专利名称：检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置。
背景技术：
在气液两相管道中，在段塞流流型下，管道截面上交替出现液塞与气团，液塞持液率高，气团中持液率较低；液塞摩阻压降较大，而气团压降较小。目前液塞检测主要基于液塞与气团在持液率与压降上的不同特点进行，常用的方法有射线衰减法、电磁方法、光电方法、差压波动方法。射线衰减法利用气相与液相对射线的吸收系数不同，在液塞经过时检测元件检测到的射线强度低，气团经过时检测到的射线强度高，射线具有穿透各种流体的优点，但放射源发射的射线强度具有随机性，导致难以精确确定液塞到达的时间，且放射源有一定的危 险，需经国家部门许可后才能使用，应用不便。电磁方法原理为通过安装在管道上的元件的电阻与电容的值确定管道截面上的持液率，通过检测气团与液塞中持液率的差异可以判断出液塞的到达与离开时刻。光电检测方法依据气、液两相对光的折射率不同的原理，气团经过光纤探针检测到的光強度增强，液塞经过时光強度低，通过检测光強度的变化可以判断液塞到达以及离开的时间。差压波动方法的原理是液塞经过差压传感器时检测出的差压大于气团，根据压カ波动的情况可以确定液塞与气团到达差压传感器的时刻，该方法所需设备简单，不需要制作专门的检测管段，但对差压传感器精度要求高，检测数据易受外界干扰。在以上四种方法中，电磁方法以及光电方法应用较多。另外，在石油与天然气输送管道中，还需进行清管。清管操作提高管输效率、降低腐蚀以及水合物风险，清管器并已经用于油井采油。进行清管操作时，清管器推动液塞前行，因而，检测液塞常与进行清管操作结合进行。在实际管道清管过程中，可以通过在清管器上安装电子跟踪器跟踪清管器的位置，还可以使用过球指示器确定清管器通过某点的时刻。在室内清管实验中，实验所用清管器较小，难以安装电子跟踪器，且需要在多处检测清管器达到的时间，使用过球指示器成本高。在室内实验中常用的方法为使用过球指示器确定清管器进入、离开管道的时刻，而清管器通过其他位置的时刻多通过目测以及压力波动的方法确定，目测误差较大，且当清管器摩阻压降较小时压カ传感器难以分辨出清管器的通过。另外，现有技术检测液塞与清管不能有效结合。

实用新型内容本实用新型提供一种检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，以解决现有技术检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器检测不便、安装复杂、測量不精确、液塞以及清管实验中清管器不能有效结合检测的问题。为此，本实用新型提出一种检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，包括红外线发射装置，安装在测试管外；红外线接收装置，安装在测试管外并与红外线发射装置信号连接；红外线发射装置与红外线接收装置分别安装在测试管的两侧并与所述测试管均位于水平平面内；激光发射装置，安装在测试管外；激光接收装置，安装在测试管外并与激光发射装置信号连接；检测电路，安装在测试管外，所述红外线接收装置和激光接收装置并联在所述检测电路上。进ー步的，所述红外线发射装置为红外线发射ニ极管。进ー步的，所述红外线接收装置为红外线接收ニ极管。进ー步的，所述激光接收装置为光敏电阻。进ー步的，所述激光发射装置与激光接收装置分别安装在测试管的上下两侧，并且所述激光发射装置与激光接收装置的连线垂直测试管。进ー步的，所述红外线发射装置与红外线接收装置的连线垂直测试管。进ー步的，检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，还包括与检测电路连接的数据采集板卡。进ー步的，检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，还包括与数据采集板卡连接的电脑。进ー步的，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置。进ー步的，所述红外线发射装置、红外线接收装置、所述激光发射装置与激光接收装置位于ー个平面内。本实用新型利用红外线发射装置与红外线接收装置检测液塞，利用所述激光接收装置与激光接收装置检测清管器，无需在测试管内安装检测装置，安装方便，检测效果精确，不会影响测试管内流体的流动。红外线发射频率高，可以精确的判断液塞、清管器到达、离开检测器的时间。进而，本实用新型集红外线发射装置与红外线接收装置检测液塞，和利用所述激光接收装置与激光接收装置检测清管器两种功能为一体，红外线与激光配合使用可以检测清管过程中清管液塞与清管器。在液塞与清管过程的衔接中，可以实现液塞与清管器检测的无缝衔接，无需在实验过程中重新安装检测装置，提高了效率，节约了时间。

