CN109946200B - 一种基于纳米材料的接触分离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接触分离式煤层气两相流气泡传感器，包括固定座、支撑板和电荷测试仪，固定座中部设有穿孔，下部设于设有至少一个滑槽，每一滑槽内设有一活动板，固定座下端连接支撑板，穿孔贯穿支撑板，支撑板与滑槽的槽口相对位置设有缺口且支撑板阻挡活动板滑出滑槽，滑槽的上端面设有上收容槽，边缘设有上纳米材料层，上收容槽内设有上磁铁，活动板上表面设有向下凹陷的下收容槽，边缘设有下纳米材料层，下收容槽内设有下磁铁，下磁铁和上磁铁相对设置且二者相对端的磁极相同，电荷测试仪分别连接上纳米材料层和下纳米材料层。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接触分离式煤层气两相流气泡传感器。
背景技术
目前，在国内常规油气资源日渐减少的情况下，非常规天然气的开发逐步受到国家重视。其中，煤层气的开采被广泛的关注。中国是煤储量大国，其煤层气总资源量高达37万亿立方米，探明储量约1800亿立方米，勘探开发潜力巨大。煤层气开发作为常规天然气的接替能源之一，在能源行业得到了高度重视。与天然气生产不同，煤层气在开始产气之前先要排出煤层中大量的水，这与煤储层的独特性质有关。煤层中天然裂隙或割理通常被水饱和，煤层气吸附在煤上。要采出煤层气，首先要让它从煤中解吸出来。只有抽出足够的水，煤层压力降至煤的解吸压力后，煤层气的解吸才能开始。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。
在能源勘探及后续的开发阶段，都需要通过相关传感器对开采井筒中的两相流气泡密度以及两相流流型进行测量，为开采工艺设计及工艺控制提供必要的理论依据及技术支撑，以及在后续开发阶段，该测量参数可对该开采井进行产量评估等。因此必须对井筒环空的气泡密度以及两相流流型进行测量。在现阶段，对煤层气开采井中的两相流气泡密度以及两相流流型测量相关研究较少，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接触分离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接触分离式煤层气两相流气泡传感器，包括固定座、支撑板和电荷测试仪，所述固定座中部设有穿孔，下部设于设有至少一个滑槽，每一所述滑槽内设有一活动板，所述活动板可沿着所述滑槽上下滑动，所述固定座下端连接所述支撑板，所述穿孔贯穿所述支撑板，所述支撑板与所述滑槽的槽口相对位置设有缺口且所述支撑板阻挡所述活动板滑出所述滑槽，所述滑槽的上端面中部设有向上凹陷的上收容槽，所述滑槽的上端面边缘设有上纳米材料层，所述上收容槽内设有上磁铁，所述活动板的上表面中部设有向下凹陷的下收容槽，所述活动板的上表面边缘设有下纳米材料层，所述下收容槽内设有下磁铁，所述下磁铁和所述上磁铁相对设置且二者相对端的磁极相同，所述电荷测试仪分别连接所述上纳米材料层和所述下纳米材料层，所述活动板用于接受气泡流冲击，每一气泡冲击所述活动板使其向上运动，直至所述下纳米材料层接触所述上纳米材料层并摩擦生电，所述气泡破灭，所述上磁铁对所述下磁铁的排斥力使所述活动板下滑，所述下纳米材料层和所述上纳米材料层分离，所述电荷测试仪用于检测所述下纳米材料层和所述上纳米材料层摩擦生电的频率。
进一步地，所述滑槽为弧形槽，所述活动板为弧形板，所述活动板的半径与所述滑槽的半径相同。
进一步地，所述上收容槽和所述下收容槽为相同的弧形槽，所述下收容槽设置于所述活动板的中部，所述上磁铁和所述下磁铁形状相同，所述上磁铁的厚度小于所述上收容槽深度的1/2。
进一步地，所述穿孔为阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面设于多个气泡出口，每一所述滑槽设置于相邻两所述气泡出口之间。
进一步地，所述支撑板为内置十字架的圆环，所述十字架的中心设有入口孔，所述阶梯孔和所述入口孔上下对齐，所述十字架固定连接所述固定座底部。
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接触分离式煤层气两相流气泡传感器，活动板受气泡冲击在滑槽内向上滑动，上纳米材料层和下纳米材料层接触并摩擦产生电荷，气泡破灭冲击力小时，在同极磁铁的排斥力作用下活动板下滑，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活动板的冲击频率，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接触分离式煤层气两相流气泡传感器的上部示意图；
图2是本发明一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器的下部示意图；
图3是本发明一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器的俯视图；
图4是图3中的H-H剖面示意图。
图中：1-固定座、2-支撑板、3-穿孔、4-滑槽、5-活动板、6-上收容槽、7-下收容槽、8-上磁铁、9-下磁铁、10-人口孔、11-缺口、13-气泡出口。
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接触分离式煤层气两相流气泡传感器，包括均为中空的固定座1、中空的支撑板2和电荷测试仪。
