CN110792434A - 一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，本发明用于解决现有油井光缆悬挂在套管内部的中央，无法与套管内壁紧贴，从而增加了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失程度的问题。本发明包括涂覆光纤，所述涂覆光纤的外表面上紧贴有紧包层，所述紧包层的外表面上紧贴有增强层，所述增强层的外表上紧贴有可吸附套管的吸附元件，所述吸附元件的外表面上紧贴有保护层。本发明的吸附元件可紧贴套管内壁，外部声波能量传递到套管后直接作用到光缆上，降低了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，从而提高了光纤对外部声波能量的响应幅度，增大了分布式声波传感光缆的声波灵敏度。

Description

一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体的是涉及一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆。

背景技术

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为传导工具。光纤分布式声波传感技术，在油气勘探和开发、井下生产作业状态监测、地震监测等领域的应用越来越普遍，它是利用光纤兼具信号传输和传感的双重功能，不需要外接传感器，只需在光缆的一端连接测试仪器，通过检测外部声波能量在光纤上引起的微应变状况，分析光缆周围的地质构造、油气分布状况等信息。随着油气资源的不断开发，油井的深度也越来越深，从几百米至数公里，而且井下存在高温、化学腐蚀等恶劣环境。通常采用多层钢丝铠装、金属管光单元结构的探测光缆以满足大长度、耐高温防腐蚀等井下应用要求。

现有的钢丝铠装、金属管光单元结构探测光缆，由于自身重量大、刚度高，敷设在油井的套管内时，通常悬挂在套管内部空间中央，无法保证光缆与套管内壁紧贴。地震勘探时，外部声波能量传递到套管后，需再经过套管内部空间中的液体、气体或泥浆等介质传递到光缆上，声波能量损失较多，光纤接收到的声波能量较弱，因而光纤产生的微应变较小，极大地降低了传感系统对外部声波感知的响应幅度。因此，我们迫切的需要一种油井光缆来降低声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，从而提高光纤对外部声波能量的响应幅度。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，用于解决现有油井光缆悬挂在套管内部的中央，无法与套管内壁紧贴，从而增加了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失程度的问题。本发明的吸附元件可紧贴套管内壁，外部声波能量传递到套管后直接作用到光缆上，降低了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，从而提高了光纤对外部声波能量的响应幅度，增大分布式声波传感光缆的声波灵敏度。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，包括涂覆光纤，所述涂覆光纤的外表面上紧贴有紧包层，所述紧包层的外表面上紧贴有增强层，所述增强层的外表上紧贴有可吸附套管的吸附元件，所述吸附元件的外表面上紧贴有保护层。

工作原理：当将光缆穿过套管内部时，由于光缆上设有可以吸附套管的吸附元件，所以利用吸附元件对套管的吸附力使光缆紧贴在套管的内壁上，当外部声波能量传递到套管上时，声波能量可以直接传递到保护层上，再依次传递到吸附元件上、增强层上、紧包层上和光纤上，这样降低了套管内液体、泥浆或空气隙对声波能量传递的影响，从而降低了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，提高了光纤对外部声波能量的响应幅度，增大了分布式声波传感光缆的声波灵敏度。

作为一种优选的方式，所述吸附元件为包裹在增强层外表面上的多组磁铁组件，多组所述磁铁组件沿涂覆光纤的长度方向间隔分布。

作为一种优选的方式，所述磁铁组件包括左半圆形磁铁和右半圆形磁铁，所述左半圆形磁铁和右半圆形磁铁相互吸引且均紧贴在增强层的外表面上。

作为一种优选的方式，所述磁铁组件的长度为5毫米-30毫米。

作为一种优选的方式，所述吸附元件包括贴附在增强层上的带状薄膜，所述带状薄膜上设有多个磁铁薄块，多个所述磁铁薄块均沿涂覆光纤的长度方向间隔分布。

作为一种优选的方式，所述带状薄膜为单层薄膜，多个所述磁铁薄块贴附在单层薄膜的外表面；或者所述带状薄膜为双层薄膜，多个所述磁铁薄块设置在双层薄膜内。

作为一种优选的方式，所述磁铁薄块的厚度为0.5毫米-2毫米，所述磁铁薄块的形状为矩形或圆形或椭圆形。

作为一种优选的方式，所述增强层包括紧贴在紧包层外表面上的护套，所述护套内还嵌入多根增强元件，多根所述增强元件均沿涂覆光纤的长度方向设置，所述吸附元件紧贴在护套的外表面上。

