CN105697392A - 潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光纤传感技术领域，公开了一种潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及其制作方法。用于解决现有传感装置工作寿命较短、不能形成闭环控制的问题。本发明包括在线监测系统和在线监测控制系统，所述监测系统包括放置在潜油泵吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有上位机，从而实现潜油泵工作温度和工作液面压力的在线监测。本发明一方面实时获取深井下潜油泵的工作温度和反映其工作液面的压力信号；另一方面利用实时获取的液面压力信号作为反馈输入通过变频器来调节潜油泵转速，达到智能控制潜油泵工作的目的。

Description

潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法，用于对潜油泵作业过程中进行温度、液面压力等多参数进行监测和控制。

背景技术

石油作为不可再生的战略性资源在当今世界尤为重要，而目前石油采收率低的问题一直是困扰着石油工业最为核心的问题。潜油泵作为一种重要的采油设备,在石油开采过程中发挥着不可替代的作用。潜油电泵机组一般工作在2000米或更深的油井中,高温、高压、振动等恶劣工作环境严重影响着机组的安全及高效运行，因此监测机组井下生产安全问题至关重要。井下动液面实时反映着井底流动压力、液柱高度和泵的沉没度等情况，若对井下潜油泵工作过程中的没入液面深度不能实时监测，将会导致潜油泵干烧及损坏等现象发生。为避免潜在的井下生产事故，需要对潜油泵的电机电流、转速、井下温度和压力等多个状态参数进行同步在线监测，从而不断调整和优化采油方案，这对提高油田开采效率、保证生产安全有着十分重大的指导意义。

然而，油井下高温、高压、强化学腐蚀、强电磁干扰等一系列极端恶劣环境对传感器的可靠性是一种极大的考验。目前，现有的电学传感装置一般仅用于1000米以内的浅井中，对于1000米以上的深井则存在信号传输不好、接收不到数据等问题；而光纤传感器对这种恶劣环境具有很强的适应性，相比传统传感器具有全程无需供电、防火防爆、灵敏度高、抗腐蚀、耐高温高压、抗电磁干扰、稳定性高、寿命长等优点。同时，光纤传感系统又具有传输距离长、体积小、铺设容易，能适于各种极端恶劣环境条件等突出特点，是深井（1000米以上）下潜油泵作业过程温度和压力等多参数在线监测的理想选择。目前已有专利均只对井下环境的准静态温度、压力进行监测，例如专利号（CN101178006B）提出一种光纤智能井压力与温度二参量传感器，采用石英管中熔接两段光纤形成FP腔，把温度和压力光纤传感器串联起来监测油井下高温高压环境；专利号（CN101865735B）提出一种准分布式光纤光栅温度传感器，对耐高温FBG（布拉格光纤光栅）采取石英管和两层金属管进行封装来监测油井下温度环境。

但是这些传感装置无法直接用于监测油井下潜油泵在线作业过程中没入液面的压力参数，因为采用石英管的封装方式在潜油泵工作过程中会因潜油泵的剧烈振动而使石英管振碎，导致这些传感装置工作寿命较短。此外，这些传感装置没有直接将光纤传感器实时获得的井下液面信息用于潜油泵在线工作参数的反馈调节，不能形成闭环控制。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，而提供一种潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法，通过设计一种抗震性强的光纤温度压力集成传感装置，将其安装在潜油泵吸入口处，一方面实时获取深井下潜油泵的工作温度和反映其工作液面的压力信号；另一方面利用实时获取的液面压力信号作为反馈输入通过变频器来调节潜油泵转速，达到智能控制潜油泵工作的目的；本发明中的光纤温度压力集成传感器采用耐高温FBG（布拉格光纤光栅）和FP（光纤珐玻）复合结构，利用聚合物进行封装，不绣钢管作为外层保护器件，克服了现有技术中所存在的缺陷，具有抗振性能好、结构小、灵敏度高的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，包括在线监测系统和在线监测控制系统，所述监测系统包括放置在潜油泵吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有上位机，从而实现潜油泵工作温度和工作液面压力的在线监测；

所述在线监测控制系统，包括放置在潜油泵吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有数模转换器，所述数模转换器连接有变频器，所述变频器经接线盒和电缆连接有潜油泵,从而实现潜油泵在线监测控制的闭环控制回路。

