圈固定件，5-励磁 结构固定架，6 -电极固定座，7-外插式电极，8 -电极绝缘套，9一衬里，10-支耳，11 一励 磁组件，12-检测电极组件安装孔，13-检测电极组件，14-电磁阵列相关传感器，15-电 磁阵列相关法流量测量驱动电路系统，16-多路程控开关电路，17-信号采集系统，18-励 磁驱动电路，19一电源供电电路，20-信号处理电路，21-频率复合电路，22-上游信号处 理电路，23-下游信号处理电路，24-上游N通道程控开关，25-下游N通道程控开关，L为 上下游阵列检测电极对之间的距离，D为传感器内流测量管的内径。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不是用来限制本发明的范围。
[0021] 如图1 一图7所示，本发明实施例提供一种用于水平井油气水多相流流量测量的 电磁阵列相关传感器，它包括传感器内流测量管1、励磁组件11、电极固定座6、外插式电极 7、检测电极组件13和衬里9 ;所述传感器内流测量管1为两端开口且内径一致的圆柱形壳 体；所述衬里9黏贴在所述传感器内流测量管1的内管壁上；所述传感器内流测量管1的两 端管壁较薄且中间段管壁较厚，在其中间段较厚管壁外侧对称平行安装有励磁组件11 ;所 述的励磁组件11包括励磁线圈2、磁芯3、励磁线圈固定件4和励磁结构固定架5 ;所述的励 磁线圈2为马鞍形结构且与所述传感器内流测量管1的中间段外壁平行，通过励磁线圈固 定件4把所述的励磁线圈2固定在励磁结构固定架5上，在所述励磁线圈2的中心位置镶嵌 有磁芯3,所述磁芯3为所述励磁线圈2的绕线骨架且对称设有两个固定螺纹通孔；所述励 磁线圈固定件4通过励磁结构固定架5两端设有的螺纹通孔进行固定；所述磁芯3通过所 述励磁结构固定架5中心位置设有的螺纹通孔固定在所述传感器内流测量管1的中间段管 壁设有的螺纹孔上；所述电极固定座6为圆环结构且两端设有支耳10,所述支耳10设有螺 纹通孔且通过固定部件将所述电极固定座6安装固定在所述励磁组件11产生的较均匀磁 场区域的所述传感器内流测量管1中间管段上，在所述电极固定座6上和对应的所述传感 器内流测量管1的上、下游相距为L的两个横截面的管壁上各沿圆周方向均匀设有N对检 测电极组件安装孔12,所述N为大于等于2的自然数，所述L的取值范围为：D/2 < L < 2D， D为传感器内流测量管的内径；在所述检测电极组件安装孔12内安装固定有检测电极组件 13 ;所述检测电极组件13是由外插式电极7和电极绝缘套8组成，外插式电极7为中间内 径大、两端内径小的圆柱形壳体，在所述外插式电极7设有圆柱体凹槽的一端连接引线，其 另一端穿过传感器内流测量管1的管壁镶嵌在衬里9上，且其端部与衬里9内壁取平；在所 述外插式电极7的外侧套有两端开口的电极绝缘套8，所述电极绝缘套8密封隔离所述外插 式电极7和所述传感器内流测量管1的管壁。
[0022] 图8为电磁阵列相关传感器的测量系统结构示意图，该测量系统包括电磁阵列相 关传感器14、多路程控开关电路16、电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统15和信号采集 系统17 ;其中，电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统15包括励磁驱动电路18、电源供电 电路19、信号处理电路20及频率复合电路21 ;励磁驱动电路18负责驱动电磁阵列相关传 感器励磁组件11产生较均匀磁场；信号处理电路20包括上游信号处理电路22和下游信号 处理电路23,负责处理传感器上、下游检测电极感应的高内阻微弱电压信号，经放大、滤波、 反相、保持采样及V/F转换等处理后经电缆输送到地面信号采集系统17。考虑到油井井下 仪器工作空间的限制，本发明的电磁阵列相关传感器14上、下游分别获取的N组检测信号 采用一套信号处理电路进行串行接通处理，由于需要分时获取上、下游各组检测电极的感 应信号，因此在电磁阵列相关传感器14与电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统15之间 加入一个多路程控开关电路16,多路程控开关电路17由嵌入式主控制器和模拟开关组成， 构成上游双路N通道程控开关24和下游双路N通道程控开关25,分别负责循环定时接通 电磁阵列相关传感器14上、下游的N对检测电极和电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统 15对应的上、下游信号处理电路。
