CN206489179U - 一种煤层气排水速度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤层气排水速度监测装置，包括倒U型透明管、磁翻板液位计、引压通道和回流通道，倒U型透明管的顶部设置有通气口，通气口上设有第三阀门；倒U型透明管的左管下部设有第一阀门，左管侧壁设有注水嘴，注水嘴上设有第二阀门，倒U型透明管右管的下部设有第五阀门，右管侧壁设有注水管，注水管上设置有第四阀门；倒U型透明管的左管和/或右管上安装有磁翻板液位计，磁翻板液位计上安装有变送器；左管的下端与引压通道连接，右管的下端与回流通道连接。本实用新型可实时监测流速，解决井下数据监测不及时的问题；节流阀自动调节泵工作制度，从而控制储层渗流速度，避免人工控制泵效，提高工作效率。

Description

一种煤层气排水速度监测装置

技术领域

本实用新型涉及煤层气开采设备技术领域，尤其涉及一种煤层气排水速度监测装置。

背景技术

目前的现场试验和室内实验研究表明，煤储层与常规储层相比有明显差异，煤层强度低、变形大，压力系数和解析压力都很低，表现出明显的应力敏感性。煤层气的开采过程中，对吸附—解吸机理的研究至关重要，排水降压是发生解吸的重要条件。因此，对排采制度的控制至关重要，排水速度过快会使得井底流压下降过快而导致煤层中的流体压差过大，流体流动速度得不到有效控制，有较多的煤粉产出，储层产生堵塞，使产能下降。另一重要原因由于井底压力下降过快，煤层骨架受到的绝对挤压应力快速增加，即上覆岩层压力与储层压力差变大，使得近井筒煤层产生应力集中导致煤层渗透率变差。目前，开采煤层气排水的方式主要有杆泵、螺杆泵，电潜泵。实际生产中，排采主要有定压和定产两种方式。当确定工作制度后，抽油机按照要求进行排采，在排采的不同阶段根据产水量的变化调整泵效，不能够及时反映排水速度。

磁翻板液位计(也可称为磁性浮子液位计)根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。磁翻板液位计位计可直接用来观察各种容器内介质的液位高度。在磁翻板液位计上安装变送器，变送器由传感器和转换器两部分组成，通过磁浮子上下移动，经磁耦合作用使导管内测量元件依次动作，获得电阻信号变化，转换成标准电流信号，与数字显示仪表或计算机联接，可实现远传显示及控制。

实用新型内容

本实用新型旨在提供煤层气排水速度监测装置，可对排水速度进行实时监测，能够及时反映排水速度。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种煤层气排水速度监测装置，包括倒U型透明管、磁翻板液位计、引压通道和回流通道，所述倒U型透明管的顶部设置有通气口，所述通气口上设有第三阀门；所述倒U型透明管的左管的下部设有第一阀门，所述左管的侧壁设有注水嘴，所述注水嘴上设有第二阀门，所述注水嘴位于第一阀门上方，所述倒U型透明管的右管的下部设有第五阀门，所述右管的侧壁设有注水管，所述注水管上设置有第四阀门，所述注水管位于第五阀门上方，所述倒U型透明管的左管和/或右管上安装有磁翻板液位计，所述磁翻板液位计上安装有变送器；所述左管的下端与引压通道可拆卸连接，所述右管的下端与回流通道可拆卸连接，所述引压通道的通水口朝向水平方向，所述回流通道的出口竖直朝下。

进一步的，还包括腔体，所述引压通道和回流通道位于腔体中，所述引压通道贯通腔体的顶面和侧面，所述回流通道贯通腔体的顶面和底面。

进一步的，所述倒U型透明管安装在装配板上，所述磁翻板液位计位于左管与右管之间。

进一步的，所述左管下端与引压管的一端可拆卸连接，所述引压管的另一端与引压通道可拆卸连接，所述右管下端与回流管的一端可拆卸连接，所述回流管的另一端与回流通道可拆卸连接。