所述光纤温度压力集成传感器包括光纤FP压力传感器和FBG温度传感器，所述光纤FP压力传感器包括多模光纤和耐高温光纤，所述多模光纤的一端设有空气腔，具有空气腔的多模光纤端与耐高温光纤熔接在一起形成光纤FP压力传感器。

所述光纤温度压力集成传感器设置有聚合物封装层，所述聚合物封装层包括由聚醚醚酮制成的聚合物管，所述聚合物管的一端为聚合物管接头，所述聚合物管内设置有油压槽，所述油压槽与聚合物管接头连通；所述聚合物管接头的内径与油压槽的内径匹配；所述聚合物管的顶端和底端分别设置有用于放置光纤FP压力传感器的第一聚合物微槽和用于放置FBG温度传感器的第二聚合物微槽；所述第一聚合物微槽的贯穿除去聚合物管接头之外的聚合物管，所述光纤FP压力传感器在第一聚合物微槽中的固定位置位于油压槽侧，所述第二聚合物微槽设置在聚合物管的实心端。

所述聚合物封装层的外部套设有不锈钢密封层，所述不锈钢密封层包括第一不锈钢管和第二不绣钢管，所述第一不锈钢管包括小径端和大径端，所述第二不锈钢管包括小径端和大径端，所述第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端的外径和内径匹配，设置有聚合物封装层的光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿过第一不锈钢管的小径端，所述聚合物封装层套设在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端形成的腔体内，所述聚合物管接头封装在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端处，所述聚合物管接头与第二不锈钢管之间设置有聚合物垫子。

所述的第一不锈钢管的小径端内套设有耐高温光缆，所述耐高温光缆的细管中填充有油膏，所述光纤温度压力集成传感器的裸露光纤套入具有油膏的耐高温光缆的细管中；所述第一不锈钢管的小径端配设有用于将耐高温光缆、光纤温度压力集成传感器的裸露光纤以及第一不锈钢管的小径端进行密封固定的SOS不锈钢卡套接头。

所述光纤温度压力集成传感器的尾纤配设有密封保护装置，所述密封保护罩包括钢管、两个绝缘收缩套管、两段带有光纤跳线头子光缆以及用于连接光纤温度压力集成传感器的光缆，所述光纤温度压力集成传感器的光缆经绝缘收缩套管与钢管连接，带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤连接；带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤的连接处配设有热缩管。其中，光纤温度压力集成传感器的光缆与钢管之间、带有光纤跳线头子光缆与钢管之间均配设有绝缘收缩套管。

潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，包括以下步骤：

（1）、通过腐蚀方法制作光纤FP压力传感器；

（2）、通过聚合物对光纤FP压力传感器和FBG温度传感器进行集成封装；

（3）、利用不锈钢管和不锈钢卡套对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护；

（4）、利用绝缘收缩套管和钢管对光纤温度压力集成传感器的裸露光纤进行外部密封保护；

（5）、将光纤温度压力集成传感器放置在潜油泵的吸入口处，并与光纤传感信号解调仪连接，通过与光纤传感信号解调仪连接的上位机实现潜油泵工作温度和工作液面压力的同步在线监测；光纤传感信号解调仪与数模转换器连接，数模转换器与变频器连接，所述变频器经接线盒和电缆连接潜油泵；通过将光纤温度压力集成传感器获取的潜油泵井下的工作温度和工作液面压力信号作为变频器的输入信号，变频器在线调整和控制潜油泵转速实现潜油泵闭环控制。

在上述步骤（4）与步骤（5）之间还具有光纤温度压力集成传感器的标定与测试的步骤。

所述光纤传感信号解调仪包括FPGA光电转换模块、环形器、宽带光源和光开关，所述环形器的第一接口与宽带光源连接，所述环形器的第二接口与光开关连接，所述环形器的第三接口与FPGA光电转换模块，所述光开关还与光纤温度压力集成传感器连接，所述FPGA光电转换模块与外部的上位机连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的潜油泵作业过程多参数在线监测控制系统及制作方法，基于油井下潜油泵的具体工作环境设计了一种安装在潜油泵吸入口处的耐高温FBG（光纤布拉格光栅）与FP（光纤珐珀）的微小尺寸光纤温度压力集成封装结构，解决了交叉敏感的问题，实现了液面压力的精确监测，提高了测量灵敏度；相对于传统石英管封装，利用聚合物和不锈钢管的封装结构改善了集成传感器的抗振性能，同时通过设计光缆的卡套接头结构解决了光纤集成传感器与光缆及传感装置内部光纤容易断裂的问题，提高了整个集成传感器在井下强振环境下的工作寿命及系统的可靠性；利用实时监测的液面压力信号经过变频器实现反馈控制，通过实时智能监测与控制解决潜油泵的干烧及损坏等问题。此装置可以在恶劣环境下正常工作，特别适合在1000米以上深井环境下工作的潜油泵。

