，它们常常带有不同流率。流体流传感器的一个示例使用沿着长螺旋旋转涡轮或所谓的“旋转器”(其难以旋转地平衡)轴向地间隔开的三个磁体。另外，所使用的传感器可能不很灵敏并且可能需要强磁体和/或在涡轮与周围壳体之间有小的间隙。磁体还具有吸引磁碎屑的倾向，从而导致微型涡轮的结垢。将需要具有一种这样的流体流传感器，其克服或至少减轻已知传感器的问题中的至少一些问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种双向流体流传感器，该传感器包括涡轮，其设置为由于流体流过涡轮而沿着轴线旋转；磁体，其被安装到涡轮上并设置为用以随着涡轮旋转； 以及，磁通角传感器(magnetic flux angle sensor)，其设置得邻近涡轮并设置为用以在涡轮旋转时检测磁体的相对通量角。在本发明的实施例中，涡轮更容易平衡，从而使得流量传感器可对低流体流更灵敏并且更容易制造，从而节省时间和成本。此外，由于磁通角传感器可比诸如霍尔效应传感器这样的传统磁传感器更灵敏，可在涡轮与磁通角传感器之间设置更大的间隙，从而降低涡轮结垢的可能性。一个或多个磁体优选地穿过涡轮的可旋转轴线对称地设置。这保持涡轮沿着其轴线的可旋转平衡并且可有助于使涡轮沿着其可旋转轴线固定到轴上。磁体的极轴优选地垂直于涡轮的可旋转轴线。流体流传感器优选地包括电连接(例如线)，其可用于提供电力至传感器并且还从传感器提供数字输出。这提供更牢靠和可靠的更简单的连接。还可提供一种用于井下的阵列式流量计工具，其中该工具包括多个弹性向外延伸的弓形弹簧(bow spring)，每个弓形弹簧设有根据本发明的实施例的流体流传感器。
现在将仅以示例的方式参考附图而描述本发明的不同实施例，在附图中图1示出了根据本发明的一个实施例的包括流体流传感器的阵列式流量计工具；图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的流体流传感器；
图3示意性地示出了根据本发明的另一实施例的流体流传感器；图4示出了根据本发明的一个实施例的流体流传感器的更详细的示例；图5示出了根据本发明的一个实施例将磁体安装到涡轮上的示例；图6示意性地示出了根据本发明的一个实施例的磁通线；图7示出了根据本发明的一个实施例在涡轮旋转的不同阶段由通量角传感器所经历的磁场；图8示出了根据本发明的一个实施例的磁通角传感器的示例；以及图9示意性地示出了根据本发明的一个实施例的可与磁通角传感器相关联的控制电子电路的示例。
具体实施例方式图1示出了阵列式流量计工具10的一个示例，其可设置在例如井下。该工具10 具有多个弓形弹簧20，弓形弹簧20在每端附连到工具10上。弓形弹簧20是弹性的并且设置为在使用时径向地向外延伸并与例如井的内表面接触。每个弓形弹簧20设有流体流传感器30，流体流传感器30设置为用以检测经过那点的流体流。多个流体流传感器30围绕工具10周向地设置，以便能测量井下那个位置处的不同点的流。这是因为井中的流体可在井的不同部分以不同速率流动并且实际上甚至可沿不同方向流动，例如在非垂直井中，气体可在上侧沿向上的方向流动并且液体可在相反侧沿向下的方向流动。图2示意性地示出了流体流传感器30的一个示例。该流体流传感器具有涡轮31 或所谓的“旋转器”，其设置为由于流体F流过涡轮31 (通常基本上沿轴线32的方向)而沿着轴线32旋转。一个或多个磁体33被安装到涡轮31上并设置为用以随着涡轮31旋转。 磁通角传感器34设置得邻近涡轮31并设置为用以在涡轮31旋转时检测磁体33的相对通量角。磁通角传感器34安装在固定的位置，优选地在壳体中，从磁体33的旋转平面35偏置距离X。虽然在图2的示例中仅示出了一个磁体33，但是，可提供两个或更多磁体以进一步增加传感器30的分辨力。举例而言，可将两个磁体设置在旋转平面35中，如图3中所示的那样，使各磁体在相对侧安装在涡轮31的边缘上，并且使相反的极(北极和南极)背离涡轮的边缘。或者可使更多的磁体在旋转平面35中绕涡轮31的边缘等距布置，使交替的极朝外。图4提供了图2中所示的流体流传感器30的更详细的示例。在该示例中，涡轮31 沿着其轴线32安装到可旋转的轴40上。轴40在每端安装到支架41上。支架41设置在壳体42上，壳体42容纳磁通角传感器34和信号处理电子器件。流体流传感器30以本领域技术人员已知的任何合适方式(在该示例中通过支撑物43)附连到弓形弹簧20上。如在图4的示例中所示，流体流传感器30设置在弓形弹簧20的内侧或凹侧从而避免在使用中与孔壁44接触，该接触可损坏流体流传感器30。壳体42设有电连接45，电连接45可用于提供电力至信号处理电子器件并且还从流体流传感器30提供数字输出。图5示出了图4中所示的磁体33安装到涡轮31和轴40上的示例。磁体33设置在圆柱形腔中并且穿过轴40，该圆柱形腔设置在涡轮31中。磁体33可有助于将涡轮31固定到轴40上并且提供易于平衡的布置，从而使得传感器30很灵敏并且精确。轴40可具有凹轴承46以用于方便安装到设置在支架41上的枢轴47上。图6示出了来自磁体33的磁通线36，该磁通线36在涡轮31和磁体33绕轴线32 旋转期间在一个位置冲击在磁通角传感器；34上。如可看到的那样，磁体33在平面35中绕轴线32旋转并且磁通角传感器34偏置于该旋转平面35以便分辨磁通量的方向。分辨磁通量36的方向提供关于磁体33和涡轮31的旋转方向的信息以及因此还有经过流体流传感器30的流体流的方向的信息。