CN106093133A - 一种电导式传感器及两相流流体参数测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电导式传感器及两相流流体参数测量装置，应用于煤层气探测领域，电导式传感器包括：导电壳体，导电壳体的内部为直流体通道，第一连接件固定在直流体通道的第一通道口，第二连接件固定在直流体通道的第二通道口，地接线端子连接在导电壳体上，M组信号测量组件周向分布在导电壳体上；每组信号测量组件包括沿着导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，信号接线端子设置在导电壳体上，电导探针的后端与信号接线端子连接，电导探针的前端位于直流体通道内。本发明解决了获得用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量所需流体参数需要借助于多个不同设备的技术问题，快速测量得到全部流体参数。

Description

一种电导式传感器及两相流流体参数测量装置
技术领域
本发明涉及煤层气探测领域，尤其涉及一种电导式传感器及两相流流体参数测量装置。
背景技术
气液两相流广泛存在于煤层气抽采井内，在煤层气抽采的初级阶段，气、液共同汇聚于抽采井内，由此形成气液两相流。两相流的流体参数对于评价煤气产量、煤层工况、预测产量趋势至关重要，同时也是制定排采工艺、预测井下事故等的重要参数，通过电导探针式测量方法进行测量流气液两相流的流型，用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量趋势。
但是现有电导探针式测量方法气液两相流只能测量出气液两相流的流型，而其他流体参数，如气泡的速度、直径、体积均需要借助于光学设备获得，因此可以看出，获得用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量所需流体参数需要借助于多个不同设备，因此操作复杂，检测费时费力。
发明内容
本发明实施例通过提供一种电导式传感器及两相流流体参数测量装置，解决了现有技术中获得用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量所需流体参数需要借助于多个不同设备的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电导式传感器，包括：导电壳体，第一连接件，第二连接件，地接线端子，M组信号测量组件，M为大于或等于8的整数；
所述导电壳体的内部为直流体通道，所述第一连接件固定在所述直流体通道的第一通道口，所述第二连接件固定在所述直流体通道的第二通道口，所述地接线端子连接在所述导电壳体上，所述M组信号测量组件周向分布在所述导电壳体上；
其中，每组信号测量组件包括沿着所述导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，所述信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，所述信号接线端子连接在所述导电壳体上，所述电导探针的后端与所述信号接线端子连接，所述电导探针的前端位于所述直流体通道内。
优选的，所述第一连接件为第一螺纹法兰，所述电导式传感器还包括第一密封圈；所述第一密封圈设置在所述第一螺纹法兰与所述第一通道口的连接处。
优选的，所述第二连接件为第二螺纹法兰，所述电导式传感器还包括第二密封圈；所述第二密封圈设置在所述第二螺纹法兰与所述第二通道口的连接处。
优选的，每组信号测量组件的两个信号接线端子之间相距5～8mm。
优选的，所述导电壳体的内径与煤层气抽采井的内径相同。
优选的，所述导电壳体的长度为200mm～300mm。
优选的，所述导电壳体上对应每个信号测量组件分别开有容置孔；其中，所述容置孔内螺纹连接有密封塞，所述密封塞压橡胶体于所述容置孔内，所述信号接线端子螺纹连接在所述密封塞内，所述电导探针贯穿所述容置孔的孔底、所述橡胶体和所述密封塞。
优选的，所述导电壳体具体为导电圆管，所述电导探针沿着所述导电圆管的径向。