附图说明

图1是本发明的在线监测控制系统框图；

图2是本发明的光纤FP压力传感器的结构示意图；

图3是光纤温度压力集成传感器（包括光纤FG压力传感器和FBG温度传感器）封装聚合物封装层的结构示意图；

图4是光纤温度压力集成传感器的聚合物封装层的外部套设不锈钢密封层的结构示意图；

图5是光纤温度压力集成传感器的裸露光纤配设的密封保护装置结构示意图；

图6是光纤温度压力集成传感器的标定与测试框图；

图7是光纤传感信号解调仪获取潜油泵作业工作井下的温度和液面压力信号的在线监测框图；

图中标记：1、潜油泵，2、潜油泵吸入口，3、光纤温度压力集成传感器，4、光纤传感信号解调仪，5、数模转换器，6、变频器，7、接线盒，31、多模光纤，32、空气腔，33、耐高温光纤，34、聚合物管接头，35、聚合物管，36、油压槽，37、第一聚合物微槽，38、第二聚合物微槽，39、第一不锈钢管，40、第二不锈钢管，41、聚合物垫子，42、SOS不锈钢卡套接头，43、用于连接光纤温度压力集成传感器的光缆，44、绝缘收缩套管，45、热缩管，46、钢管，47、带有光纤跳线头子光缆。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1和附图7，本发明的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，包括在线监测系统和在线监测控制系统，所述在线监测系统包括放置在潜油泵吸入口2处的光纤温度压力集成传感器3，所述光纤温度压力集成传感器3连接有光纤传感信号解调仪4，光纤传感信号解调仪4连接有上位机，从而构建起潜油泵工作温度和工作液面压力的在线监测；

所述在线监测控制系统包括放置在潜油泵吸入口2处的光纤温度压力集成传感器3，所述光纤温度压力集成传感器3连接有光纤传感信号解调仪4，所述光纤传感信号解调仪4连接有数模转换器5，所述数模转换器5连接有变频器6，所述变频器6经接线盒7和电缆连接有潜油泵1,从而形成潜油泵在线监测控制的闭环控制回路。

潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，包括以下步骤：

（1）、通过腐蚀方法制作光纤FP压力传感器；

（2）、通过聚合物对光纤FP压力传感器和FBG温度传感器进行集成封装；

（3）、利用不锈钢管和不锈钢卡套对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护；

（4）、利用绝缘收缩套管和钢管对光纤温度压力集成传感器的裸露光纤进行外部密封保护；

（5）、将光纤温度压力集成传感器放置在潜油泵的吸入口处，并与光纤传感信号解调仪连接，通过与光纤传感信号解调仪连接的上位机实现潜油泵工作温度和工作液面压力的同步在线监测；光纤传感信号解调仪与数模转换器连接，数模转换器与变频器连接，所述变频器经接线盒和电缆连接潜油泵；通过将光纤温度压力集成传感器获取的潜油泵井下的工作温度和工作液面压力信号作为变频器的输入信号，通过变频器在线调整和控制潜油泵转速。

所述光纤温度压力集成传感器3包括光纤FP压力传感器和FBG温度传感器，所述光纤FP压力传感器包括多模光纤31和耐高温光纤33，所述多模光纤31的一端设有空气腔32，具有空气腔32的多模光纤31端与耐高温光纤33熔接在一起形成光纤FP压力传感器。结合附图2，光纤FP压力传感器可以按照如下步骤制作：1、按照强无机酸（硝酸）和氢氟酸体积比大于1：20的比例配置腐蚀溶液，将多模光纤31的一端去涂覆，切平放入配好的腐蚀溶液中两分钟（形成了空气腔32）后取出，放在清水中清除腐蚀液，20分钟后取出并用酒精棉擦拭干净；2、将耐高温光纤33（耐高温单模光纤）一端去涂覆，用切割刀切平后，用酒精棉擦拭干净；3、将多模管线31和耐高温光纤33放在熔接机中进行熔接，形即形成光纤FP压力传感器。

