CN111749676B - 一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器。一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，包括传感器外壳、第一感应载体和两个第二感应载体，所述第一感应载体的外周包裹有第一铜电极，且所述第一铜电极上包裹有第一纳米材料膜，所述第二感应载体的竖直段具有第一导体和第二导体，且所述第一导体的长度长于所述第二导体的长度，所述第一导体和第二导体上均设有第二铜电极，且所述第二铜电极上包裹有第二纳米材料膜，所述第二感应载体的水平段设有第三铜电极，且所述第三铜电极上包裹有第三纳米材料膜。本发明所述的气泡传感器具有测量精度高和体积小等优点，且还适合钻井工况环境要求。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器。
背景技术
天然气属于新型能源，现有的天然气排采多采用降压法，该方法由传统油气开采技术改良而来，通过降低水合物地层孔隙水压力使其低于环境温度决定的水合物相平衡压力而分解出游离气，特别适用于渗透性良好的沉积地层，是当前最经济、有效、简洁、实用的开采方式。
排采井中天然气水合物参数，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。水合物的速度确定，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。
但是，在现阶段，对天然气开采井中的水合物测量中速度测量相关研究较少，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，这对水合物的速度测量研究带来许多不便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器。
本发明提供一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，包括传感器外壳、第一感应载体和两个第二感应载体，所述传感器外壳为圆筒结构，其竖直设置，所述第一感应载体为棍状结构，所述第二感应载体30为“T”型结构，所述第一感应载体和两个所述第二感应载体均沿所述传感器外壳的径向设置在所述传感器外壳内，并位于同一水平面上，且所述第一感应载体和所述两个第二感应载体均与所述传感器外壳可拆卸连接，所述第一感应载体的外周包裹有第一铜电极，且所述第一铜电极上包裹有第一纳米材料膜，所述第二感应载体竖直段的下端设有第一导体和第二导体，且所述第一导体的长度长于所述第二导体的长度，所述第一导体和第二导体上均设有第二铜电极，且所述第二铜电极上包裹有第二纳米材料膜，所述第二感应载体的水平段设有第三铜电极，且所述第三铜电极上包裹有第三纳米材料膜，所述传感器外壳的外壁上可拆卸安装有三个防水接头，三个所述防水接头分别对应的与所述第一铜电极、第二铜电极和第三铜电极电连接。
进一步地，所述传感器外壳上设有三个与其内部连通的通孔，且三个所述通孔分别沿所述传感器外壳的周向均匀间隔分布，所述第一感应载体和两个所述第二感应载体分别一一对应的可拆卸安装在所述通孔内，所述防水接头与所述通孔一一对应设置，并通过固定件与对应的所述通孔可拆卸连接。
进一步地，所述通孔内可拆卸的安装有圆筒结构的连接座，所述第一感应载体和两个所述第二感应载体分别与对应的所述连接座的一端固定连接，所述防水接头通过固定件与对应的所述连接座的另一端可拆卸连接。
进一步地，所述固定件包括固定环和螺栓，所述防水接头同轴固定在所述固定环内，所述固定环与所述连接座相适配，其通过所述螺栓与对应的所述连接座连接固定。
进一步地，述传感器外壳的上下两端均同轴设有法兰盘。
进一步地，所述第一导体和所述第二导体为由PLA材料制成的条状结构。
进一步地，所述第二铜电极沿所述第一导体和所述第二导体的长度方向设置。
进一步地，所述第一纳米材料膜、所述第二纳米材料膜和所述第三纳米材料膜均为PTFE材料膜。
进一步地，所述第一感应载体和所述第二感应载体均由非金属材料制成。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其不仅能实现对天然气水合物上升速度的测量，还可对天然气水合物气泡的直径进行测量，且测量时不受外界物理因素影响，具有测量精度高和体积小等优点，且还适合钻井工况环境要求。
附图说明
图1是本发明所述一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器的结构示意图；