[0023] 本发明提供一种用于水平井油气水多相流流量测量的电磁阵列相关传感器及系 统，采用电磁阵列相关传感器与驱动电路系统相结合，能够按照一定顺序分时获取电磁阵 列相关传感器上、下游多角度、多位置分布的阵列检测电极测量弦端流场信息。实际使用 中，可在传感器内流测量管两端管壁增设法兰接头，通过法兰接头与外接流体管道相连接， 当含有不同浓度的油气等非导电物质、铁镍等导磁物质以及不同矿化度水相的水平井油气 水多相流流体流经传感器内流测量管时，传感器上、下游两个横截面管壁上分别设有的N 对检测电极可获取测量管道内对应不同的角度和位置的感应信号，结合相关法流量测量技 术和多源信息融合处理方法，从而可有效获取较高精度的水平井油气水多相流层状流的相 关流速及流量值。
[0024] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于水平井油气水多相流流量测量的电磁阵列相关传感器，其特征在于：它包 括传感器内流测量管、励磁组件、电极固定座、检测电极组件和衬里；所述传感器内流测量 管为两端开口且内径一致的圆柱形壳体；所述衬里黏贴在所述传感器内流测量管的内管壁 上；所述传感器内流测量管的两端管壁较薄且中间段管壁较厚，在其中间段较厚管壁外侧 对称平行安装有励磁组件；所述的励磁组件包括励磁线圈、磁芯、励磁线圈固定件和励磁结 构固定架；所述的励磁线圈为马鞍形结构且与所述传感器内流测量管的中间段外壁平行， 通过励磁线圈固定件将所述的励磁线圈固定在励磁结构固定架上，在所述励磁线圈的中心 位置镶嵌有磁芯，所述磁芯为所述励磁线圈的绕线骨架；所述励磁线圈固定件通过励磁结 构固定架固定在所述传感器内流测量管的中间段管壁上；所述电极固定座为圆环结构，所 述电极固定座安装固定在所述励磁组件产生的较均匀磁场区域的所述传感器内流测量管 中间管段上，在所述电极固定座上和对应的所述传感器内流测量管的两个横截面的管壁上 各沿圆周方向均匀设有N对结构相同的检测电极组件安装孔，在所述检测电极组件安装孔 内安装有检测电极组件，N为大于等于2的自然数；所述检测电极组件是由外插式电极和电 极绝缘套组成，外插式电极为中间内径大、两端内径小的圆柱形壳体，在所述外插式电极设 有圆柱体凹槽的一端连接引线，其另一端穿过传感器内流测量管的管壁镶嵌在衬里上，且 其端部与衬里内壁取平；在所述外插式电极的外侧套有两端开口的电极绝缘套，所述电极 绝缘套密封隔离所述外插式电极和所述传感器内流测量管的管壁。2. 根据权利要求1所述的电磁阵列相关传感器，其特征在于：在所述传感器内流测量 管上、下游的两个横截面的距离为L，D/2彡L彡2D，D为传感器内流测量管的内径。3. -种用于水平井油气水多相流流量测量系统，其特征在于，包括权利要求1-2任一 项所述的用于水平井油气水多相流流量测量的电磁阵列相关传感器，还包括电磁阵列相关 法流量测量驱动电路系统、位于电磁阵列相关传感器和电磁阵列相关法流量测量驱动电路 系统之间的多路程控开关电路；所述的电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统连接信号采 集系统；所述电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统包括励磁驱动电路、电源供电电路、信 号处理电路及频率复合电路；所述信号处理电路包括上游信号处理电路和下游信号处理电 路；所述上游信号处理电路包括上游前置放大电路、上游主放大电路、上游滤波放大及反 相电路、上游采样保持电路和上游压频转换电路；所述下游信号处理电路包括下游前置放 大电路、下游主放大电路、下游滤波放大及反相电路、下游采样保持电路和下游压频转换电 路；所述多路程控开关电路由嵌入式主控制器和模拟开关组成，构成上游双路N通道程控 开关和下游双路N通道程控开关，分别负责循环定时接通电磁阵列相关传感器上、下游的N 对检测电极组件和电磁阵列相关法流量测量驱动电路系统对应的上、下游信号处理电路。
【专利摘要】本发明公开一种用于水平井油气水多相流流量测量的电磁阵列相关传感器及系统。该传感器包括测量管、一对励磁组件、阵列检测电极组件和电极固定座；励磁组件包括励磁线圈、磁芯和励磁结构固定架；励磁组件平行安装在测量管的中间管段外壁两侧；在测量管上、下游两个横截面的管壁上各沿圆周方向均匀安装有N对结构相同的检测电极组件，N为大于等于2的自然数。本发明提供的电磁阵列相关传感器及系统，采用电磁阵列相关传感器与驱动电路系统相结合，能够按照一定顺序分时获取电磁阵列相关传感器上、下游位于横截面不同位置的N对检测电极的检测电压信号，经互相关计算和数据融合处理，从而可有效实现水平井油气水多相流层状流的相关流速和流量测量。
【IPC分类】G01F1/58
【公开号】CN105157768
【申请号】CN201510608403
【发明人】孔令富, 孔维航, 孔德明, 李英伟, 刘兴斌, 李雷, 杜胜雪, 陈晓玉, 谢贝贝, 王月明, 解娜, 佟连刚, 孙娜
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月23日