所述光纤温度压力集成传感器设置有聚合物封装层（即是说，对光纤FP压力传感器和FBG温度传感器进行封装），所述聚合物封装层包括聚合物管35，所述聚合物管的一端为聚合物管接头34，所述聚合物管35内设置有油压槽36，所述油压槽36与聚合物管接头34连通；所述聚合物管接头34的内径与油压槽36的内径匹配；即是说通过设置油压槽36将聚合物管35分为空心端和实心端，所述聚合物管35的顶端和底端分别设置有用于放置光纤FP压力传感器的第一聚合物微槽37和用于放置FBG温度传感器的第二聚合物微槽38；所述第一聚合物微槽37的贯穿除去聚合物管接头34之外的聚合物管35，所述光纤FP压力传感器在第一聚合物微槽37中的固定位置位于油压槽36侧，所述第二聚合物微槽28设置在聚合物管35的实心端，即是说光纤FP压力传感器固定在聚合物管35的空心端，FBG温度传感器固定在聚合物管的实心端，从而避免了交叉敏感。结合附图3对本发明的聚合物封装层的封装过程进行说明：1、取一段长80mm、直径为12mm由聚醚醚酮制成的聚合物管35，该聚合物管35的一端设有长度为20mm、外径15mm、内径为9mm的聚合物管接头34；并且聚合物管设置有内径深度为50mm的油压槽36，油压槽36的内径与聚合物管接头34的内径相同；2、聚合物管35的另一端长度60mm、外径12mm、内径9mm，聚合物管35的顶端和底端开两个直径为0.2mm的半圆槽（即第一聚合物微槽37和第二聚合物微槽38），第一聚合物微槽37的长度为60mm，第二聚合物微槽38的长度为30mm；3、将光纤FP压力传感器放置在第一聚合物微槽37中，用高温胶带固定一端，并用力拉光纤使得光纤在第一聚合物微槽37中处于绷紧状态，用一端裸露光纤粘取SY-40高温密封胶灌注至微槽中，并用高温胶带固定微槽另一端光纤，放入高温箱恒温90℃环境中，固化两个小时取出，即完成光纤FP压力传感器初步封装；4、FBG温度传感器（耐高温FBG光栅）放置在第二聚合物微槽38中，用高温胶带固定一端，用轻微拉力使光纤在微槽中处于绷紧状态，黏取SY-40高温密封胶灌注到微槽中，并用高温胶固定微槽另一端光纤，放入高温箱恒温90℃环境中，固化两个小时后取出；5、扯去耐高温FBG和FP光纤传感器两端的高温胶带；即完成对光纤温度压力集成传感器的聚合物封装。同时本发明采用聚合物封装不仅能够增加抗振性，还具有增敏的作用。

所述聚合物封装层的外部套设有不锈钢密封层（即是说对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护），所述不锈钢密封层包括第一不锈钢管39和第二不绣钢管10，所述第一不锈钢管39包括小径端和大径端，所述第二不锈钢管10包括小径端和大径端，所述第一不锈钢管39的大径端和第二不锈钢管10的大径端的外径和内径匹配，设置有聚合物封装层的光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿过第一不锈钢管39的小径端，所述聚合物封装层套设在第一不锈钢管39的大径端和第二不锈钢管40的大径端形成的腔体内，所述聚合物管接头34封装在第一不锈钢管39的大径端和第二不锈钢管40的大径端处，所述聚合物管接头34与第二不锈钢管10之间设置有聚合物垫子41，即是说聚合物管接头34与第二不锈钢管40的阶梯（大径端和小径端的交汇处）之间设置有聚合物垫子41。