图I为根据本实用新型实施例的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置的整体结构示意图；图2为图I中红外线发射装置、红外线接收装置、激光发射装置与激光接收装置的结构；图3为使用本实用新型实施例的装置测试段塞流下红外线強度波动图；图4为清管器通过激光检测清管器前后感应电压图。(用感应电压图体现)图5为使用本实用新型实施例的装置测试清管器通过的前后红外线強度波动图(用感应电压图体现)；[0031]附图标号说明10、测试管20、激光发射装置30、激光接收装置40、红外线发射装置50、红外线接收装置60、检测电路70、数据采集板卡80、电脑90、电源13、液塞15、清管器
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图I和图2所示，根据本实用新型实施例的检测气液两相流液塞以及清管实验 中清管器的装置，包括安装在测试管10外的红外线发射装置40、红外线接收装置50、激光发射装置20、激光接收装置30和检测电路60。测试管10为透明的，例如为有机玻璃管，以便红外线穿过。红外线发射装置40，发射红外线，红外线发射频率高，可以精确的判断液塞13、清管器15到达、离开测试管10的时间。所述红外线发射装置40为红外线发射ニ极管，这样成本低，体积小。进ー步的，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置，这样的波长对人无害。红外线接收装置50，安装在测试管10外并与红外线发射装置40信号连接，接收红外线发射装置40发出的红外线信号；红外线发射装置40与红外线接收装置50分别安装在测试管10的两侧并与所述测试管10均位于水平平面内，这样能够取得气液两相流轴截面水平方向的红外线參数，气液两相流轴截面水平方向的红外线參数有利于充分和明显的检测液塞。进ー步的，所述红外线接收装置50为红外线接收ニ极管，而且能将红外线发射装置发出的红外线信号转换为电信号，便于分析。激光发射装置20，发射激光，激光发射装置例如为半导体激光管，这样成本低，体积小。激光接收装置30，安装在测试管10外并与连接，接收激光发射装置20发出的信号。进ー步的，所述激光接收装置30为光敏电阻。检测电路60，设有电阻和电压测试元件，安装在测试管10タト，用于将红外线接收装置和激光接收装置得到的电信号分别转换为感应电压，所述红外线接收装置和激光接收装置并联在所述检测电路上，以使红外线接收装置得到的感应电压和激光接收装置到的感应电压互不干渉、互不影响。红外线发射装置40、激光发射装置20也可以连接到检测电路60上，以便对比发射和接收的信号。例如，半导体激光管发射激光，光敏电阻接收激光并根据光强度改变自身的电阻，检测电路60将光敏电阻的阻值变化转变为电压变化输出，光敏电阻接收到的光強度越大，检测电路输出的感应电压越大，在激光被遮断时，感应电压降到最小值。这样不但成本低，体积小，而且能将激光发射装置发出的信号转换为电信号，便于分析。本实用新型的实验装置简单，操作方便，价格低廉、对管道内的流动无影响且结果准确。进ー步的，如图I和图2所示，所述激光发射装置20与激光接收装置30分别安装在测试管10的上下两侧，并且所述激光发射装置20与激光接收装置30的连线垂直测试管10。这样，激光信号接收较好。进ー步的，所述红外线发射装置40与红外线接收装置50的连线垂直测试管。这样，红外线信号接收较好。进ー步的，所述红外线发射装置40、红外线接收装置50、所述激光发射装置20与激光接收装置30位于ー个平面内。这样，可以实现液塞13以及清管实验中清管器15检测的衔接，精确得到清管器通过的时间，而且红外线发射装置、红外线接收装置与激光发射装置与激光接收装置相距较远，避免了空间上相互的干渉。进ー步的，检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，还包括与检测电路60连接的数据采集板卡70。这样，便于电压数据的收集，能够得到丰富的数据。进ー步的，检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，还包括与数据采集板卡70连接的电脑80。电脑可以显示电压，还可以进行深度分析，这样，便于分析、对比、 数据保存和实时检測。检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，还包括电源，例如为直流电源，为检测电路60、电脑80以及其他装置提供电カ供应。下面描述ー下本实用新型的工作原理和过程红外线检测液塞与清管器的原理是红外线可以穿透透明管道以及流体，不能穿透清管器，气相对红外线的衰减程度大于液相。在液塞经过检测器时，检测到的红外线強度低，感应电压低，而气团经过吋，检测到的红外线強度低，感应电压高，红外线感应电压由高电位突变为低电位的时刻即为液塞到达的时刻，由低电位突增为高电位的时刻为液塞离开的时刻。当清管器通过时，红外线被隔断，感应电压为0，可根据感应电压为O的时刻确定清管器通过的时刻，但是由于液塞头、尾中含有较多的气泡，在气液波动剧烈时有时会造成红外线严重衰减，导致感应电为0，对清管器通过检测造成干扰。