作为一种优选的方式，所述增强层包括紧贴在紧包层外表面上的增强元件，所述增强元件的外表面上紧贴有护套，所述吸附元件紧贴在护套的外表面上。

作为一种优选的方式，所述保护层和护套的材料均为高分子聚合物材料，所述增强元件的材料为纤维纱或纤维复合材料或非磁性金属丝材料。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的吸附元件可紧贴套管内壁，外部声波能量传递到套管后直接作用到光缆上，降低了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，从而提高了光纤对外部声波能量的响应幅度，增大分布式声波传感光缆的声波灵敏度。

(2)本发明中光纤与紧包层之间，紧包层与护套之间均为紧密接触，各层之间无空气间隙，无油膏填充，使外部声波能量能够及时有效的传递到光纤上，引起光纤局部应变，产生光学效应，从而提高了外界声波能量转化为光纤应变的耦合效率，提高了光纤对外界声波的灵敏度。

(3)本发明中光纤外的保护层、护套的材料均为热塑性高分子材料混合物，且增强元件的材料为纤维类材料或纤维复合材料或细金属丝，光缆中无钢带及金属铠装层，因而光缆的刚度小，更加柔软，外界局部的声波振动能及时传递到光纤上，在相应位置产生局部应变，使光纤中光学效应的响应更显著，位置更精确，信噪比更高。

(4)本发明中光纤外的保护层、护套的材料均为热塑性高分子材料混合物，且增强元件的材料为纤维类材料或纤维复合材料或细金属丝，光缆中无钢带及金属铠装层，因而光缆具有直径小，重量轻，柔软的优点，光缆现场安装、施工更加便捷。

(5)本发明中护套外沿光缆长度方向分布有多个磁铁组件或者带多个磁铁薄块的带状薄膜，使光缆具有磁性，对光缆周围的铁磁性金属管壁具有吸引力的作用。光缆在井筒内敷设后由于磁铁与井筒套管的吸引力，使光缆紧贴在井筒套管内壁，从而提高了外界声波及振动能量传递到光缆上的声波强度，增强了光缆对外界声波、振动信号的敏感性。因而，本方案中的光缆特别适合于敷设在井筒套管内的光纤传感应用。

附图说明

图1为本发明增强元件嵌入护套内时光缆的横截面结构简图；

图2为本发明增强元件位于紧包层和护套间时光缆的横截面结构简图；

图3为本发明吸附元件为磁铁组件时电缆的立体结构简图；

图4为本发明磁铁组件的立体结构简图；

图5为本发明吸附元件为磁铁薄块且带状薄膜为单层薄膜时的立体结构简图；

图6为本发明吸附元件为磁铁薄块且带状薄膜为双层薄膜时的立体结构简图；

附图标记：1保护层，2磁铁组件，21左半圆形磁铁，22右半圆形磁铁，3增强元件，4护套，5紧包层，6涂覆光纤，7带状薄膜，8磁铁薄块。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1-6所示，一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，包括涂覆光纤6，涂覆光纤6的外表面上紧贴有紧包层5，紧包层5的外表面上紧贴有增强层，增强层的外表上紧贴有可吸附套管的吸附元件，吸附元件的外表面上紧贴有保护层1。

工作原理：当将光缆穿过套管内部时，由于光缆上设有可以吸附套管的吸附元件，所以利用吸附元件对套管的吸附力使光缆紧贴在套管的内壁上，当外部声波能量传递到套管上时，声波能量可以直接传递到保护层1上，再依次传递到吸附元件上、增强层上、紧包层5上和光纤上，这样降低了套管内液体、泥浆或空气隙对声波能量传递的影响，从而降低了声波能量从套管传递到光缆过程中的损失，提高了光纤对外部声波能量的响应幅度，增大了分布式声波传感光缆的声波灵敏度。