第二方面，本发明实施例提供了一种两相流流体参数测量装置，包括一检测电路，一处理器，第一方面所述的电导式传感器；所述电导式传感器包括：导电壳体，第一连接件，第二连接件，地接线端子，M组信号测量组件，M为大于或等于8的整数；所述导电壳体的内部为直流体通道，所述第一连接件固定在所述直流体通道的第一通道口，所述第二连接件固定在所述直流体通道的第二通道口，所述地接线端子连接在所述导电壳体上，所述M组信号测量组件周向分布在所述导电壳体上；其中，每组信号测量组件包括沿着所述导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，所述信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，所述信号接线端子连接在所述导电壳体上，所述电导探针的后端与所述信号接线端子连接，所述电导探针的前端位于所述直流体通道内；所述检测电路的输入端通过信号输出线与所述信号接线端子连接，所述处理器的模拟输入端与所述检测电路的输出端连接。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过第一连接件和第二连接件能够将本发明实施例提供的电导式传感器连接在煤层气抽采井上，而每组信号测量组件包括沿着导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，信号接线端子连接在导电壳体上，电导探针的后端与信号接线端子连接，电导探针的前端位于直流体通道内。因此在应用时只需要将地接线端子连接地线，将信号接线端子与信号输出线连接，从而形成了电导探针的双圆周阵列分布。当两相流流经直流体通道时，若是液体经过电导探针，则相当于信号输出线与地线导通；若是气泡经过电导探针，液体与地接线端子连接，则相当于信号输出线与地线之间断开，则电导式传感器通过信号输出线连接后续检测电路判断信号输出线与地线之间的开合便可实现对气泡的检测，其中，通过一组信号测量组件的两个信号接线端子检测到同一气泡的时间差后，与这两个信号接线端子之间的距离结合就能得到气泡速度。通过一个信号接线端子检测到一个气泡的持续时间，与气泡速度结合得到就能得到气泡直径，基于气泡直径进一步就能得到气泡体积。可见通过本发明实施例提供的电导式传感器除了能够测得传统电导式传感器能够测得的两相流的流型外，还可以测量得到用于计算所需流体参数所必须的时间差和持续时间，从而通过简单计算就能得到流体参数：气泡速度、气泡直径和气泡体积，而不再需要其他光学设备单独进行测量，以解决了现有技术中获得用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量所需流体参数需要借助于多个不同设备的技术问题，能够快速得到全部流体参数。
进一步的，由于导电壳体上对应每个信号测量组件分别开有容置孔；容置孔内螺纹连接有密封塞，密封塞压橡胶体于容置孔内，信号接线端子螺纹连接在密封塞内，电导探针贯穿容置孔的孔底、橡胶体和密封塞。从而密封塞在旋入容置孔内时会使橡胶体产生径向形变，实现橡胶体与电导探针之间的密封，以及实现橡胶体与容置孔的孔壁之间的密封，从而能应用于井底测量，而不仅仅局限于传统的地表测量。
进一步的，通过本发明实施例提供的两相流流体参数测量装置能够直接得到流体参数：气泡速度、气泡直径和气泡体积，不需要再借助其他光学设备测量和其他设备进行计算，更直接快捷得到全部流体参数，有效提高了两相流流体参数的测量效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中电导式传感器的主视图；
图2为本发明实施例中电导式传感器的纵剖图；
图3为图2中A部的局部放大图；
图4为本发明实施例中电导式传感器的横剖图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1和图2所示，本发明实施例提供电导式传感器，包括：导电壳体1、第一连接件2、第二连接件3、地接线端子4和M组信号测量组件5。导电壳体1的内部为直流体通道，第一连接件2固定在直流体通道的第一通道口，第二连接件3固定在直流体通道的第二通道口，地接线端子4设置在导电壳体1上。M组信号测量组件5周向分布在导电壳体1上。