图2是本发明所述一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器的俯视图；
图3是图2中A-A剖面示意图；
图4是图3中Ⅳ的局部剖面示意图。
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1-4，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，包括传感器外壳10、第一感应载体20和两个第二感应载体30，所述传感器外壳10为圆筒结构，其竖直设置，且其上下两端均同轴设有法兰盘11，每个所述法兰盘11上均设有多个连接孔12，多个所述连接孔12沿所述法兰盘11的周向均匀间隔分布，所述传感器外壳10通过两个所述法兰盘11与井下抽采井相连接，所述传感器外壳10上设有三个与其内部连通的通孔(图中未示出)，且三个所述通孔分别沿所述传感器外壳10的周向均匀间隔分布，所述第一感应载体20和所述第二感应载体30均设置在所述传感器外壳10内，所述第一感应载体20为棍状结构，其设置同轴固定在其中一个所述通孔内，其外周沿其轴向包裹有第一铜电极21，且所述第一铜电极21上包裹有第一纳米材料膜22，两个所述第二感应载体30为“T”型结构，其水平段分别对应的固定在另两个所述通孔内，所述第二感应载体30竖直段的下端设有条状结构的第一导体31和第二导体32，第一导体31和第二导体32均与所述第二感应载体30竖直段的下端固定连接，第一导体31和第二导体32由PLA材料制成，且所述第一导体31的长度长于所述第二导体32的长度，所述第一导体31和第二导体32上均设有沿其长度方向设置的第二铜电极33，且所述第二铜电极33上包裹有第二纳米材料膜34，所述第二感应载体30水平段靠近所述传感器外壳10的一端设有第三铜电极35，且所述第三铜电极35上包裹有第三纳米材料膜36，三个所述通孔上均设有防水接头40，所述防水接头40均通过固定件与所述传感器外壳10可拆卸连接，三个所述防水接头40分别对应的与所述第一铜电极21、第二铜电极33和第三铜电极35电连接。
在发明中，防水接头40为电缆防水接头，三个所述通孔设置在传感器外壳10的上部，且为了实现对第一感应载体20和第二感应载体30的固定，每个通孔里面均设有与通孔匹配的圆筒结构的连接座50，所述连接座50与对应的通孔螺纹连接，第一感应载体20和第二感应载体30的一端均与对应的连接座50固定连接，而防水接头40与连接座50伸出传感器外壳10的一端通过固定件进行可拆卸连接，防水接头40、连接座50和传感器外壳10的可拆卸连接方式方便气泡传感器的携带。其中，第一感应载体20和第二感应载体30均为由非金属材料制成，如其可以为PVC材料制成。第二感应载体30为由棍状棒体组成的“T”型结构，第三铜电极35沿第二感应载体30的轴向设置。安装第二铜电极33和第二纳米材料膜34后第一导体31和第二导体32形成两个电极测量部分。在对水合物的上升速度进行测量时，先通过法兰盘11将传感器外壳10固定在井下抽采井内，抽采井中的天然气水合物在液体中以气泡的形式冲击第二感应载体30，由于第二感应载体30的第一导体31和第二导体32的长度不一致，水合物会先接触第一导体31并与设置在其上的纳米材料膜摩擦，此时，由于第一导体31被水合物包围，但是第二导体32依旧处于液体包围中，导致分别位于第一导体31和第二导体32上的第二铜电极33处电势不再平衡，电荷在第二铜电极33之间流动，电荷流动会被外部仪器测量，形成相应的电信号。而在天然气水合物持续上升的过程中，会和第二感应载体30位于第二导体32上的纳米材料膜摩擦，同样的，接触会导致分别位于第一导体31和第二导体32上的第二铜电极33处电势不再平衡，所以，会在测量仪器中形成一个和之前相反的电信号，通过测量出两信号波峰相隔时间，且已知第一导体31和第二导体32之间的距离，就可测量出天然气水合物的上升速度。此外，由于第一感应载体20和两个第二感应载体30的水平段分别设有第一铜电极21和第三铜电极35，水合物气泡直径不同时，其和位于第一感应载体20和两个第二感应载体30上的纳米材料膜接触的面积也不一样，反应出电信号幅值也不一致，通过得到的电信号幅值和水合物接触面积的关系其通过大量实验获取，就可得出第一传感单元和第二感应载体30和水合物的接触面积，则可进一步推算出第一传感单元和第二感应载体30和水合物接触的边界位置，通过三个点可以定位一个圆，则可以得知水合物气泡的直径。
在上述实施例中，所述第一纳米材料膜22、所述第二纳米材料膜34和所述第三纳米材料膜36均为PTFE材料膜。
在本发明中，PTFE材料膜具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。
