CN101915940A - 光纤井下垂直地震剖面系统 - Google Patents

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张文涛
李芳�
刘育梁
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Abstract

本发明公开了一种光纤井下垂直地震剖面系统，该系统包括：在地面部分的光源，用于给光纤检波器提供光源；在地面部分的解调设备，用于光电转换并解调出地震波信号；在井下部分的连接保护单元，用于保护井下部分光缆之间的熔接点，在地面部分的光源和解调设备通过井下部分光缆连接于连接保护单元；至少一个在井下部分的波分单元，用于分离入射光与出射光，并对出射光进行单向隔离；以及至少一个在井下部分的光纤检波器，作为井下检波器单元，用于检测地震波信号；其中，连接保护单元、波分单元和光纤检波器通过井下部分光缆相互连接。利用本发明，简化了井下光路系统，可靠性高，解决了现有井下垂直地震剖面系统复杂、可靠性差、需要供电的问题。

Description

光纤井下垂直地震剖面系统
技术领域
本发明涉及用于井下石油勘探的光纤传感器技术领域，尤其涉及一种新型的光纤井下垂直地震剖面系统。
背景技术
垂直地震剖面系统是采用在油井中安装检波器，通过激发地震波信号并使用油井中的检波器进行接收，从而获得地震资料并进行处理和解释，以获得油藏资源分布的方法。
现有的垂直地震剖面系统多是采用动圈式检波器或压电检波器，他们不但体积笨重，而且需要供电，信号经过模数转换后再传回地面。这使得井下系统十分复杂，井下设备需要供电，并且电子器件要承受上百度的高温，这使得井下设备的可靠性大大降低。
光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面具有明显的优势，在民用和国防领域发挥了越来越大的作用，被许多国家列为重点发展的传感器技术。
光纤检波器是利用光纤对于外界变化敏感，其输出光参量随地震波信号发生改变，通过探测光学参量的变化从而探测地震波信号的仪器。它与传统的电学类传感器相比，有以下主要优势：频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。并且井下全光，无源，不需供电，更无需考虑耐高温问题，因而可靠性大大增加。鉴于光纤检波器的如上技术优势，可满足各国在石油勘探领域的要求，目前已经有研究单位和石油公司已经在此方面积极展开研究。
Weatherford公司提出了一种光纤垂直地震剖面系统，该系统采用三分量检波器，并使用光纤干涉测量技术。由于每一只检波器都是一只光纤干涉仪，因此井下系统仍然十分复杂，井下系统的光器件数目多，光路复杂，可靠性差。并且三分量检波器的封装体积较大，导致井下系统的体积仍然十分笨重。
因此，我们提出一种光纤井下垂直地震剖面系统，用于解决现有井下垂直地震剖面系统复杂、可靠性差、需要供电的问题。这是光纤传感技术用于石油勘探、测井所必须解决的关键技术问题，也是进一步发展垂直地震剖面系统所必须解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光纤井下垂直地震剖面系统，以解决现有井下垂直地震剖面系统复杂、可靠性差、需要供电的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种光纤井下垂直地震剖面系统，该系统包括：
在地面部分的光源10，用于给光纤检波器60提供光源；
在地面部分的解调设备20，用于光电转换并解调出地震波信号；
在井下部分的连接保护单元302，用于保护井下部分光缆301之间的熔接点，在地面部分的光源10和解调设备20通过井下部分光缆301连接于连接保护单元302；
至少一个在井下部分的波分单元401，用于分离入射光与出射光，并对出射光进行单向隔离；以及
至少一个在井下部分的光纤检波器60，作为井下检波器单元，用于检测地震波信号；
其中，连接保护单元302、波分单元401和光纤检波器60通过井下部分光缆301相互连接。
上述方案中，所述波分单元401连接至少一只光纤检波器60，用于检测地震波信号。
上述方案中，该系统还包括至少一个分束合束单元402，在井下部分且连接于井下部分光缆301，通过在井下部分光缆301上增加分束合束单元402来增加光纤检波器60的数目。
上述方案中，所述分束合束单元402用于将入射光分成至少两束，并将至少两束出射光合成一束。
上述方案中，该系统的光纤检波器60的个数增加方式为：在所述光源10与波分单元401之间的井下部分光缆301上，每增加一个分束合束单元402，可增加至少一个波分单元401，并可增加连接在波分模块40上的光纤检波器60。
上述方案中，所述光纤检波器60采用光纤光栅或光纤激光器作为敏感单元。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种光纤井下垂直地震剖面系统，通过全光设计，井下无源，不需供电。
2、本发明提供的这种光纤井下垂直地震剖面系统，采用光纤光栅或光纤激光器作为敏感元件，体积小。
3、本发明提供的这种光纤井下垂直地震剖面系统，全部采用光纤光栅或光纤激光器作为敏感元件，采用波分单元和分束合束单元，简化了井下光路系统，可靠性高，解决了现有井下垂直地震剖面系统复杂、可靠性差、需要供电的问题。
附图说明
图1为本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统的示意图；
图2为本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统含有分束合束单元以增加检波器单元数目时的系统示意图；