另外，这里的涂覆光纤6为光固化丙烯酸酯涂层石英光纤，也可选择其它涂层如聚酰亚胺涂层，光纤的类型还可以是单模光纤、多模光纤，光栅阵列光纤，也可以采用空心光纤、多芯光纤或少模光纤等特殊光纤，光纤的芯数至少为1芯，可以为两芯或多芯。

实施例2：

如图1-4所示，在实施例1的基础上本实施例给出了吸附元件的一种优选机构，即吸附元件为包裹在增强层外表面上的多组磁铁组件2，多组磁铁组件2沿涂覆光纤6的长度方向间隔分布。

优选的，磁铁组件2包括左半圆形磁铁21和右半圆形磁铁22，左半圆形磁铁21和右半圆形磁铁22相互吸引且均紧贴在增强层的外表面上。

优选的，磁铁组件2的长度为5毫米-30毫米。

本实施例中：左半圆形磁铁21和右半圆形磁铁22的横截面可以是半圆环形，由形状、大小相同的两块磁铁相互吸引组成一个空心圆柱体，包裹在增强层的外表面。左半圆形磁铁21和右半圆形磁铁22的圆弧形内表面和圆弧形外表面分别为磁铁的两极，具有不同的极性，组成一对的左半圆形磁铁21和右半圆形磁铁22的极性分布相反，因而能相互吸引，组成环形圆柱体。例如左半圆形磁铁21的内表面为S极，外表面为N极，则右半圆形磁铁22内表面为N极，圆弧形外表面为S极。磁铁的长度可以根据光缆的直径不同而考虑，优选为5毫米-30毫米。磁铁组件2在光缆上分布的间距可以根据光缆下井施工过程中对光缆的施工张力大小要求来考虑，例如10米、20米，或50米等。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。

实施例3：

如图5-6所示，在实施例1的基础上本实施例给出了吸附元件的另一种优选结构，即吸附元件包括贴附在增强层上的带状薄膜7，带状薄膜7上设有多个磁铁薄块8，多个磁铁薄块8均沿涂覆光纤6的长度方向间隔分布。

优选的，带状薄膜7为单层薄膜，多个磁铁薄块8贴附在单层薄膜的外表面；或者带状薄膜7为双层薄膜，多个磁铁薄块8设置在双层薄膜内。

优选的，磁铁薄块8的厚度为0.5毫米-2毫米，磁铁薄块8的形状为矩形或圆形或椭圆形。

本实施例中，磁铁薄块8可以预先采用非磁性材料制成的带状薄膜7封装固定，以有利于安装到增强层的过程中实现连续自动化生产，磁铁薄块8可以是易于弯曲变形的材料或制成与增强层外表面相贴合的弧形，以便于安装到增强层外层时能与增强层外表面紧密贴合。磁铁薄块8的宽度和长度可以根据光缆的直径大小、增强层包裹范围及光缆的弯曲性能来考虑，一般对于增强层直径在3毫米-5毫米的光缆，磁铁薄块8的长度约为5毫米-15毫米。带状薄膜7上磁铁薄块8之间的间距可以根据光缆下井施工过程中对光缆的施工张力大小要求来考虑，例如10米、20米，或50米等。

带状薄膜7的材料可以是塑料薄膜带或无纺布带，也可以采用双层包带，将磁铁置于双层包带中间，双层包带通过热压粘合或中间涂胶粘合的方式制成；也可以采用单层包带，将磁铁薄块8的一面涂胶后黏贴固定在包带上。磁铁薄块8靠近增强层的一面和远离增强层的一面分别为不同的极性，例如靠近增强层的一面为N极，则相对面即远离护套4的一面为S极。带有磁铁薄块8的带状薄膜7可以在增强层表面纵包，也可以在增强层表面绕包。

磁铁外部保护层1还可以采用非金属纤维材料编织或非磁性金属丝编织后再涂覆树脂涂料或挤出聚合物包覆形成保护层1，也可以采用热塑性软管包裹在磁铁外部后热缩形成紧密包裹的保护层1。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。

实施例4：

如图1所示，在实施例1的基础上本实施例给出了增强层的一种优选结构，即增强层包括紧贴在紧包层5外表面上的护套4，护套4内还嵌入多根增强元件3，多根增强元件3均沿涂覆光纤6的长度方向设置，吸附元件紧贴在护套4的外表面上。