在井下(其中流体可沿任一方向或两个方向流动)知道流方向非常有用。图7示意性地示出了磁体33和涡轮31旋转的不同阶段的平面图。磁通角传感器 34是固定的，并且旋转涡轮31上的磁体33扫过磁通角传感器34的一侧，从而得到图7的右侧下部列出的通量角。虽然通量线从磁体沿各个方向径向地呈现，但是，仅穿过磁通角传感器34的磁通线在图7的各阶段示出。然后用图9中所述的信号处理电子器件使用由通量角传感器34测量的这些通量角信号来确定旋转的速度和方向。图8图解地示出了磁通角传感器34的内部布置，在该示例中，其包括四个磁阻元件的桥60，该桥60设置为提供关于由通量角传感器34所经历的通量角的正弦输出61和余弦输出62。如图8中所示，桥布置设置在供给电压63与接地64之间。磁通角传感器34 可在商业上从例如美国的NVE公司得到。图9示出了磁通角传感器34设有信号处理电路用以提供输出，该输出指示经过流体流传感器30的流体流。在该示例中，来自磁通角传感器34的正弦输出61和余弦输出62 各自经过放大器70并且由控制器71 (例如微控制器)接收。控制器71处理放大的正弦信号和余弦信号，并且提供输出在连接器45上，该输出指示经过传感器30的流体的方向和速度。连接器45上的输出例如可存储或传递到地面以用于解释和分析。在该示例中，连接器 45可为带有周围接地的护套(sheath)的单根电线，其提供电力到信号处理电子器件上并且还提供数字输出以用于存储/解释和分析。可对上述示例作出很多变型，但仍落在本发明的范围内。举例而言，作为如图2和图4中所示的单个磁体33的替代，可绕涡轮31的外围设置带有交替的北极和南极的多个磁体。虽然示出了一种特定的涡轮形状，但是，可使用如可由本领域技术人员理解的任何合适涡轮。
权利要求
1.一种双向流体流传感器，所述传感器包括涡轮，所述涡轮设置为由于流体流过所述涡轮而沿着轴线旋转；磁体，所述磁体被安装到所述涡轮上并设置为用以随着所述涡轮旋转；以及磁通角传感器，所述磁通角传感器设置得邻近所述涡轮并设置为用以在所述涡轮旋转时检测所述磁体的相对通量角。
2.根据权利要求1所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁体设置得穿过所述涡轮的所述旋转轴线。
3.根据权利要求1所述的流体流传感器，其特征在于，所述流体流传感器包括多个磁体，所述多个磁体围绕所述涡轮的所述旋转轴线周向地设置。
4.根据权利要求2所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁体的极轴垂直于所述涡轮的所述可旋转轴线。
5.根据权利要求1所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁通角传感器偏置于所述磁体的旋转平面而安装。
6.根据权利要求1所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁通角传感器设置为用以提供对应于检测的磁信号的正弦和余弦的信号。
7.根据权利要求1所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁通角传感器包括控制器， 所述控制器包括电连接，所述电连接设置为用以提供电力至所述控制器并且还设置为用以从所述控制器提供数字输出。
8.一种用于井下的阵列式流量计工具，所述工具包括多个弹性径向向外延伸的弓形弹簧，每个所述弓形弹簧设有流体流传感器，其中，所述流体流传感器包括涡轮，所述涡轮设置为由于流体流过所述涡轮而沿着轴线旋转；磁体，所述磁体被安装到所述涡轮上并设置为用以随着所述涡轮旋转；以及磁通角传感器，所述磁通角传感器设置得邻近所述涡轮并设置为用以在所述涡轮旋转时检测所述磁体的相对通量角。
9.根据权利要求8所述的阵列式流量计工具，其特征在于，所述磁体设置得穿过所述涡轮的所述旋转轴线。
10.根据权利要求8所述的阵列式流量计工具，其特征在于，所述阵列式流量计工具包括多个磁体，所述多个磁体围绕所述涡轮的所述旋转轴线周向地设置。
11.根据权利要求9所述的阵列式流量计工具，其特征在于，所述磁体的极轴垂直于所述涡轮的所述可旋转轴线。
12.根据权利要求8所述的阵列式流量计工具，其特征在于，所述磁通角传感器偏置于所述磁体的旋转平面而安装。
13.根据权利要求8所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁通角传感器设置为用以提供对应于检测的磁信号的正弦和余弦的信号。
14.根据权利要求8所述的流体流传感器，其特征在于，所述磁通角传感器包括控制器，所述控制器包括电连接，所述电连接设置为用以提供电力至所述控制器并且还设置为用以从所述控制器提供数字输出。
全文摘要
本发明涉及流体流传感器。具体而言，公开了一种双向流体流传感器。该传感器包括涡轮，其设置为由于流体大体上沿轴线的方向流过涡轮而沿着轴线旋转；磁体，其被安装到涡轮上并设置为用以随着涡轮旋转；以及，磁通角传感器，其设置得邻近涡轮并设置为用以在涡轮旋转时检测磁体的相对通量角。该双向流体流传感器是灵敏并且牢靠的，并且可用在例如井下。
文档编号E21B47/00GK102337880SQ20111020802
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月16日
发明者K·伍滕 申请人:桑德克斯有线有限公司