进一步的，所述引压通道的通水口上设置有滤网。

进一步的，煤层气排水速度监测装置还包括单片机和节流阀，所述变送器与单片机电联接，所述单片机与节流阀电联接。

进一步的，还包括太阳能供电设备，所述太阳能供电设备分别单片机、变送器和节流阀供电。

进一步的，所述左管中设有第一浮球，所述右管中设有第二浮球。其中，所述第一浮球为红色，所述第二浮球为蓝色。

进一步的，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门均为截止阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型解决现有的液面监测系统需要远距离输送井下数据的缺陷，实时监测流速，解决井下数据监测不及时的问题；单片机自动控制节流阀，自动调节泵工作制度，避免人工操作改变泵效，简化步骤，提高工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：1-腔体、2-回流通道、3-堵头、4-引压通道、5-滤网、6-通孔、7-螺母、8-引压管、9-第一阀门、10-注水嘴、11-第二阀门、12-倒U型透明管、13-第一浮球、14-装配板、15-第三阀门、16-磁翻板液位计、17-第二浮球、18-第四阀门、19-注水管、20-第五阀门、21-回流管、22-单片机、23-节流阀、24-太阳能供电设备。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型公开的煤层气排水速度监测装置，包括倒U型透明管12、磁翻板液位计16、引压通道4和回流通道2，倒U型透明管12的顶部设置有通气口，通气口上设有第三阀门15；倒U型透明管12的左管的下部设有第一阀门9，左管的侧壁设有注水嘴10，注水嘴10上设有第二阀门11，注水嘴10位于第一阀门9上方，倒U型透明管12的右管的下部设有第五阀门20，右管的侧壁设有注水管19，注水管19上设置有第四阀门18，注水管19位于第五阀门20上方，倒U型透明管12的左管和/或右管上安装有磁翻板液位计16，磁翻板液位计16上安装有变送器(图中未示出)，变送器由传感器和转换器两部分组成，可实现煤层气排水速度的在线监测。

左管的下端与引压通道4可拆卸连接，右管的下端与回流通道2可拆卸连接，引压通道4的通水口朝向水平方向，回流通道2的出口竖直朝下。

为使测速装置的整体结构通用性高，第一阀门9、第二阀门11、第三阀门15、第四阀门18和第五阀门20均为标准的截止阀。本实用新型中的倒U型透明管、腔体、磁翻板液位计、节流阀、截止阀均为现有产品。

为便于观察倒U型透明管12中的液面高度，左管中设有第一浮球13，右管中设有第二浮球17。其中，第一浮球13为红色，第二浮球17为蓝色。为防止浮球下落，左管第一阀门9上方的管径略大于第一浮球13的直径，第一阀门9下方的管径略小于第一浮球13的直径，右管第五阀门20上方的管径略大于第一浮球13和第二浮球17的直径，第五阀门20下方的管径略小于第二浮球17的直径。

为便于调试和安装，检测装置还包括腔体1，腔体1材料为耐高温耐流体冲击性材料。腔体1的材质优选不锈钢，引压通道4和回流通道2位于腔体1中，引压通道4贯通腔体1的顶面和侧面，回流通道2贯通腔体1的顶面和底面。倒U型透明管12安装在装配板14上，磁翻板液位计16位于左管与右管之间。进一步的，左管下端与引压管8的一端可拆卸连接，引压管8的另一端与引压通道4可拆卸连接，右管下端与回流管21的一端可拆卸连接，回流管21的另一端与回流通道2可拆卸连接。

引压通道4包括竖直通道和水平设置的通孔6，竖直通道一端贯通腔体1的顶面，竖直通道另一端设有堵头3，通孔6一端连通竖直通道，通孔6另一端贯通腔体1的侧面形成通水口。引压通道4的通水口上设置有滤网5。

目前，现有的液面自动监测系统是将获取的井下数据远程传输到计算机进行监测，需要人工调整工作制度，不能够及时的改变泵效，对储层无法进行24h的监测与保护，且排采系统无法达到全部自动化。为实现自动化控制泵的工作制度，煤层气排水速度监测装置还包括单片机22和节流阀23，变送器与单片机22电联接，所述单片机22与节流阀23电联接，节流阀23安装在泵的出口上，实现煤层气排水速度的自动控制。磁翻板液位计16上的变送器将倒U型透明管12的左、右两管中的液位信号转换为电子信号通过数据线输送给单片机22。单片机带有编制好的程序代码，可将接收到的电子信号经过处理后按指定要求给节流阀23发出指令。节流阀23是带有芯片并可进行控制的装置，当接收到单片机的指示命令后会根据实际流速进行节流操作，整个装置操作简便，可控性强且可以实现自动化管理，不需要人工处理，达到了很好的监测效果。

本实用新型具体的工作原理为：结合附图1对装置工作流程具体阐述。腔体1通过螺母7固定在地面生产管中，测速装置进行测速前，关闭第五阀门20、第一阀门9和第四阀门18，开启第二阀门11和第三阀门15，通过注水嘴10向左管路内注入一定量的水，关闭第二阀门11；打开第四阀门18，采用上述同样方式从注水管19经第四阀门18向倒U型透明管16右管路注入一定量的水，使右管中的液面升高到与左管内液面平行，关闭第四阀门18，目的是在倒U型透明管16中建立一定高度的水柱和气泡。为了消除回流管和引压管内气泡对测量结果的影响，开启第二阀门11、第一阀门9，从注水嘴10注水。因堵头3将引压通道4密封，气泡从通孔6排出，待引压管8充满水后，关闭第一阀门9、第二阀门11。同样再次开启第四阀门18、第五阀门20，重复上述操作，使得回流管21充满水后关闭第四阀门18、第五阀门20。