图3为本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统的波分单元401的示意图；
图4为本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统的检波器单元60的示意图；
图5为本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统的分束合束单元402的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1～图5所示，该光纤井下垂直地震剖面系统包括：在地面部分的光源10，用于给光纤检波器60提供光源；在地面部分的解调设备20，用于光电转换并解调出地震波信号；在井下部分的连接保护单元302，用于保护井下部分光缆301之间的熔接点，在地面部分的光源10和解调设备20通过井下部分光缆301连接于连接保护单元302；至少一个在井下部分的波分单元401，用于分离入射光与出射光，并对出射光进行单向隔离；以及至少一个在井下部分的光纤检波器60，作为井下检波器单元，用于检测地震波信号。
其中，连接保护单元302、波分单元401和光纤检波器60通过井下部分光缆301相互连接。所述波分单元401连接至少一只光纤检波器60，用于检测地震波信号。
该系统还包括至少一个分束合束单元402，在井下部分且连接于井下部分光缆301，通过在井下部分光缆301上增加分束合束单元402来增加光纤检波器60的数目。所述分束合束单元402用于将入射光分成至少两束，并将至少两束出射光合成一束。
波分单元401可以通过的功能可以通过一只光纤波分复用器40和一只光隔离器50实现，如图3所示。光纤检波器60之间的距离65一般相同。
分束合束单元402的作用在于，将入射光分成至少两束，并将至少两束出射光合成一束。分束合束单元402可以通过两只光纤耦合器实现，如图5所示。
该系统的光纤检波器60的个数增加方式为：在所述光源10与波分单元401之间的井下部分光缆301上，每增加一个分束合束单元402，可增加至少一个波分单元401，并可增加连接在波分模块40上的光纤检波器60，也就是说，可以通过增加分束合束单元402和波分单元401的方式增加光纤检波器60的个数。
当存在多个分束合束单元402和波分单元401时，下面一级的波分单元401中的光纤30需要从上面一级的波分单元401中穿过。
光纤检波器60的敏感单元为光纤光栅或光纤激光器601。如图4所示，光纤检波器60一般需要进行增敏封装，以增加其对地震波信号的敏感性。常见的增敏方法如聚合物涂覆等。
本发明提供的光纤井下垂直地震剖面系统的工作原理为：待测油井中的介质一般为水或泥浆，使用本发明的光纤井下垂直地震剖面系统时，将其下放到合适的井深，激发地震波信号后，地震波通过井中的介质传播到光纤检波器60上，在液体环境中，声波可以耦合到光纤检波器60的内部，并作用在光纤光栅或光纤激光器601上。光源10为光纤检波器60中的光纤光栅或光纤激光器601提供光源，而光纤光栅或光纤激光器601的输出波长随地震波信号发生变化，通过地面的解调设备20检测出出射光波长的变化即可还原地震波信号。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，该系统包括：
在地面部分的光源(10)，用于给光纤检波器(60)提供光源；
在地面部分的解调设备(20)，用于光电转换并解调出地震波信号；
在井下部分的连接保护单元(302)，用于保护井下部分光缆(301)之间的熔接点，在地面部分的光源(10)和解调设备(20)通过井下部分光缆(301)连接于连接保护单元(302)；
至少一个在井下部分的波分单元(401)，用于分离入射光与出射光，并对出射光进行单向隔离；以及
至少一个在井下部分的光纤检波器(60)，作为井下检波器单元，用于检测地震波信号；
其中，连接保护单元(302)、波分单元(401)和光纤检波器(60)通过井下部分光缆(301)相互连接。
2.根据权利要求1所述的光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，所述波分单元(401)连接至少一只光纤检波器(60)，用于检测地震波信号。
3.根据权利要求1所述的光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，该系统还包括至少一个分束合束单元(402)，在井下部分且连接于井下部分光缆(301)，通过在井下部分光缆(301)上增加分束合束单元(402)来增加光纤检波器(60)的数目。
4.根据权利要求3所述的光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，在所述分束合束单元(402)用于将入射光分成至少两束，并将至少两束出射光合成一束。
5.根据权利要求3所述的光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，该系统的光纤检波器(60)的个数增加方式为：在所述光源(10)与波分单元(401)之间的井下部分光缆(301)上，每增加一个分束合束单元(402)，可增加至少一个波分单元(401)，并可增加连接在波分模块(40)上的光纤检波器(60)。
6.根据权利要求1所述的光纤井下垂直地震剖面系统，其特征在于，所述光纤检波器(60)采用光纤光栅或光纤激光器作为敏感单元。
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