其中，每组信号测量组件5包括沿着导电壳体1轴向分布的两个信号测量组件5。参考图3和图4所示，每个信号测量组件5包括信号接线端子51和电导探针52，信号接线端子51设置在导电壳体1上，电导探针52的后端与信号接线端子51连接，电导探针52的前端位于直流体通道内。
本发明实施例提供的电导式传感器在应用时，地接线端子4用于连接地线，信号接线端子51用于与信号输出线相连接。当气液两相流流经直流体通道时，流体与导电壳体1接触，因此相当于地接线端子4与两相流流体导通。信号接线端子51与信号输出线相连接，而信号接线端子51与电导探针52连接，因此相当于信号输出线与电导探针52相导通，当两相流流经直流体通道时，若是液体经过电导探针52，则相当于信号输出线与地线导通；若是气泡经过电导探针52，则此时相当于信号输出线与地线之间断开，因此通过后续检测电路判断信号输出线与地线之间的开合便可实现对气泡的检测：其中，通过一组信号测量组件5的两个信号接线端子51检测到同一气泡的时间差后，与这两个信号接线端子51之间的距离结合就能得到气泡速度。通过一个信号接线端子51检测到一个气泡的持续时间，与气泡速度结合得到就能得到气泡直径。基于气泡直径进一步就能得到气泡体积。
具体的，导电壳体1为导电圆管，电导探针52沿着导电圆管的径向。具体的，导电壳体1的内径与煤层气抽采井的内径相同，从而不会改变煤层气抽采井内流体的状态，确保测量准确性。
为了实现导电壳体1与煤层气抽采井之间密封连接，避免导电壳体1与煤层气抽采井的连接处流体外漏：第一连接件2为第一螺纹法兰或第一焊接法兰，第二连接件3为第二螺纹法兰或第二焊接法兰。
在一具体实施方式中，第一连接件2为第一螺纹法兰，第二连接件3为第二螺纹法兰，第一通道口对应的导电壳体1内壁加工有第一阶梯状内螺纹，第一螺纹法兰与导电壳体1通过第一阶梯状内螺纹连接。第二通道口对应的导电壳体1内壁加工有第二阶梯状内螺纹，第二螺纹法兰与导电壳体1通过第二阶梯状内螺纹连接。在本实施方式中，第一螺纹法兰的内径和第二螺纹法兰的内径均与导电壳体1的内径相同。
在本实施例中，电导式传感器还包括第一密封圈6，第一密封圈6设置在第一螺纹法兰与第一通道口的连接处。具体的，在第一阶梯状内螺纹所在区域还开有第一阶梯槽，第一密封圈6容置于第一阶梯槽内，从而第一螺纹法兰与第一阶梯螺纹连接时，第一密封圈6受压而对第一螺纹法兰与第一通道口的连接处进行密封。电导式传感器还包括第二密封圈7，第二密封圈7设置在第二螺纹法兰与第二通道口的连接处。具体的，在第二阶梯状内螺纹所在区域还开有第二阶梯槽，第二密封圈7容置于第二阶梯槽内，从而第二螺纹法兰与第二阶梯螺纹连接时，第二密封圈7受压而对第二螺纹法兰与第二通道口的连接处进行密封，从而实现了导电壳体1与煤层气抽采井之间密封连接。在具体实施过程中，第一密封圈6与第二密封圈7均可以为O型圈。
在另一实施方式中，第一连接件2为第一焊接法兰，第二连接件3为第二焊接法兰，第一焊接法兰通过密封焊焊接在导电壳体1的端面，第二焊接法兰通过密封焊焊接在在导电壳体1的端面，从而实现了导电壳体1与煤层气抽采井之间的密封连接。
具体的，参考图3和图4所示，导电壳体1上对应每个信号测量组件5分别开有容置孔；容置孔的底部容置有橡胶体54，容置孔的孔壁螺纹连接有密封塞53，以压橡胶体54于容置孔内。信号接线端子51螺纹连接在密封塞6内，电导探针52贯穿容置孔、橡胶体54和密封塞53。电导探针52的后端与信号接线端子51的底部焊接或者螺纹固定。在具体实施过程中，密封塞53加工有内螺纹和外螺纹，容置孔的上部开有内螺纹，信号接线端子51通过自身周向的外螺纹与密封塞53的内螺纹相连接，密封塞53的外螺纹与容置孔的内螺纹相连接，橡胶体54先放置于容置孔内的底部，然后电导探针52的后端与信号接线端子51的底部焊接或者螺纹固定，接着电导探针52的前端穿过容置孔、橡胶体54和密封塞53并伸入到直流体通道中。随着密封塞53旋入容置孔，会将橡胶体54压紧，使得橡胶体54产生径向变形，从而实现橡胶体54与电导探针52之间的密封、以及橡胶体54与容置孔之间的密封，确保用于井底测量时的密封良好。
具体的，电导探针52伸入到直流体通道的长度不超过导电壳体1的半径。比如，导电壳体1的40mm，则电导探针52伸入到直流体通道的长度小于20mm。比如，而已为10mm，11mm，12mm等等。