管路内气泡排出后，需在倒U型透明管16内建立一段空气柱，为此开启第二阀门11将左管中的水排出一部分，使左管液面下降一定高度后，关闭第二阀门11。再打开第四阀门18使右管内的水排出，至右管液面下降到与左管液面平行后，关闭第四阀门18。为了保证倒U型透明管16左、右两管路内压力平衡，第三阀门15始终属于开启状态，装置调整结束后关闭第三阀门15。

倒U型透明管16中气泡排出后，进入流体测速阶段。装配板14将倒U型透明管16固定在地面，并通过引压管8和回流管21连接地面生产管中的腔体1，生产管中液体流向为从左往右，流体流经腔体1时，动水压力经通孔6、引压通道4和引压管8，传至倒U型透明管16左管中。滤网5可过滤掉流体中的杂质，不会堵塞通孔。根据气体具有压缩性而液体不具有压缩性的原理，左管路液面上升高度h，右管路液面下降h，排出的液体从回流通道2排出，此时磁翻板液位计16可将液位差信号转换为电子信号传输给单片机22。根据伯努利原理，H＝2h，单片机22可计算出此时地面管线中流体的流速v并经过换算得到地层流体的渗流速度V地层，对数值进行分析处理，若v地层达到临界值，单片机22会发出指示命令给节流阀23，节流阀接收到指示信息后自动进行节流操作，改变泵的工作制度降低泵效，从而得以控制地层渗流速度。单片机22、变送器和节流阀23由太阳能供电设备24提供电能，并形成闭合回路，保持稳定电压。太阳能发电系统，为该装置中的设备提供电能，保持该装置运行的稳定性。

本实用新型中单片机处理系统，作为数据处理的总枢纽，收集磁翻板液位计的压差数据，结合单片机技术进行数据的处理。流体对腔体产生的动水压力信息传至倒U型透明管中，倒U型透明管将动压转换成静压，可真实的反应流体压力。

本实用新型使用单片机技术，可以达到准确输入和输出数据的目的，从而确保能够将精确的控制信号传输给节流阀，使得节流阀进行节流憋泵操作，进而自动改变泵的抽采速度，从而控制储层渗流速度。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤层气排水速度监测装置，其特征在于:包括倒U型透明管(12)、磁翻板液位计(16)、引压通道(4)和回流通道(2)，所述倒U型透明管(12)的顶部设置有通气口，所述通气口上设有第三阀门(15)；

所述倒U型透明管(12)的左管的下部设有第一阀门(9)，所述左管的侧壁设有注水嘴(10)，所述注水嘴(10)上设有第二阀门(11)，所述注水嘴(10)位于第一阀门(9)上方，所述倒U型透明管(12)的右管的下部设有第五阀门(20)，所述右管的侧壁设有注水管(19)，所述注水管(19)上设置有第四阀门(18)，所述注水管(19)位于第五阀门(20)上方，所述倒U型透明管(12)的左管和/或右管上安装有磁翻板液位计(16)，所述磁翻板液位计(16)上安装有变送器；

所述左管的下端与引压通道(4)可拆卸连接，所述右管的下端与回流通道(2)可拆卸连接，所述引压通道(4)的通水口朝向水平方向，所述回流通道(2)的出口竖直朝下。

2.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：还包括腔体(1)，所述引压通道(4)和回流通道(2)位于腔体(1)中，所述引压通道(4)贯通腔体(1)的顶面和侧面，所述回流通道(2)贯通腔体(1)的顶面和底面。

3.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述倒U型透明管(12)安装在装配板(14)上，所述磁翻板液位计(16)位于左管与右管之间。

4.根据权利要求1或2所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述左管下端与引压管(8)的一端可拆卸连接，所述引压管(8)的另一端与引压通道(4)可拆卸连接，所述右管下端与回流管(21)的一端可拆卸连接，所述回流管(21)的另一端与回流通道(2)可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述引压通道(4)的通水口上设置有滤网(5)。

6.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：包括单片机(22)和节流阀(23)，所述变送器与单片机(22)电联接，所述单片机(22)与节流阀(23)电联接。

7.根据权利要求6所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：还包括太阳能供电设备(24)，所述太阳能供电设备(24)分别给单片机(22)、变送器和节流阀(23)供电。

8.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述左管中设有第一浮球(13)，所述右管中设有第二浮球(17)。

9.根据权利要求1所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述第一阀门(9)、第二阀门(11)、第三阀门(15)、第四阀门(18)和第五阀门(20)均为截止阀。

10.根据权利要求8所述的煤层气排水速度监测装置，其特征在于：所述第一浮球(13)为红色，所述第二浮球(17)为蓝色。