所述的第一不锈钢管39的小径端内套设有耐高温光缆，所述耐高温光缆的细管中填充有油膏，所述光纤温度压力集成传感器的裸露光纤套入具有油膏的耐高温光缆的细管中。所述第一不锈钢管的小径端配设有用于将光纤温度压力集成传感器的裸露光纤与第一不锈钢管的小径端进行密封固定的SOS不锈钢卡套接头42。结合附图4，对本发明的对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护（不锈钢密封层）的制作过程进行说明：1、取一段第一不锈钢管39（该第一不锈钢管39的包括大径端和小径端，大径端的长度为120mm、外径18mm、内径为15mm，小径端的长度为35mm、外径6mm、内径为4.3mm）；2、将光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿进第一不锈钢管39的小径端；3、移动光纤温度压力集成传感器，一边拉动裸露光纤，一边在在聚合物管接头34注入SY~40胶水，螺旋拧进使得聚合物管接头34进入第一不锈钢管39的大径端内10mm，并在高温箱90℃恒温环境下固化两个小时实现密封；4、取一段第二不锈钢管40（该第二不锈钢管10的包括大径端和小径端，大径端的长度为22mm、外径18mm、内径为15mm，小径端的长度为13mm、外径10mm、内径为5.5mm）；5、另取一段外径14.5mm、内径5.5mm、长度为12mm的聚合物垫子41，放置在第二不锈钢管40中，同时把未密封的聚合物管接头34注胶进行螺旋并放在高温箱90℃恒温环境中固化两个小时，取出即实现密封保护；6、光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿进耐高温光缆内部装有油膏的细管中，移动裸漏光纤并移动光缆，使得耐高温光缆通过第一不锈钢管39，取SOS不锈钢卡套接头，使得其全部通过第一不锈钢管39，用扳手进行卡紧拧死，实现最终的外部封装。通过上述技术手段解决了现有技术存在的裸露光纤容易断裂的问题，提高本发明的实用性。

所述光纤温度压力集成传感器的尾纤配设有密封保护装置，所述密封保护罩包括钢管46、两个绝缘收缩套管44、两段带有光纤跳线头子光缆47以及用于连接光纤温度压力集成传感器的光缆43，所述光纤温度压力集成传感器的光缆43经绝缘收缩套管44与钢管46连接，带有光纤跳线头子光缆47的尾纤与光缆43的尾纤连接；带有光纤跳线头子光缆47的尾纤与光缆43的尾纤的连接处配设有热缩管45。其中，光纤温度压力集成传感器的光缆43与钢管46之间、带有光纤跳线头子光缆47与钢管46之间均配设有绝缘收缩套管44。结合附图5，对光纤温度压力集成传感器连接的光缆的尾纤及其与光缆密封连接保护的过程进行说明：1、取两段带有光纤跳线头子光缆47，将两只热缩管45和外径为7mm、内径为4.5mm、长度为150mm的钢管46套在一端；2、将尾纤去涂覆，用切割刀切平，酒精棉擦拭干净后，利用熔接机把光纤温度压力集成传感器的光缆的尾纤和两根跳线头子光缆的尾纤熔接在一起，把热缩管45套在此处用熔接机将其进行热熔固化；3、把外层的钢管46分别与光缆（光纤温度压力集成传感器的光缆43和带有光纤跳线头子光缆47）的两端进行压缩，使得钢管卡住光缆，并在剩余空隙涂上高温密封胶，放在高温箱90℃恒温环境中固化两个小时；4、用热风枪加热绝缘收缩套管44，使其密封光缆和钢管，即实现尾纤的密封保护及其与光缆的密封连接保护。

结合附图6，在潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法的制作过程中，在步骤（4）与步骤（5）之间还具有光纤温度压力集成传感器的标定与测试的步骤。

光纤温度压力集成传感器的标定与测试的步骤具体如下，将油管连通器的一端口连接有油压泵，另一端口连接光纤温度压力集成传感器的进油端，光纤温度压力集成传感器传输光缆连接光纤传感信号解调仪，光纤传感信号解调仪连接上位机。把光纤温度压力集成传感器置于高温箱中，在不增加压力的情况下，通过增加高温箱温度示数，利用光纤传感信号解调仪进行信号解调和上位机记录光纤温度压力集成传感器信号数据，进而标定温度传感器的参数。在不增加温度的情况下，增加潜压泵值，通过光纤传感信号解调仪进行信号解调和上位机记录压力传感器信号数据。根据两次压力传感器记录情况，去除温度的影响，从而标定压力传感器的参数；然后再增加高温箱中温度示数或者油压泵的压力示数对标定的光纤温度压力集成传感器进行测试验证。

