CN109915111A - 一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，包括固定支架、旋转支架、冲击片和电荷测试仪，固定支架包括底座、侧板和横梁，侧板上端连接横梁，下端连接底座，旋转支架为Z形，旋转支架包括弯杆和底板，弯杆上端连接冲击片，下端连接底板，弯杆中部和横梁一端转动连接，横梁的另一端连接一向下延伸的弹簧，弹簧下端连接底板，且底板设置于底座和横梁之间，底板的下表面设有上纳米材料层，底座的上表面设有下纳米材料层，上纳米材料层和下纳米材料层上下相对设置并分别连接电荷测试仪，电荷测试仪检测上纳米材料层和下纳米材料之间摩擦生电的频率。本发明的有益效果：准确判断两相流的流型，体积小、适应钻井工况环境。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻井仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器。
背景技术
近年来，随着我国工业化、城镇化及农业现代化的加快推进，我国的油气供需矛盾愈发突出，能源的短缺已严重影响着经济发展、社会稳定和国家安全，而当今国际能源资源市场竞争激烈，依靠国际市场的难度加大，因此，加快能源勘探突破、立足国内、增强能源资源的保障能力，已成为我国经济社会发展的重大战略问题。煤层气作为常规的能源，在我国占据了举足轻重的地位，煤层气排采，概括来说就是使用油管抽水，利用套管产气。排采是煤层气开发中的一个重要环节，煤层气井的生产实际上是排水降压采气的过程。当煤层压力小于或等于解吸压力，气体从煤中解吸，顺割理流动到压裂裂缝，然后流到井筒中，煤层气从井筒中开采出来。
排采井中两相流气泡参数，通过对气泡参数的分析，建立气泡参数间的关系，是极其有意义的一项工作。气泡的冲击频率，以及两相流流型确定，它将成为掌握排采特征，建立合理工作制度的基础。同时，还可以指导排采生产，实现高产井保持稳产，低产井提高产量。在现阶段，对煤层气开采井中的两相流测量中气泡频率以及两相流流型确定相关研究较少，而且开采井筒中相对尺寸较小，较多数气泡传感器不适用井下环境，因此急需研制一种精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求开采井筒专用两相流气泡传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器。
本发明的实施例提供一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，包括固定支架、旋转支架、冲击片和电荷测试仪，所述固定支架包括底座、侧板和横梁，所述侧板上端连接所述横梁，下端连接底座，所述旋转支架为Z形，所述旋转支架包括弯杆和底板，所述弯杆上端连接所述冲击片，下端连接所述底板，所述弯杆中部和所述横梁一端转动连接，所述横梁的另一端连接一向下延伸的弹簧，所述弹簧下端连接所述底板，且所述底板设置于所述底座和所述横梁之间，所述底板的下表面设有上纳米材料层，所述底座的上表面设有下纳米材料层，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层上下相对设置并分别连接所述电荷测试仪，所述冲击片用于接受两相流气泡冲击，每一气泡冲击所述冲击片使其向上运动带动所述弯杆转动，从而使所述上纳米材料层和所述下纳米材料层接触并摩擦产生电荷，所述气泡消失所述弹簧使所述底板向上运动，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层分离，所述电荷测试仪检测所述上纳米材料层和所述下纳米材料之间摩擦生电的频率。
进一步地，所述横梁的一端设有U形槽，所述U形槽的两侧面均设有转动孔，所述弯杆中部设有穿孔，所述弯杆中部收容于所述U形槽内，且所述穿孔和两所述转动孔对齐并用第一螺栓连接，所述第一螺栓穿过两所述转动和所述穿孔，所述弯杆可绕所述第一螺栓转动。
进一步地，所述冲击片为环形冲击片，所述弯杆的上端设有夹槽，所述夹槽夹住所述冲击片并用第二螺栓固定，所述冲击片和所述底板平行。
进一步地，所述冲击片的圆心在所述横梁的延长线上。
进一步地，所述侧板上端垂直连接所述横梁，下端垂直连接所述底座，所述底板和所述底座平行设置。
进一步地，所述弯杆为钝角弯杆，所述弯杆的上边和横梁共线。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，冲击片受气泡冲击力向上运动，使旋转支架转动，上纳米材料层和下纳米材料层接触并摩擦产生电荷，气泡消失后旋转支架在弹簧的回复力作用下转动，上纳米材料层和下纳米材料层分离，形成电势差，电荷测试仪检测摩擦生电频率，根据摩擦生电频率可确定气泡对冲击片的冲击频率，由气泡冲击频率可确定两相流的流型，本发明的传感器的精度较高、体积小、测量范围能够覆盖大部分抽采井环空，适应钻井工况环境。
附图说明
图1是本发明一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器的立体示意图；
图2是本发明一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器的主视图；
图3是本发明一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器的俯视图。
图中：1-固定支架、2-旋转支架、3-冲击片、4-弹簧、5-底座、6-侧板、7-横梁、8-弯杆、9-底板、10-夹槽、11-第一螺栓、12-第二螺栓、13-U形槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，包括冲击片3、固定支架1、旋转支架2和电荷测试仪。
请参考图2和图3，所述固定支架1包括底座5、侧板6和横梁7，所述底座5和所述横梁6均水平设置，所述侧板6上端垂直连接所述横梁7，下端垂直连接所述底座5，所述底座5和所述横梁7位于所述侧板6的同一侧，所述横梁7远离所述侧板6的一端设有U形槽13，所述U形槽13的两侧面均设有转动孔，两所述转动孔相对设置，所述横梁7的另一端连接一向下延伸的弹簧4，所述底座5的上表面设有下纳米材料层。
请参考图2和图3，所述旋转支架2为Z形，所述旋转支架2包括弯杆8和底板9，所述弯杆8为钝角弯杆，所述弯杆8的上边和所述横梁7共线，所述弯杆8的上端设有夹槽10，中部设有穿孔，所述穿孔设置于所述弯杆8的顶点处，所述弯杆8中部所述弯杆8的上边靠近所述横梁7一段收容于所述U形槽13内，且所述穿孔和两所述转动孔对齐并用第一螺栓11连接，所述第一螺栓11穿过两所述转动和所述穿孔，所述弯杆8可绕所述第一螺栓11转动。所述弹簧4下端连接所述底板9，且所述底板9设置于所述底座5和所述横梁之7间，所述底板9和所述底座5平行设置，所述底板9的下表面设有上纳米材料层，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层上下相对设置。
