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閱讀：32發(fā)布時間：2021-11-23
用于石油勘探和開采的自有孔傳感器和設(shè)備必須在壓力和溫度下運(yùn)行，同時提供可靠的反饋。 井下位置傳感器用于監(jiān)控幾個重要參數(shù)。 它們測量穿過孔的電線和電纜的刀具位置，以便操作員準(zhǔn)確控制鉆孔方向，以及鉆孔套管半徑，幫助操作員找到需要修理的異常。因此傳感器必須堅固，準(zhǔn)確且可靠，還要適應(yīng)敏感區(qū)域的鉆孔。
UNIVO線性可變差動變壓器（LVDT），通常是井下鉆井應(yīng)用的位置傳感器。在惡劣的環(huán)境中提供堅固耐用，無摩擦操作，出色的可靠性和無限的分辨率，可實(shí)現(xiàn)精確和可重復(fù)的位置反饋。
LVDT具有兩個部件：固定外殼和單獨(dú)的可移動芯。 當(dāng)殼體安裝到固定部件上時，芯體與被測物體機(jī)械連接，如閥門或可伸展臂。 當(dāng)被測物體移動時，磁芯穿過固定殼體并改變LVDT的輸出與位置成比例。 信號調(diào)理電子設(shè)備將原始LVDT輸出轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)使用的直流或數(shù)字信號。
LVDT有多種配置可供選擇，包括用于溫度和壓力的堅固密封包裝，或具有?英寸外徑和低質(zhì)量芯的超小型設(shè)計，適合空間有限的區(qū)域。
交流和直流LVDT
當(dāng)使用交流操作的LVDT時，信號調(diào)理電子元件與LVDT分開放置，允許傳感器進(jìn)入電路無法生存的環(huán)境。電子設(shè)備保持在受控環(huán)境中，而交流LVDT設(shè)計用于進(jìn)入較小的空間和擴(kuò)展的溫度范圍。
UM-375系列超小型LVDT可在高達(dá)30 000 psi（2068 bar）的壓力下使用。
直流LVDT包含帶有信號調(diào)理電子器件的印刷電路板（PCB），可直接從傳感器提供直流電壓，電流或數(shù)字輸出。雖然由于空間和溫度限制通常不在井下使用，但直流LVDT可以在地面設(shè)備上進(jìn)行測量，并通過長電纜長度（最長1英里）傳輸信號，從而在遠(yuǎn)程位置提供位置反饋。
連接器或引線
連接器或引線用作LVDT與其信號調(diào)理電子設(shè)備之間的電連接。方法連接取決于應(yīng)用的具體情況和LVDT運(yùn)行的環(huán)境。
引線通常是液壓應(yīng)用中的選擇，其中通風(fēng)LVDT在可達(dá)到30 000 psi和400?F的壓力和溫度下運(yùn)行。
液壓油*穿透內(nèi)部繞組，從而不會產(chǎn)生壓差。在液壓系統(tǒng)中使用連接器，常規(guī)的快速壓力波動可能會產(chǎn)生臨時密封點(diǎn)或壓力袋。當(dāng)產(chǎn)生壓力袋時，非常高的壓力可以作用在不能承受它的部件上，從而導(dǎo)致?lián)p壞或失效。在通風(fēng)的LVDT中，引線配置成為確保流體自由流動以適應(yīng)突然的掉落以及所有組件承受均壓。
當(dāng)LVDT暴露于井下溫度和流體時，通常需要玻璃密封的密封連接器或設(shè)計有螺紋和附帶的O形環(huán)的配件。 必須選擇連接器，以便為內(nèi)部LVDT組件以及配合插頭和電氣連接提供密封。 由于鉆井液和泥漿可能具有導(dǎo)電性和腐蝕性，因此將此流體滲入內(nèi)部LVDT繞組或外部電氣連接會導(dǎo)致?lián)p壞，短路或傳感器失敗。 密封連接器的替代方案是實(shí)現(xiàn)具有螺紋和O形環(huán)槽的配件。 當(dāng)LVDT旋入固定裝置時，O形環(huán)接合并形成密封，因此外部流體不會滲透。 在所有連接和內(nèi)部組件上保持氣密密封對于LVDT的持續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要。
如何為常見的井下要求設(shè)計LVDT
UNIVO的UP-520系列通常用于成型鉆孔套管以尋找損壞和需要修復(fù)的區(qū)域。
由于井下鉆井的溫度可能超過500?F（260?C），LVDT線性位置傳感器正在使用新的設(shè)計和材料來可靠地運(yùn)行。UNIVO的 LVDT由一系列材料構(gòu)成，如不銹鋼，Inconel或蒙乃爾合金，操作環(huán)境。 傳感器在石油和天然氣應(yīng)用中容易暴露于易燃或腐蝕性蒸氣和液體，操作在加壓流體中，傳感器殼體和線圈組件可以是通氣的或氣密密封的。
當(dāng)用于控制切割方向時，LVDT通常浸入化學(xué)和電惰性液壓油中，并設(shè)計有400系列通風(fēng)不銹鋼外殼。通風(fēng)外殼可以平衡LVDT內(nèi)外的壓力，因此可以承受高壓帶來的沖擊，并在空間有限的地方進(jìn)行。除了保護(hù)內(nèi)部繞組外，400系列外殼還可以屏蔽LVDT內(nèi)部的磁場，以提高線性度并防止相鄰設(shè)備產(chǎn)生的外部電氣干擾。
在一些內(nèi)徑范圍配置中，LVDT是密封的，因?yàn)樗惭b在外部并暴露在腐蝕性嚴(yán)苛的井下。暴露的部件會受到各種流體侵蝕，包括硫化物，酸，鉆井泥漿和其他腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，壓力高達(dá)20 000 psi，溫度超過400?F。為了防止高壓，UNIVO LVDT采用特殊合金制造，如Inconel 718，具有出色的防腐蝕材料和抗拉強(qiáng)度，可防止腐蝕性鉆井泥漿和高達(dá)20 000 psi（1380 bar）的壓力。由于Inconel不具有磁屏蔽特性，因此諸如Mu金屬的鐵磁材料被放置在線圈內(nèi)部。 LVDT型芯可以安裝在Inconel外殼中或涂層，使其不受許多鉆井液的影響。
無論是通風(fēng)還是密封，所有用于井下的LVDT都具有某些設(shè)計特征和方法。內(nèi)部線圈采用高溫磁線和膠帶，引線纏繞，耐化學(xué)性和溫度等級為600?F（315?C），以及特殊的高熔點(diǎn)焊料。
未來的井下需求
為了增加油田的探測和油田增產(chǎn)，在未來的鉆井設(shè)備上，UNIVO LVDT將在更高的溫度下運(yùn)行。例如巴西沿岸的盧拉油田（原土皮油田），油田在海底5000米以下，鉆井設(shè)備難以到達(dá)探測，因?yàn)閺念愃频纳顑α坑吞镏刑崛∈蜁r，工作溫度可接近600°F（315°C），很難有LVDT傳感器能夠達(dá)到。
而UNIVO的LVDT可以很好地滿足這些新興要求。新的LVDT設(shè)計技術(shù)可以在高達(dá)1000?F（538?C）的溫度下連續(xù)運(yùn)行，同時可以承受惡劣的井下環(huán)境。
通過使用特殊的電氣材料，陶瓷和特殊的溫度芯材，LVDT可以在的環(huán)境中繼續(xù)提供更高的機(jī)械壽命和更高的分辨率和可重復(fù)性。
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