传感器在石油探测领域的解决方案：石油井下极端环境探测

用于石油勘探和开采的自有孔传感器和设备必须在极端压力和温度下运行，同时提供可靠的反馈。井下位置传感器用于监控几个重要参数。它们测量穿过孔的电线和电缆的刀具位置，以便操作员准确控制钻孔方向，以及钻孔套管半径，帮助操作员找到需要修理的异常。因此传感器必须坚固，准确且可靠，还要适应敏感区域的钻孔。

线性可变差动变压器（LVDT），通常是井下钻井应用的首选位置传感器。在恶劣的环境中提供坚固耐用，无摩擦操作，出色的可靠性和无限的分辨率，可实现精确和可重复的位置反馈。

LVDT具有两个部件：固定外壳和单独的可移动芯。当壳体安装到固定部件上时，芯体与被测物体机械连接，如阀门或可伸展臂。当被测物体移动时，磁芯穿过固定壳体并改变LVDT的输出与位置成比例。信号调理电子设备将原始LVDT输出转换为控制系统使用的直流或数字信号。

LVDT有多种配置可供选择，包括用于极端温度和压力的坚固密封包装，或具有⅜英寸外径和低质量芯的超小型设计，适合空间有限的区域。

交流和直流LVDT

当使用交流操作的LVDT时，信号调理电子元件与LVDT分开放置，允许传感器进入电路无法生存的极端环境。电子设备保持在受控环境中，而交流LVDT设计用于进入较小的空间和扩展的温度范围。

UM-375系列超小型LVDT可在高达30 000 psi（2068 bar）的压力下使用。

直流LVDT包含带有信号调理电子器件的印刷电路板（PCB），可直接从传感器提供直流电压，电流或数字输出。虽然由于空间和温度限制通常不在井下使用，但直流LVDT可以在地面设备上进行测量，并通过长电缆长度（最长1英里）传输信号，从而在远程位置提供位置反馈。

连接器或引线

连接器或引线用作LVDT与其信号调理电子设备之间的电连接。最好的方法连接取决于应用的具体情况和LVDT运行的环境。

引线通常是液压应用中的最佳选择，其中通风LVDT在可达到30 000 psi和400˚F的压力和温度下运行。

液压油完全穿透内部绕组，从而不会产生压差。在液压系统中使用连接器，常规的快速压力波动可能会产生临时密封点或压力袋。当产生压力袋时，非常高的压力可以作用在不能承受它的部件上，从而导致损坏或失效。在通风的LVDT中，引线配置成为确保流体自由流动以适应突然的掉落以及所有组件承受均压。

当LVDT暴露于井下温度和流体时，通常需要玻璃密封的密封连接器或设计有螺纹和附带的O形环的配件。必须选择连接器，以便为内部LVDT组件以及配合插头和电气连接提供密封。由于钻井液和泥浆可能具有导电性和腐蚀性，因此将此流体渗入内部LVDT绕组或外部电气连接会导致损坏，短路或传感器失败。密封连接器的替代方案是实现具有螺纹和O形环槽的配件。当LVDT旋入固定装置时，O形环接合并形成密封，因此外部流体不会渗透。在所有连接和内部组件上保持气密密封对于LVDT的持续运行至关重要。

如何为常见的井下要求设计LVDT

UNIVO的UP-520系列通常用于成型钻孔套管以寻找损坏和需要修复的区域。

由于井下钻井的温度可能超过500˚F（260˚C），LVDT线性位置传感器正在使用新的设计和材料来可靠地运行。UNIVO的 LVDT由一系列材料构成，如不锈钢，Inconel或蒙乃尔合金，最适合操作环境。传感器在石油和天然气应用中容易暴露于易燃或腐蚀性蒸气和液体，操作在加压流体中，传感器壳体和线圈组件可以是通气的或气密密封的。

当用于控制切割方向时，LVDT通常浸入化学和电惰性液压油中，并设计有400系列通风不锈钢外壳。通风外壳可以平衡LVDT内外的压力，因此可以承受高压带来的冲击，并在空间有限的地方进行。除了保护内部绕组外，400系列外壳还可以屏蔽LVDT内部的磁场，以提高线性度并防止相邻设备产生的外部电气干扰。

在一些内径范围配置中，LVDT是密封的，因为它安装在外部并暴露在腐蚀性严苛的井下。暴露的部件会受到各种流体侵蚀，包括硫化物，酸，钻井泥浆和其他腐蚀性化学物质，压力高达20 000 psi，温度超过400˚F。为了防止高压，UNIVO LVDT采用特殊合金制造，如Inconel 718，具有出色的防腐蚀材料和抗拉强度，可防止腐蚀性钻井泥浆和高达20 000 psi（1380 bar）的压力。由于Inconel不具有磁屏蔽特性，因此诸如Mu金属的铁磁材料被放置在线圈内部。LVDT型芯可以安装在Inconel外壳中或涂层，使其不受许多钻井液的影响。

无论是通风还是密封，所有用于井下的LVDT都具有某些设计特征和方法。内部线圈采用高温磁线和胶带，引线缠绕，耐化学性和温度等级为600˚F（315˚C），以及特殊的高熔点焊料。

未来的井下需求

为了增加油田的探测和油田增产，在未来的钻井设备上，UNIVO LVDT将在更高的温度下运行。例如巴西沿岸的卢拉油田（原土皮油田），油田在海底5000米以下，钻井设备难以到达探测，因为从类似的深储量油田中提取石油时，工作温度可接近600°F（315°C），很难有LVDT传感器能够达到。而UNIVO的LVDT可以很好地满足这些新兴要求。新的LVDT设计技术可以在高达1000˚F（538˚C）的温度下连续运行，同时可以承受恶劣的井下环境。通过使用特殊的电气材料，陶瓷和特殊的极端温度芯材，LVDT可以在最苛刻的环境中继续提供更高的机械寿命和更高的分辨率和可重复性。

UP-520系列交流LVDT位移传感器

概述

UP-520系列耐高压交流LVDT位移传感器专为要求最高可靠性的极端高压应用而设计，同时可在深海应用所需的恶劣环境中运行。这些传感器由特殊的高压材料制成，可在高达20000 psi的压力下运行。UP-520系列高压和耐海水LVDT位置传感器提供卓越的性能，无论压力和/或温度引起的偏移如何。UP-520系列的尺寸为±0.900英寸（±22.86毫米），具有高灵敏度、高分辨率和出色的线性度。

特点

20000 PSI工作压力

工作温度400°F

直径0.52英寸的不锈钢外壳

用于降低热灵敏度的比率输出

提供标准和定制型号

应用

深海应用

液压执行器

极端高压应用

压力试验容器