[发明专利]一种基于摩擦纳米发电的井下气泡截面含气率测量传感器

说明书

本发明提供一种基于摩擦纳米发电的井下气泡截面含气率测量传感器，包括管状壳体和电荷测量设备，壳体内壁设有纳米材料膜，纳米材料膜与壳体内壁之间设有上电极和下电极，电荷测量设备分别连接上电极和下电极，壳体内部为煤层气气液两相流通道，且水流与纳米材料膜摩擦产生电荷，使上电极和下电极均带上电荷，气泡流流经下电极邻侧的纳米材料膜，上、下电极之间的发生一次电荷转移，气泡流流经上电极邻侧的纳米材料膜，上、下电极之间的发生二次电荷转移，电荷测量设备检测一次与二次电荷转移之间的时间差、及电荷转移量。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，计算气泡速度和截面含气率。

技术领域

本发明涉及煤层气开发技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电的井下气泡截面含气率测量传感器。

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气泡参数进行测量，包括气泡速度，截面含气率等，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参数进行测量。在现阶段，对煤层气开采井中的两相流气泡参数测量相关研究较少，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摩擦纳米发电的井下气泡截面含气率测量传感器。

本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电的井下气泡截面含气率测量传感器，包括管状壳体和电荷测量设备，所述壳体内壁设有纳米材料膜，所述纳米材料膜与所述壳体内壁之间设有上下分布的上电极和下电极，所述电荷测量设备分别连接所述上电极和所述下电极，所述壳体内部为煤层气气液两相流通道，所述气液两相流的水流和气泡流依次流过所述壳体内部，且气液两相流的水流与所述纳米材料膜摩擦产生电荷，使所述上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经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的发生一次电荷转移，所述气液两相流的气泡流流经所述上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的发生二次电荷转移，所述电荷测量设备检测一次电荷转移与二次电荷转移之间的时间差，以及一次电荷转移的电荷转移量或二次电荷转移的电荷转移量。

进一步地，所述纳米材料膜为管状膜，所述纳米材料膜的长度大于所述壳体长度，所述纳米材料膜穿过所述壳体内部且外壁与所述壳体内壁紧贴，所述纳米材料膜两端分别延伸出所述壳体两端，伸出部分翻折套于所述壳体两端外壁并与密封连接。

进一步地，所述纳米材料膜两端的伸出部分分别与所述壳体两端外壁胶粘密封。

进一步地，所述壳体的两端外壁分别设有上紧固件和下紧固件，所述上紧固件密封固定所述纳米材料膜上端的伸出部分与所述壳体外壁，所述下紧固件固件密封固定所述纳米材料膜下端的伸出部分与所述壳体外壁。

进一步地，所述上电极和所述下电极均为铜电极。

进一步地，所述上电极与所述下电极均粘接于所述纳米材料膜外壁。