请参考图2和图3，所述冲击片3为环形冲击片，所述夹10槽夹住所述冲击片3并用第二螺栓12固定，所述冲击片3和所述底板9平行，为保持所述冲击片3对所述横梁7的作用力在竖直平面内，所述冲击片3的圆心在所述横梁7的延长线上。
本实施例中所述电荷测试仪选择6514可编程静电计，所述电荷测试仪通过导线分别连接所述上纳米材料层和所述下纳米材料层，由于纳米材料电荷接触转移，所述电荷测试仪用于检测所述上纳米材料层和所述下纳米材料层摩擦生电的频率。
本发明的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，对煤层气排采过程中的井筒两相流气泡进行测量时，气泡流不断冲剂所述冲击片3，所述冲击片3受所述气泡冲击向上运动，牵引所述弯杆8转动，进而使所述底板9向下运动，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层接触并摩擦产生电荷，该泡沫消失且下一气泡还未接触所述冲击片3时，所述冲击片3所受冲击力消失，所述弹簧4的回复力使所述底板9向上运动，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层分离且二者之间产生电势差，这样每一所述气泡均会对所述冲击片3进行冲击，且相邻两气泡冲击所述冲击片之间具有短暂的时间间隔，这段时间间隔内所述弹簧4使所述旋转支架2恢复到初始状态，因此每一所述气泡对所述冲击片的冲击会使所述上纳米材料层和所述下纳米材料层发生一次摩擦生电，所述电荷测试仪测试出所述上纳米材料层和所述下纳米材料层摩擦产生电势差频率，这里产生电势差的频率即为所述气泡对所述冲击片3的冲击频率，由于不同两相流流型的气泡冲击频率均是不同的，所以根据所述冲击频率可判断出气泡的流型。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：包括固定支架、旋转支架、冲击片和电荷测试仪，所述固定支架包括底座、侧板和横梁，所述侧板上端连接所述横梁，下端连接底座，所述旋转支架为Z形，所述旋转支架包括弯杆和底板，所述弯杆上端连接所述冲击片，下端连接所述底板，所述弯杆中部和所述横梁一端转动连接，所述横梁的另一端连接一向下延伸的弹簧，所述弹簧下端连接所述底板，且所述底板设置于所述底座和所述横梁之间，所述底板的下表面设有上纳米材料层，所述底座的上表面设有下纳米材料层，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层上下相对设置并分别连接所述电荷测试仪，所述冲击片用于接受两相流气泡冲击，每一气泡冲击所述冲击片使其向上运动带动所述弯杆转动，从而使所述上纳米材料层和所述下纳米材料层接触并摩擦产生电荷，所述气泡消失所述弹簧使所述底板向上运动，所述上纳米材料层和所述下纳米材料层分离，所述电荷测试仪检测所述上纳米材料层和所述下纳米材料之间摩擦生电的频率。
2.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述横梁的一端设有U形槽，所述U形槽的两侧面均设有转动孔，所述弯杆中部设有穿孔，所述弯杆中部收容于所述U形槽内，且所述穿孔和两所述转动孔对齐并用第一螺栓连接，所述第一螺栓穿过两所述转动和所述穿孔，所述弯杆可绕所述第一螺栓转动。
3.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述冲击片为环形冲击片，所述弯杆的上端设有夹槽，所述夹槽夹住所述冲击片并用第二螺栓固定，所述冲击片和所述底板平行。
4.如权利要求3所述的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述冲击片的圆心在所述横梁的延长线上。
5.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述侧板上端垂直连接所述横梁，下端垂直连接所述底座，所述底板和所述底座平行设置。
6.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的冲击式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述弯杆为钝角弯杆，所述弯杆的上边和横梁共线。
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| 李瑞，乌效鸣等: "煤层气井两相流多参数探测技术", 煤炭学报, vol. 39, no. 9 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110397432A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-01 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器 |
| CN110425006A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器 |
| CN110454145A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-15 | 中国地质大学（武汉） | 基于摩擦纳米发电机的地质钻探孔底多轴振动频率传感器 |
| CN110454144A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-15 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电机的曲柄滑块气泡速度测量传感器 |
| CN110454145B (zh) * | 2019-07-12 | 2024-08-09 | 中国地质大学（武汉） | 基于摩擦纳米发电机的地质钻探孔底多轴振动频率传感器 |
| CN110425006B (zh) * | 2019-07-12 | 2024-08-16 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电原理的两相流流型传感器 |
| CN110397432B (zh) * | 2019-07-12 | 2024-08-16 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电机的风车式气泡速度测量传感器 |
| CN110454144B (zh) * | 2019-07-12 | 2024-08-16 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于摩擦纳米发电机的曲柄滑块气泡速度测量传感器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109915111B (zh) | 2024-08-09 |
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