[发明专利]一种基于摩擦纳米发电原理的井下气泡速度传感器

说明书

本发明提供一种基于摩擦纳米发电原理的井下气泡速度传感器，包括管状壳体、传感器棍体和电荷测量设备，壳体侧壁设有密封腔体，传感器棍体表面设有纳米材料膜，传感器棍体与纳米材料膜之间由上到下依次设有上、中、下电极，上电极位于密封腔体内，中、下电极均设置于壳体内且位于密封腔体外，电荷测量设备分别连接上、中、下电极，传感器棍体用于接受气液两相流冲击，其中水流与纳米材料膜摩擦生电，气泡流流至下电极，上、下电极发生一次电荷转移，气泡流流至中电极，上、中电极发生二次电荷转移，电荷测量设备监测一次和二次电荷转移的时间差。本发明的有益效果：利用气液两相流与纳米材料膜摩擦介质的改变，产生测量信号，计算气泡速度。

技术领域

本发明涉及地质仪器仪表设备技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电原理的井下气泡速度传感器。

背景技术

中国煤层气储量丰富,其中埋深浅于2000m的煤层气资源为36.81万亿立方米,约占全球的15.3％,储量位居世界第3位。为充分利用煤层气资源,近年来中国政府加大了对煤层气开采技术的研发力度,并钻出了多口试验井来探究煤层气开采的成套技术。

由于煤储层天然的裂隙发育构造,决定了煤层气生产井需要进行排水降压,在此过程中,地下水与煤层气共同从井筒环空中产生,因此井筒环空内便产生了气液两相流。对于煤层气垂直井而言,正是通过监测并控制井筒油套环空内的气液两相流工况参数来实现煤层气开采管理的。

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。气泡的速度，以及通过速度确定和直径间的定量关系，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，对于两相流中气泡参数测量相关研究学者对其进行大量的探索，但是在煤层气开采井中，两相流气泡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，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速度测量短节。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电原理的井下气泡速度传感器。

本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电原理的井下气泡速度传感器，包括管状壳体、传感器棍体和电荷测量设备，所述壳体侧壁设有密封腔体，所述传感器棍体表面设有纳米材料膜，所述传感器棍体与所述纳米材料膜之间由上到下依次设有上电极、中电极和下电极，所述传感器棍体上端设置于所述密封腔体内使所述上电极位于所述密封腔体内，所述中电极和所述下电极均设置于所述壳体内且位于所述密封腔体外，所述电荷测量设备分别连接所述上电极、所述中电极和所述下电极，所述壳体下端用于连接抽采井，所述传感器棍体用于接受所述抽采井内气液两相流的冲击，其中所述气液两相流的水流与所述纳米材料膜摩擦生电，使所述上电极、所述中电极和所述下电极均带上电荷，所述气液两相流的气泡流流至所述下电极邻侧的所述纳米材料膜，所述上电极与所述下电极之间发生一次电荷转移，所述气液两相流的气泡流流至所述中电极邻侧的所述纳米材料膜，所述上电极与所述中电极之间发生二次电荷转移，所述电荷测量设备监测一次电荷转移和二次电荷转移之间的时间差。

进一步地，所述密封腔体为筒体，所述筒体固定连接所述壳体侧壁且与所述壳体连通，所述筒体两端均设有防水接头，所述传感器棍体上端穿过所述防水接头伸入所述筒体内。

进一步地，所述筒体远离所述壳体一端设有导线电缆，所述导线电缆穿过所述防水接头，一端连接所述电荷测量设备，另一端分别连接所述上电极、所述中电极和所述下电极。

进一步地，所述传感器棍体为L形，包括相连接的上部水平段和下部竖直段，所述上电极设置于所述水平段，所述中电极和所述下电极设置于所述竖直段。

进一步地，所述纳米材料膜包裹住所述传感器棍体，使所述上电极、所述中电极和所述下电极密封于所述纳米材料膜和所述传感器棍体之间。