具体的，每组信号测量组件5的两个信号接线端子51之间距离设置为5～8mm，能够有效避免同一气泡同一时刻被两个电导探针52接触到，又能有效避免同一气泡在流动过程中改变路径而只被一组信号测量组件5的其中一个电导探针52接触到。在一具体实施例中，设置每组信号测量组件5的两个信号接线端子51之间距离为6mm。
具体的，为了更准确测量两相流的流体参数，导电壳体1的内径与煤层气抽采井的内径相同。以煤层气抽采井的内径为40mm为例，导电壳体1的内径为40mm。
具体的，导电壳体1的长度为200mm～300mm，M组信号测量组件5位于导电壳体1的中部位置，在导电壳体1与煤层气抽采井对接时不会每个信号测量组件5。
参考图1和图4所示，电导式传感器包括8组信号测量组件5，则8组信号测量组件5的8个电导探针52均沿着导电壳体1的径向设置，相邻电导探针52之间角度为45度。当然在具体实施过程，还可以设置更多组信号测量组件5，以增加电导探针52的密度，从而检测更准确。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种两相流流体参数测量装置，包括一检测电路，一处理器和电导式传感器；参考图1～图4所示，电导式传感器包括：导电壳体1，第一连接件2，第二连接件3，地接线端子4，M组信号测量组件5，M为大于或等于8的整数；导电壳体1的内部为直流体通道，第一连接件2固定在直流体通道的第一通道口，第二连接件3固定在直流体通道的第二通道口，地接线端子4连接在导电壳体1上，M组信号测量组件5周向分布在导电壳体1上；其中，每组信号测量组件5包括沿着导电壳体1轴向分布的两个信号测量组件5，信号测量组件5包括信号接线端子51和电导探针52，信号接线端子51连接在导电壳体1上，电导探针52的后端与信号接线端子51连接，电导探针52的前端位于直流体通道内；检测电路的输入端通过信号输出线与信号接线端子51连接，处理器的模拟输入端与检测电路的输出端连接。
其中，检测电路用于判断信号输出线与地线之间的开合。其中，处理器用于：1、一组信号测量组件5的两个信号接线端子51检测到同一气泡的时间差后，进行基于时间差和这两个信号接线端子51之间距离计算出气泡速度。2、通过一个信号接线端子51检测到一个气泡的持续时间后，进行基于持续时间与步骤一计算得到的气泡速度计算得到气泡直径，3、进行基于气泡直径计算得到气泡体积。其中，电导式传感器的结构细节参考前述实施例和图1～图4，为了说明书的简洁，本文不再赘述。
通过上述本发明实施例中提供的一个或多个实施例，至少实现了如下技术效果或优点：
通过第一连接件和第二连接件能够将本发明实施例提供的电导式传感器连接在煤层气抽采井上，而每组信号测量组件包括沿着导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，信号接线端子连接在导电壳体上，电导探针的后端与信号接线端子连接，电导探针的前端位于直流体通道内。因此在应用时只需要将地接线端子连接地线，将信号接线端子与信号输出线连接，从而形成了电导探针的双圆周阵列分布。当两相流流经直流体通道时，若是液体经过电导探针，则相当于信号输出线与地线导通；若是气泡经过电导探针，液体与地接线端子连接，则相当于信号输出线与地线之间断开，则电导式传感器通过信号输出线连接后续检测电路判断信号输出线与地线之间的开合便可实现对气泡的检测，其中，通过一组信号测量组件的两个信号接线端子检测到同一气泡的时间差后，与这两个信号接线端子之间的距离结合就能得到气泡速度。通过一个信号接线端子检测到一个气泡的持续时间，与气泡速度结合得到就能得到气泡直径，基于气泡直径进一步就能得到气泡体积。可见通过本发明实施例提供的电导式传感器除了能够测得传统电导式传感器能够测得的两相流的流型外，还可以测量得到用于计算所需流体参数所必须的时间差和持续时间，从而通过简单计算就能得到流体参数：气泡速度、气泡直径和气泡体积，而不再需要其他光学设备单独进行测量，以解决了现有技术中获得用于评价煤气产量、煤层工况、预测产量所需流体参数需要借助于多个不同设备的技术问题，能够快速得到全部流体参数。