激光为可见光，可以穿透透明的管道与流体，在气液中衰减系数差别很小，受气液界面波动影响较小。在管道中的流动为正常流动时，感应电压在较高电位处波动，在清管器通过时，激光被遮断，感应电压突降，在清管器离开后，感应电压突増。在整个清管过程中，激光检测器感应电压突降的时刻即为清管器到达检查器的时刻。在段塞流中，管道界面上交替出现液塞与长气团，从图3中可以看出，在段塞流流型下，红外线強度出现高、两个峰值。高峰值为气团经过检测器的过程，低峰值为液塞经过检测的过程，高低峰值之间转换时会出现ー个较低值，这是由于在气团与液塞的交界处液塞中含有较多的气泡，气泡对红外线衰减较大。红外线強度由高峰值发生锐减的时刻为液塞进入检测器的时刻，強度由低峰值刚到达高峰值的时刻为液塞离开检测器的时刻。从图4中可以看出，在管道中进行气液两相清管时，在清管器到达检测器前后，激光感应电压在较高位置波动，在清管器通过时，感应电压突降，此感应电压值为通球过程中的最小值，因此在实验中，最小感应电压对应的时刻即为清管器到达检测器的时间，电压由最小值开始上升的时刻为清管器离开检测器的时间。从图5中可以看出，在管道中进行气液两相清管时，在清管器到达检测器前后，检测到的红外线強度均大于0，在清管器到达时，红外线被完全遮挡，检测到的红外线强度为
O。红外线强度为O的时刻即为清管器到达检测器的时间，红外线强度重新大于O的时刻即为清管器离开检测器的时间。[0056]本实用新型扩大了红外线的应用领域、使用红外方法可以在管道外部安装检测设备，不影响管内流动，不影响管道内清管器的通过，丰富了清管实验检测数据、实验装置简单、操作方便、价格低廉、对管道内的流动无影响且结果准确。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置包括 红外线发射装置，安装在测试管外； 红外线接收装置，安装在测试管外并与红外线发射装置信号连接；红外线发射装置与红外线接收装置分别安装在测试管的两侧并与所述测试管均位于水平平面内； 激光发射装置，安装在测试管外； 激光接收装置，安装在测试管外并与激光发射装置信号连接； 检测电路，安装在测试管外，所述红外线接收装置和激光接收装置并联在所述检测电路上。
2.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述红外线发射装置为红外线发射ニ极管。
3.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述红外线接收装置为红外线接收ニ极管。
4.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述激光接收装置为光敏电阻。
5.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述激光发射装置与激光接收装置分别安装在测试管的上下两侧，并且所述激光发射装置与激光接收装置的连线垂直测试管。
6.如权利要求5所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述红外线发射装置与红外线接收装置的连线垂直测试管。
7.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，还包括与检测电路连接的数据采集板卡。
8.如权利要求7所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，还包括与数据采集板卡连接的电脑。
9.如权利要求I所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述红外线发射装置为发出940nm红外线波长的装置。
10.如权利要求6所述的检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，其特征在于，所述红外线发射装置、红外线接收装置、所述激光发射装置与激光接收装置位于ー个平面内。
专利摘要本实用新型提出一种检测气液两相流液塞以及清管实验中清管器的装置，包括红外线发射装置，安装在测试管外；红外线接收装置，安装在测试管外并与红外线发射装置信号连接；红外线发射装置与红外线接收装置分别安装在测试管的两侧并与所述测试管均位于水平平面内；激光发射装置，安装在测试管外；激光接收装置，安装在测试管外并与激光发射装置信号连接；检测电路，安装在测试管外，所述红外线接收装置和激光接收装置并联在所述检测电路上。本实用新型使用红外线与激光方法可以在管道外部安装检测设备，不影响管内流动，不影响管道内清管器的通过，丰富了清管实验检测数据、实验装置简单、操作方便、价格低廉、对管道内的流动无影响且结果准确。
文档编号G01V8/20GK202486333SQ20122002487
公开日2012年10月10日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者于达, 吕晓方, 吴海浩, 宫敬, 段瑞溪, 胡善炜 申请人:中国石油大学(北京)