煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪及方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，包括底座，该底座的底部设有出水口，底座的一侧设有进水口，该进水口设有电磁阀，该电磁阀包括阀门、磁铁，阀门设置在进水口处，磁铁上绕设线圈，设置在该测量仪的顶部，阀门与磁铁之间通过连动杆连接；顶部和底座之间设有安装杆，安装杆的两个不同高度上设有流量测量电极；两个电极之间设有测量模块，包括红外发射器、红外接收器和信号处理电路，其中红外发射器包括红外发射端、出射光纤光导、出射光线反射面、出射窗口，红外接收器包括入射窗口、接收光线反射面、接收光纤光导、红外接收端；红外发射端和红外接收端组成一对红外对管，与信号处理电路连接。

On line measuring instrument and method for coal concentration and liquid discharge of coalbed methane

The invention discloses a coal seam gas well online pulverized coal concentration and liquid discharge flow meter, which includes a base, the bottom of the base is provided with a water outlet, one side of the base is provided with a water inlet, the water inlet is provided with a solenoid valve, the solenoid valve includes a valve and a magnet, the valve is arranged at the water inlet, a coil is arranged on the magnet, and is arranged at the top of the meter, and the valve and the magnet are connected through The moving rod is connected; a mounting rod is arranged between the top and the base, and flow measuring electrodes are arranged on two different heights of the mounting rod; a measuring module is arranged between the two electrodes, including an infrared transmitter, an infrared receiver and a signal processing circuit, wherein the infrared transmitter includes an infrared transmitting end, an outgoing optical fiber guide, an outgoing light reflecting surface and an outgoing window, and the infrared receiver includes an incident light Window, receiving light reflecting surface, receiving fiber optic guide, infrared receiving end; infrared transmitting end and infrared receiving end form a pair of infrared tubes, which are connected with signal processing circuit.