进一步的，由于导电壳体上对应每个信号测量组件分别开有容置孔；容置孔内螺纹连接有密封塞，密封塞压橡胶体于容置孔内，信号接线端子螺纹连接在密封塞内，电导探针贯穿容置孔的孔底、橡胶体和密封塞。从而密封塞在旋入容置孔内时会使橡胶体产生径向形变，实现橡胶体与电导探针之间的密封，以及实现橡胶体与容置孔的孔壁之间的密封，从而能应用于井底测量，而不仅仅局限于传统的地表测量。
进一步的，通过本发明实施例提供的两相流流体参数测量装置能够直接得到流体参数：气泡速度、气泡直径和气泡体积，不需要再借助其他光学设备测量和其他设备进行计算，更直接快捷得到全部流体参数，有效提高了两相流流体参数的测量效率。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种电导式传感器，其特征在于，包括：导电壳体，第一连接件，第二连接件，地接线端子，M组信号测量组件，M为大于或等于8的整数；
所述导电壳体的内部为直流体通道，所述第一连接件固定在所述直流体通道的第一通道口，所述第二连接件固定在所述直流体通道的第二通道口，所述地接线端子连接在所述导电壳体上，所述M组信号测量组件周向分布在所述导电壳体上；
其中，每组信号测量组件包括沿着所述导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，所述信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，所述信号接线端子连接在所述导电壳体上，所述电导探针的后端与所述信号接线端子连接，所述电导探针的前端位于所述直流体通道内。
2.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述第一连接件为第一螺纹法兰，所述电导式传感器还包括第一密封圈；
所述第一密封圈设置在所述第一螺纹法兰与所述第一通道口的连接处。
3.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述第二连接件为第二螺纹法兰，所述电导式传感器还包括第二密封圈；
所述第二密封圈设置在所述第二螺纹法兰与所述第二通道口的连接处。
4.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，每组信号测量组件的两个信号接线端子之间相距5～8mm。
5.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述导电壳体的内径与煤层气抽采井的内径相同。
6.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述导电壳体的长度为200mm～300mm。
7.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述导电壳体上对应每个信号测量组件分别开有容置孔；
其中，所述容置孔内螺纹连接有密封塞，所述密封塞压橡胶体于所述容置孔内，所述信号接线端子螺纹连接在所述密封塞内，所述电导探针贯穿所述容置孔的孔底、所述橡胶体和所述密封塞。
8.如权利要求1所述的电导式传感器，其特征在于，所述导电壳体具体为导电圆管，所述电导探针沿着所述导电圆管的径向。
9.一种两相流流体参数测量装置，其特征在于，包括一检测电路，一处理器，如权利要求1-8中任一权利要求所述的电导式传感器；
所述电导式传感器包括：导电壳体，第一连接件，第二连接件，地接线端子，M组信号测量组件，M为大于或等于8的整数；所述导电壳体的内部为直流体通道，所述第一连接件固定在所述直流体通道的第一通道口，所述第二连接件固定在所述直流体通道的第二通道口，所述地接线端子连接在所述导电壳体上，所述M组信号测量组件周向分布在所述导电壳体上；其中，每组信号测量组件包括沿着所述导电壳体轴向分布的两个信号测量组件，所述信号测量组件包括信号接线端子和电导探针，所述信号接线端子连接在所述导电壳体上，所述电导探针的后端与所述信号接线端子连接，所述电导探针的前端位于所述直流体通道内；
所述检测电路的输入端通过信号输出线与所述信号接线端子连接，所述处理器的模拟输入端与所述检测电路的输出端连接。
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