结合附图7，在潜油泵作业过程中多参数在线监测具体过程如下：最终封装成的光纤温度压力集成传感器3一端固定在潜油泵吸入口2处，传感器另一端光缆随着潜油泵电机三相电缆一起到达地面光纤传感信号解调仪，带有光纤跳线头子光缆47分别连接光纤传感信号解调仪的两个通道。如图7所示，光纤传感信号解调仪为16通道的光纤传感信号解调仪，其工作原理：宽带光源ASE发出的光通过光环行器的第一接口（1）进入光环行器后，从光环行器的第二接口（2）进入光开关，优选地，光开关选用1X16光开关，分别通过两个通道经过传输光缆到达井下光纤温度压力集成传感器进行反射，反射光经过传输光缆到达光环行器，经过光环行器的第三接口（3），进入FPGA光电解调模块，FPGA光电解调模块先把两个通道受外界温度、压力调制的光信号转换为温度和压力的电信号，然后再将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号通过RS232串口传输至终端上位机。利用该多通道光纤传感信号解调设备可以同步监测和并行控制多个潜油泵的工作状态，例如16通道至少可以同步监控8口井下的潜油泵工作状态。

数字压力信号进行数模转换作为变频器输入直接在线控制潜油泵转速。把经过光纤传感信号解调仪解调的数字压力信号通过数模转换器转换为模拟压力信号，并将其作为控制箱中的变频器的输入信号控制潜油泵的转速。变频器可以控制输出信号的强弱，当潜油泵没入液面较浅时，压力输入信号较小，变频器根据输入信号调节输出信号，减小输出电流，从而使潜油泵转速变小，直至测得的压力信号等效于井内气压时，变频器直接控制输出电流为0，潜油泵即停止转动，避免干烧及损坏等问题；同理，当潜油泵没入液面较深时，压力输入信号变强，变频器增大或稳定输出电流使潜油泵转速变快或稳定。

本实施例中FBG温度传感器和光纤FP压力传感器集成封装采用的是两根芯，也可以把二者熔接在一根芯上，解调只占用一个通道。本实施例中光纤温度压力集成传感器安装在吸入口处，也可以安装在吸入口内部腔体。本实施例中进行光缆和连接跳线的光缆之间的钢管密封长度是由内部裸纤的长度决定的，这样是方便起到保护裸纤的作用。同时钢管的内径也是可以改变的，钢管内径是由光缆的直径决定的。本实施例中所有不锈钢管和光缆连接的地方的尺寸都是随光缆的直径变化而变化的，该发明内容也适用于其他油、矿井等光纤传感监测系统中。

本发明所涉及的潜油泵作业过程多参数在线监测控制系统及制作方法，基于油井下潜油泵的具体工作环境设计了一种安装在潜油泵吸入口处的耐高温FBG（光纤布拉格光栅）与FP（光纤珐珀）的微小尺寸光纤温度压力集成封装结构，解决了交叉敏感的问题，实现了液面压力的精确监测，提高了测量灵敏度；相对于传统石英管封装，利用聚合物和不锈钢管的封装结构改善了集成传感器的抗振性能，同时通过设计光缆的卡套接头结构解决了光纤集成传感器与光缆及传感装置内部光纤容易断裂的问题，提高了整个集成传感器在井下强振环境下的工作寿命及系统的可靠性；利用实时监测的液面压力信号经过变频器实现反馈控制，通过实时智能监测与控制解决潜油泵的干烧及损坏等问题。此装置可以在恶劣环境下正常工作，特别适合在1000米以上深井环境下工作的潜油泵。本发明通过设计一种抗震性强的光纤温度、压力集成传感装置，将其安装在潜油泵吸入口处，一方面实时获取深井下潜油泵的工作温度和反映其工作液面的压力信号；另一方面利用实时获取的液面压力信号作为反馈输入通过变频器来调节潜油泵转速，达到智能控制潜油泵工作的目的；本发明中的光纤温度压力集成传感器采用耐高温FBG（布拉格光纤光栅）和FP（光纤珐玻）复合结构，利用聚合物进行封装，不绣钢管作为外层保护器件，克服了现有技术中所存在的缺陷，具有抗振性能好、结构小、灵敏度高的特点。

Claims (10)

1.一种潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，包括在线监测系统和在线监测控制系统，所述监测系统包括放置在潜油泵吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有上位机，从而实现潜油泵工作温度和工作液面压力的在线监测；