请参考图3和图4，所述固定座1为圆盘形，所述固定座1中部设有穿孔3，所述穿孔3为阶梯孔，所述穿孔3的阶梯面设于多个气泡出口13本实施例中所述气泡出口13为弧形出口，数量为两个，且这两个气泡出口13相对于所述穿孔1的轴线对称，所述固定座1的下部设于设有两个滑槽4，两所述滑槽4和两所述气泡出口13在圆周上间隔设置，即每一所述滑槽4设置于相邻两所述气泡出口13之间。
每一所述滑槽4内设有一活动板5，本实施例中所述滑槽4为弧形槽，所述活动板5为弧形板，所述活动板5的半径与所述滑槽4的半径相同，所述活动板5可沿着所述滑槽4上下滑动，所述滑槽4的上端面中部设有向上凹陷的上收容槽6，所述滑槽4的上端面边缘设有上纳米材料层，所述上收容槽6内设有上磁铁8，所述活动板5的上表面中部设有向下凹陷的下收容槽7，所述上收容槽6和所述下收容槽7为相同的弧形槽，所述下收容槽7设置于所述活动板5的中部，所述活动板5的上表面边缘设有下纳米材料层，所述下收容槽7内设有下磁铁9，所述下磁铁9和所述上磁铁8相对设置且二者相对端的磁极相同，所述上磁铁8和所述下磁铁9形状相同，所述上磁铁8的厚度小于所述上收容槽6深度的1/2，防止所述上磁铁8和所述下磁铁9之间的距离太小在所述活动板5还未滑动至所述滑槽4上端面就产生排斥力，使所述上纳米材料层和所述下纳米材料层无法接触。
请参考图2和图4，所述支撑板2为内置十字架的圆环，所述十字架的中心设有入口孔10，所述穿孔3和所述入口孔10上下对齐，所述十字架上设有多个螺栓12，所有螺栓12固定连接所述十字架和所述固定座1底部，所述支撑板2上所述十字架与两所述滑槽4的槽口相对的两扇形区域为供气泡进入的缺口11，且所述十字架阻挡所述活动板5滑出所述滑槽4，所述十字架的另两扇形区域和所述两所述气泡出口13上下对齐。
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一所述上纳米材料层和其下方的所述下纳米材料层，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接触分离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，气泡流先流过所述支撑板2，一部分气泡直接由所述入口孔10和所述穿孔3排出，以及由所述气泡出口13排出，另一部分气泡由所述缺口11进入所述滑槽4对所述活动板5形成冲击，所述活动板5受每一气泡流冲击时向上运动直至接触所述滑槽4的上端面，所述下纳米材料层接触所述上纳米材料层并摩擦生电，所述气泡破灭，所述上磁铁8对所述下磁铁9的排斥力使所述活动板5下滑，所述下纳米材料层和所述上纳米材料层分离且二者之间会形成电势差，因此气泡流的每一气泡对所述活动板5的冲击均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，所述电荷测试仪用于检测所述下纳米材料层和所述上纳米材料层摩擦生电的频率，这里产生电势差的频率即为所述气泡对所述活动板5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 (5)
1.一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：包括固定座、支撑板和电荷测试仪，所述固定座中部设有穿孔，下部设有至少一个滑槽，每一所述滑槽内设有一活动板，所述活动板可沿着所述滑槽上下滑动，所述固定座下端连接所述支撑板，所述穿孔贯穿所述支撑板，所述支撑板与所述滑槽的槽口相对位置设有缺口且所述支撑板阻挡所述活动板滑出所述滑槽，所述滑槽的上端面中部设有向上凹陷的上收容槽，所述滑槽的上端面边缘设有上纳米材料层，所述上收容槽内设有上磁铁，所述活动板的上表面中部设有向下凹陷的下收容槽，所述活动板的上表面边缘设有下纳米材料层，所述下收容槽内设有下磁铁，所述下磁铁和所述上磁铁相对设置且二者相对端的磁极相同，所述电荷测试仪分别连接所述上纳米材料层和所述下纳米材料层，所述活动板用于接受气泡流冲击，每一气泡冲击所述活动板使其向上运动，直至所述下纳米材料层接触所述上纳米材料层并摩擦生电，所述气泡破灭，所述上磁铁对所述下磁铁的排斥力使所述活动板下滑，所述下纳米材料层和所述上纳米材料层分离，所述电荷测试仪用于检测所述下纳米材料层和所述上纳米材料层摩擦生电的频率。
2.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述滑槽为弧形槽，所述活动板为弧形板，所述活动板的半径与所述滑槽的半径相同。
3.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述上收容槽和所述下收容槽为相同的弧形槽，所述下收容槽设置于所述活动板的中部，所述上磁铁和所述下磁铁形状相同，所述上磁铁的厚度小于所述上收容槽深度的1/2。
4.如权利要求1所述的一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述穿孔为阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面设于多个气泡出口，每一所述滑槽设置于相邻两所述气泡出口之间。
5.如权利要求4所述的一种基于纳米材料的接触分离式煤层气两相流气泡传感器，其特征在于：所述支撑板为内置十字架的圆环，所述十字架的中心设有入口孔，所述阶梯孔和所述入口孔上下对齐，所述十字架固定连接所述固定座底部。
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