当外部声波能量传递到套管上时，声波能量可以直接传递到保护层1上，再依次传递到吸附元件上、护套4和增强元件3上、紧包层5上，最终传递到光纤上。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。

实施例5：

如图2所示，在实施例1的基础上本实施例给出了增强层的另一种优选结构，即增强层包括紧贴在紧包层5外表面上的增强元件3，增强元件3的外表面上紧贴有护套4，吸附元件紧贴在护套4的外表面上。

当外部声波能量传递到套管上时，声波能量可以直接传递到保护层1上，再依次传递到吸附元件上、护套4上、增强元件3上、紧包层5上，最终传递到光纤上。

实施例4和实施例5的共同部分为：保护层1为非导磁性材料，可以采用高分子塑料或橡胶或复合材料挤出包覆或涂料涂覆包裹，例如采用尼龙、聚丙烯、氟塑料等材料挤出包覆。保护层1还可以根据使用环境要求选择具有耐高温、耐油性能更好的聚合物材料，如氟塑料等材料，保护层1的外径为0.5毫米-1.5毫米。

护套4为高分子聚合物材料，如聚氯乙烯、尼龙、聚丙烯、弹性体、氟塑料等材料。护套4的外径为2.0mm-8.0mm；增强元件3的材料为纤维纱类材料或纤维复合材料等非磁性材料，如芳纶纤维、碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维、玻璃纤维复合塑料杆、芳纶纤维复合杆、去磁钢丝或不锈钢丝等。增强元件3中的纤维束根数或纤维复合材料根数或非磁性金属线根数至少为1根，增强元件3的类型、规格、根数可根据光缆实际应用环境要求来选择，使光缆的抗拉强度、拉伸弹性模量及刚度等机械性能指标达到应用环境要求的指标。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：包括涂覆光纤(6)，所述涂覆光纤(6)的外表面上紧贴有紧包层(5)，所述紧包层(5)的外表面上紧贴有增强层，所述增强层的外表上紧贴有可吸附套管的吸附元件，所述吸附元件的外表面上紧贴有保护层(1)。

2.根据权利要求1所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述吸附元件为包裹在增强层外表面上的多组磁铁组件(2)，多组所述磁铁组件(2)沿涂覆光纤(6)的长度方向间隔分布。

3.根据权利要求2所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述磁铁组件(2)包括左半圆形磁铁(21)和右半圆形磁铁(22)，所述左半圆形磁铁(21)和右半圆形磁铁(22)相互吸引且均紧贴在增强层的外表面上。

4.根据权利要求2或3所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述磁铁组件(2)的长度为5毫米-30毫米。

5.根据权利要求1所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述吸附元件包括贴附在增强层上的带状薄膜(7)，所述带状薄膜(7)上设有多个磁铁薄块(8)，多个所述磁铁薄块(8)均沿涂覆光纤(6)的长度方向间隔分布。

6.根据权利要求5所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述带状薄膜(7)为单层薄膜，多个所述磁铁薄块(8)贴附在单层薄膜的外表面；或者所述带状薄膜(7)为双层薄膜，多个所述磁铁薄块(8)设置在双层薄膜内。

7.根据权利要求5或6所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述磁铁薄块(8)的厚度为0.5毫米-2毫米，所述磁铁薄块(8)的形状为矩形或圆形或椭圆形。

8.根据权利要求1所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述增强层包括紧贴在紧包层(5)外表面上的护套(4)，所述护套(4)内还嵌入多根增强元件(3)，多根所述增强元件(3)均沿涂覆光纤(6)的长度方向设置，所述吸附元件紧贴在护套(4)的外表面上。

9.根据权利要求1所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述增强层包括紧贴在紧包层(5)外表面上的增强元件(3)，所述增强元件(3)的外表面上紧贴有护套(4)，所述吸附元件紧贴在护套(4)的外表面上。

10.根据权利要求8或9所述的一种可吸附在油气井金属管壁内侧的磁吸式油井光缆，其特征在于：所述保护层(1)和护套(4)的材料均为高分子聚合物材料，所述增强元件(3)的材料为纤维纱或纤维复合材料或非磁性金属丝材料。

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