在上述实施例中，所述固定件包括固定环60和螺栓61，所述防水接头40同轴固定在所述固定环60内，所述固定环60与所述连接座50相适配，其上设有多个沿其周向均匀间隔分布的螺纹通孔(图中未示出)，所述连接座50上设有与多个所述螺纹通孔一一对应的螺纹盲孔(图中未示出)，所述螺纹通孔与对应的所述螺纹盲孔连通，以形成螺纹通道(图中未示出)，每个所述螺纹通道内均螺纹安装有所述螺栓61，通过拧紧所述螺栓61，即将所述防水接头40与对应的所述连接座50进行连接固定。
在本发明中，使用螺栓61具有拆装方便和实施成本低等优点。
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 (9)
1.一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，包括传感器外壳(10)、第一感应载体(20)和两个第二感应载体(30)，所述传感器外壳(10)为圆筒结构，其竖直设置，所述第一感应载体(20)为棍状结构，所述第二感应载体(30)为“T”型结构，所述第一感应载体(20)和两个所述第二感应载体(30)均沿所述传感器外壳(10)的径向设置在所述传感器外壳(10)内，并位于同一水平面上，且所述第一感应载体(20)和所述两个第二感应载体(30)均与所述传感器外壳(10)可拆卸连接，所述第一感应载体(20)的外周包裹有第一铜电极(21)，且所述第一铜电极(21)上包裹有第一纳米材料膜(22)，所述第二感应载体(30)竖直段的下端设有第一导体(31)和第二导体(32)，且所述第一导体(31)的长度长于所述第二导体(32)的长度，所述第一导体(31)和第二导体(32)上均设有第二铜电极(33)，且所述第二铜电极(33)上包裹有第二纳米材料膜(34)，所述第二感应载体(30)的水平段设有第三铜电极(35)，且所述第三铜电极(35)上包裹有第三纳米材料膜(36)，所述传感器外壳(10)的外壁上可拆卸安装有三个防水接头(40)，三个所述防水接头(40)分别对应的与所述第一铜电极(21)、第二铜电极(33)和第三铜电极(35)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述传感器外壳(10)上设有三个与其内部连通的通孔，且三个所述通孔分别沿所述传感器外壳(10)的周向均匀间隔分布，所述第一感应载体(20)和两个所述第二感应载体(30)分别一一对应的可拆卸安装在所述通孔内，所述防水接头(40)与所述通孔一一对应设置，并通过固定件与对应的所述通孔可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述通孔内可拆卸的安装有圆筒结构的连接座(50)，所述第一感应载体(20)和两个所述第二感应载体(30)分别与对应的所述连接座(50)的一端固定连接，所述防水接头(40)通过固定件与对应的所述连接座(50)的另一端可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述固定件包括固定环(60)和螺栓(61)，所述防水接头(40)同轴固定在所述固定环(60)内，所述固定环(60)与所述连接座(50)相适配，其通过所述螺栓(61)与对应的所述连接座(50)连接固定。
5.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，述传感器外壳(10)的上下两端均同轴设有法兰盘(11)。
6.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述第一导体(31)和所述第二导体(32)为由PLA材料制成的条状结构。
7.根据权利要求6所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述第二铜电极(33)沿所述第一导体(31)和所述第二导体(32)的长度方向设置。
8.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述第一纳米材料膜(22)、所述第二纳米材料膜(34)和所述第三纳米材料膜(36)均为PTFE材料膜。
9.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机的天然气水合物气泡传感器，其特征在于，所述第一感应载体(20)和所述第二感应载体(30)均由非金属材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20211029 |