【技术实现步骤摘要】
煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪及方法
本专利技术涉及煤粉浓度检测领域，尤其涉及一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪及方法。
技术介绍
在煤层气水平井开采过程中,煤层气绝大部分以吸附的方式存储在碳基质中,需要降低储藏压力才能使煤层气解吸。通过排放煤层水,控制井下压力,实现气体的开采。在排采过程中煤粉颗粒会随着煤层气、水进入生产直井井筒。据统计当煤粉浓度小于1％,生产井安全；煤粉浓度1％～3％,生产井存在卡泵危险；煤粉浓度高于3％,生产井卡泵危险性高。生产井的排水速度也是排采过程中的一个重要指标，排水速度过慢无法达到预期的采气效率，排水速度过快使得地质煤层有塌方的危险。所以在煤层气井的排采过程中,对煤粉浓度的实时监测和排水速度的监测显得十分重要。在煤粉浓度的监测过程中，传统的煤粉监测手段和装置多为人工定期取水样测煤粉浓度方式和需要定期清理监测设备上煤粉的测量方式，上述方法均存在一些测量上的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于煤层气井煤粉浓度及排水流量在线检测设备的结构和测量的温度误差补偿方法，解决煤层气井现有煤粉测量设备为非在线的单点式，以及需要多次测量静止流动地层水参数等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，包括底座，该底座的底部设有出水口，底座的一侧设有进水口，该进水口设有电磁阀，该电磁阀包括阀门、磁铁，阀门设置在进水口处，磁铁上绕设线圈，设置在该测量仪的顶部，阀门与磁铁之间通过连动杆连接；顶部和底座之间设有安装杆，安装杆的两个不同高度上设有流量测量电极；两个电极之间设有测量模块，包括红外发射器、红外接收器和信号处理电路，其中红外发射器包括红外发射端、出射光纤光导、出射光线反射面、出射窗口，红外接收器包括入射窗口、接收光线反射面、接收光纤光导、红外接收端；红外发射端和红外接收端组成一对红外对管，与信号处理电路连接。接上述技术方案，磁铁外部设有磁铁线圈防护罩。接上述技术方案，出射光线反射面、接收光线反射面均为斜面。接上述技术方案，两个测量电极之间还设有冗余测量模块，与所述测量模块结构相同。接上述技术方案，该测量仪还包括温度补偿模块，该温度补偿模块包括组成闭合回路的运放电路、红外发射模块、红外接收模块、负反馈回路；该负反馈回路连接红外接收模块和运放电路；运放电路的一个输入端连接驱动信号。本专利技术还提供了一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量方法，包括以下步骤：将上述测量仪安装于出水水槽中；当不需要测量参数时，电磁阀线圈不通电，阀门打开，出水口正常出水；当需要测量煤粉浓度和水管流量时，电磁阀线圈通电，阀门关闭，当水槽中的水位达到下部的流量测量电极时开始计时，当水位达到上部流量测量电极时停止计时，得到时间差Δt，则排水流量则为Q＝V/Δt，其中V为水槽体积；通过红外发射端发射的红外线经过直线光导通路传送至与光导通路成α角度的反射面，经反射面从出射窗口射出，经煤水混合物后从入射窗口射入，同理，经光导通路反射传至红外接收端；该过程中由于水中煤粉对红外光的衰减作用使得红外接收端的光电输出电压U发生变化，根据红外接收端的输出电压U，得到水中煤粉的浓度。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术用于煤层气井煤粉浓度及排液流量在线检测设备通过电磁阀开启和关闭进水口，并采用红外发射接收端收发信号，在结构上解决了煤层气井现有煤粉测量设备需要多次测量静止流动地层水参数作对比，以及浓度测量头需要定期人工清理才能防止被煤粉糊住，现有排液流量计结构繁琐，容易堵住排液口等问题。进一步地，本专利技术通过温度补偿有效解决了设备在现场因温度变产生的同一浓度测量值不稳定等问题。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪的结构图；图2是本专利技术实施例测量模块的电路框图；图3是本专利技术实施例实测煤粉浓度与样品浓度测量数据相对误差图。图1中：1、电磁阀磁铁线圈防护罩，2、衔铁，3、挡板，4、连动杆，5、测量电极，6、红外发射端，7、煤粉浓度测量模块外壳，8、出射光纤光导，9、光导反射面，10、出射窗口，11、入射窗口，12、光导反射面，13、接收光纤光导，14、红外接收端，15、安装支撑杆，16、测量电极，17、连动杆与阀门固定螺丝，18、进水口，19、阀门，20、出水口。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪的结构图。该煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪包括底座，该底座的底部设有出水口20，底座的一侧设有进水口18，该进水口设有电磁阀，该电磁阀包括阀门19、磁铁，阀门设置在进水口处，磁铁上绕设线圈，设置在该测量仪的顶部，阀门与磁铁之间通过连动杆4连接。顶部和底座之间设有安装支撑杆15，安装支撑杆的两个不同高度上设有流量测量电极5、16。两个测量电极之间设有测量模块，包括红外发射器、红外接收器和信号处理电路，其中红外发射器包括红外发射端6、出射光纤光导8、出射光线反射面、出射窗口10，红外接收器包括入射窗口11、接收光线反射面12、接收光纤光导13、红外接收端14；红外发射端6和红外接收端14组成一对红外对管，与信号处理电路连接。两个测量电极之间还设有冗余测量模块，与上述测量模块结构相同。当其中一个测量模块发生故障时，可及时用另一个替换。进一步地，磁铁外部设有电磁阀磁铁线圈防护罩1，对磁线圈起外观和保护的作用，主要电路控制部分安装在防护罩内，与仪器主体可通过螺丝连接。磁铁和安装支撑杆之间还设有衔铁2和挡板3，衔铁2为电磁铁传动部件，在电磁力的作用下能够上下移动，带动与之连接的器件动作。挡板3为衔铁的动作行程提供一定限制和保护，挡板可用螺丝固定在安装支撑杆15上。磁铁与阀门的连动杆4可用螺丝固定在衔铁2底部与连动杆直径相同的圆孔中。测量电极5为仪器测流量时的计时信号起点，与测量电极16配合使用，测量电极16为仪器测流量时计时终止点。煤粉浓度测量模块外壳7为浓度测量模块提供外观、安装和保护作用，测量模块安装在其内部。红外发射端6和红外接收端14组成一对红外对管，用于发射和接收穿透煤水混合物的光信号。出射光纤光导8和入射光纤光导13为光纤材料制成的光导通路，用于减少光信号传播过程中的能量损耗，增加设备灵敏度和稳定性。光导反射面9和12是与直线光导成ɑ角的光信号反射面，其作用为改变光信号传播路径，使之聚集后全部从红外出射窗口10射出穿过煤水混合物后从红外入射窗口11射入。安装支撑杆15用于保持仪器基本结构和为浓度测量模块提供安装位置和支撑。连动杆与阀门固定螺丝17用于紧固连接连动杆4与阀门19之间的连接。阀门19用于开关进出水口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，其特征在于，包括底座，该底座的底部设有出水口，底座的一侧设有进水口，该进水口设有电磁阀，该电磁阀包括阀门、磁铁，阀门设置在进水口处，磁铁上绕设线圈，设置在该测量仪的顶部，阀门与磁铁之间通过连动杆连接；/n顶部和底座之间设有安装杆，安装杆的两个不同高度上设有流量测量电极；/n两个电极之间设有测量模块，包括红外发射器、红外接收器和信号处理电路，其中红外发射器包括红外发射端、出射光纤光导、出射光线反射面、出射窗口，红外接收器包括入射窗口、接收光线反射面、接收光纤光导、红外接收端；红外发射端和红外接收端组成一对红外对管，与信号处理电路连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，其特征在于，包括底座，该底座的底部设有出水口，底座的一侧设有进水口，该进水口设有电磁阀，该电磁阀包括阀门、磁铁，阀门设置在进水口处，磁铁上绕设线圈，设置在该测量仪的顶部，阀门与磁铁之间通过连动杆连接；
顶部和底座之间设有安装杆，安装杆的两个不同高度上设有流量测量电极；
两个电极之间设有测量模块，包括红外发射器、红外接收器和信号处理电路，其中红外发射器包括红外发射端、出射光纤光导、出射光线反射面、出射窗口，红外接收器包括入射窗口、接收光线反射面、接收光纤光导、红外接收端；红外发射端和红外接收端组成一对红外对管，与信号处理电路连接。


2.根据权利要求1所述的煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，其特征在于，磁铁外部设有磁铁线圈防护罩。


3.根据权利要求1所述的煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，其特征在于，出射光线反射面、接收光线反射面均为斜面。


4.根据权利要求1所述的煤层气井在线煤粉浓度及排液流量测量仪，其特征在于，两个测量电极之间还设有冗余测量模块，与所述测量模块结构相同。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家林，邵余愿，杜涓，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42