所述在线监测控制系统，包括放置在潜油泵吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有数模转换器，所述数模转换器连接有变频器，所述变频器经接线盒和电缆连接有潜油泵,从而实现潜油泵在线监测控制的闭环控制回路。

2.根据权利要求1所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述光纤温度压力集成传感器包括光纤FP压力传感器和FBG温度传感器，所述光纤FP压力传感器包括多模光纤和耐高温光纤，所述多模光纤的一端设有空气腔，具有空气腔的多模光纤端与耐高温光纤熔接在一起形成光纤FP压力传感器。

3.根据权利要求2所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述光纤温度压力集成传感器设置有聚合物封装层，所述聚合物封装层包括由聚醚醚酮制成的聚合物管，所述聚合物管的一端为聚合物管接头，所述聚合物管内设置有油压槽，所述油压槽与聚合物管接头连通；所述聚合物管接头的内径与油压槽的内径匹配；所述聚合物管的顶端和底端分别设置有用于放置光纤FP压力传感器的第一聚合物微槽和用于放置FBG温度传感器的第二聚合物微槽；所述第一聚合物微槽的贯穿除去聚合物管接头之外的聚合物管，所述光纤FP压力传感器在第一聚合物微槽中的固定位置位于油压槽侧，所述第二聚合物微槽设置在聚合物管的实心端。

4.根据权利要求3所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述聚合物封装层的外部套设有不锈钢密封层，所述不锈钢密封层包括第一不锈钢管和第二不绣钢管，所述第一不锈钢管包括小径端和大径端，所述第二不锈钢管包括小径端和大径端，所述第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端的外径和内径匹配，设置有聚合物封装层的光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿过第一不锈钢管的小径端，所述聚合物封装层套设在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端形成的腔体内，所述聚合物管接头封装在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端处，所述聚合物管接头与第二不锈钢管之间设置有聚合物垫子。

5.根据权利要求4所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述的第一不锈钢管的小径端内套设有耐高温光缆，所述耐高温光缆的细管中填充有油膏，所述光纤温度压力集成传感器的裸露光纤套入具有油膏的耐高温光缆的细管中。

6.根据权利要求5所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述第一不锈钢管的小径端配设有用于将耐高温光缆、光纤温度压力集成传感器的裸露光纤以及第一不锈钢管的小径端进行密封固定的SOS不锈钢卡套接头。

7.根据权利要求6所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，所述光纤温度压力集成传感器的尾纤配设有密封保护装置，所述密封保护罩包括钢管、两个绝缘收缩套管、两段带有光纤跳线头子光缆以及用于连接光纤温度压力集成传感器的光缆，所述光纤温度压力集成传感器的光缆经绝缘收缩套管与钢管连接，带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤连接；带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤的连接处配设有热缩管。

8.潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、通过腐蚀方法制作光纤FP压力传感器；

（2）、通过聚合物对光纤FP压力传感器和FBG温度传感器进行集成封装；

（3）、利用不锈钢管和不锈钢卡套对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护；

（4）、利用绝缘收缩套管和钢管对光纤温度压力集成传感器的裸露光纤进行外部密封保护；

（5）、将光纤温度压力集成传感器放置在潜油泵的吸入口处，并与光纤传感信号解调仪连接，通过与光纤传感信号解调仪连接的上位机实现潜油泵工作温度和工作液面压力的同步在线监测；光纤传感信号解调仪与数模转换器连接，数模转换器与变频器连接，所述变频器经接线盒和电缆连接潜油泵；通过将光纤温度压力集成传感器获取的潜油泵井下的工作温度和工作液面压力信号作为变频器的输入信号，变频器在线调整和控制潜油泵转速实现潜油泵闭环控制。

9.根据权利要求8所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，其特征在于，在上述步骤（4）与步骤（5）之间还具有光纤温度压力集成传感器的标定与测试的步骤。

10.根据权利要求8所述的潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，其特征在于，所述光纤传感信号解调仪包括FPGA光电转换模块、环形器、宽带光源和光开关，所述环形器的第一接口与宽带光源连接，所述环形器的第二接口与光开关连接，所述环形器的第三接口与FPGA光电转换模块，所述光开关还与光纤温度压力集成传感器连接，所述FPGA光电转换模块与外部的上位机连接。