CN111897063A - 一种油井用测温光缆 - Google Patents

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郝凤欢
葛辉良
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Abstract

本发明公开了一种油井用测温光缆，涉及油井光纤测温领域，包括内保护层、外保护层和光纤层，该内保护层包括由内向外依次套设的内层保护管、铝层和外层保护管；所述外保护层设于所述内保护层的外周；所述光纤层，置于所述内层保护管内，包括光纤、光纤光栅温度传感光纤和填充在两者之间的填充物。本发明采用耐高温光纤光栅作为敏感元件制作封装温度传感器，具有耐高温、体积小、精度高、质量轻、便于复用的特点；实现对DTS系统测温光缆的温度初始定标，无需将测温光缆整体进行温度定标处理，提高DTS系统测温光缆在油田中实际施工的便利性；在实际使用过程中可以实时获取参考温度点温度值对分布式油井测温的温度进行校准，提高DTS系统的测温准确度。

Description

一种油井用测温光缆
技术领域
本发明涉及油井光纤测温的领域，具体涉及一种油井用测温光缆。
背景技术
在油井的测量过程中，油井中温度场的分布是油田的一个重要参数。井下温度的稳定监测可以协助提高采收率、提高产量、实时优化生产、及时了解油藏变化趋势，是规划油藏、制定生产任务的重要决策依据。
分布式光纤测温(Distributed Temperature Sensor,DTS)技术是井下温度测量的新技术，它是利用拉曼散射和光时域反射技术研制而成，以长距离光纤作为温度传感器下到井下，沿整个完井长度连续性的采集井下温度剖面变化，与传统的点式传感器相比具有无可比拟的优势。DTS系统常采用基于反斯托克斯光和斯托克斯光双路解调方法，将光纤中斯托克斯光作为参考光，利用反斯托克斯光与斯托克斯光的强度比值关系得到光纤的温度场分布。
光在光纤中传输时，斯托克斯光与反斯托克斯光在光纤中的衰减系数不同，为温度解调引入了误差。为了消除由于光衰减系数不同引入误差，需要对测温光缆进行温度初始定标，常用方式为将光缆部分或者整体放入恒温环境进行温度分段定标，计算得到光信号中斯托克斯光与反斯托克斯光衰减系数及温度系数。由于油井工作环境温度一般为300℃左右，对测温光缆定标环境以及定标精度要求较高，限制了DTS系统的使用范围。同时，油井测温光缆均为长距离光缆，在收放过程中受到的扭力等可能会引入光纤色散，从而影响DTS系统的测温精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种油井用测温光缆，该测温光缆中集成了光纤光栅温度传感器，将光纤光栅温度传感器所在光缆位置点作为温度参考点，通过光缆中不同温度参考点的斯托克斯光与反斯托克斯光的比值关系补偿由于光衰减系数的不同而造成的测量误差，从而降低光纤中色散等对解调结果的影响，实现对DTS系统测温光缆的初始定标与实时校准，提高系统温度测量精准度。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种油井用测温光缆，包括
内保护层，其包括由内向外依次套设的内层保护管、铝层和外层保护管；
外保护层，其设于所述内保护层的外周；以及
光纤层，其置于所述内层保护管内，包括光纤、光纤光栅温度传感光纤和填充在两者之间的填充物；
所述光纤光栅温度传感光纤由若干个光纤光栅与一根单模连接光纤串联而成；所述光纤光栅为飞秒激光刻蚀光纤光栅或者其它类型的耐高温光纤光栅，每一光纤光栅置于光纤保护管内封装形成温度传感器，该光纤保护管的两端与单模连接光纤连接固定，温度传感器沿该单模连接光纤均匀分布，每一温度传感器所处的位置点形成一个温度参考点。
作为优选的技术方案，所述光纤采用单模光纤或多模光纤，其光纤包层外采用聚酰亚胺涂覆或金属涂覆；所述单模光纤的纤芯直径为9μm，包层外径为125μm；所述多模光纤的纤芯直径为50μm，包层外径为125μm。
作为优选的技术方案，所述填充物采用耐高温纤膏或者耐高温纤维。
作为优选的技术方案，所述内层保护管与外层保护管采用304或者316L不锈钢制成。
作为优选的技术方案，所述铝层经连续挤出工艺制成。
作为优选的技术方案，所述外保护层由内层铠装钢丝和外层铠装钢丝反向缠绕而成。
作为优选的技术方案，所述内层铠装钢丝和外层铠装钢丝为高强度镀锌钢丝或者防硫合金钢丝。
作为改进的技术方案，所述外保护层包括绝缘层，该绝缘层采用聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯制成，其形状为方形或者圆形。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用耐高温光纤光栅作为敏感元件制作封装温度传感器，具有耐高温、体积小、精度高、质量轻、便于复用的特点；
2、本发明将由耐高温温度传感器复用而成的光纤光栅温度传感光纤集成于油井测温光缆中，实现对DTS系统测温光缆的温度初始定标，无需将测温光缆整体进行温度定标处理，提高了DTS系统测温光缆在油田中实际施工的便利性；
3、本发明油井测温光缆中引入参考温度点，在实际使用过程中可以实时获取参考温度点温度值对分布式油井测温的温度进行校准，降低了因收放光缆等使用环境引入的光纤色散等对解调结果的影响，提高了DTS系统的测温准确度。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为光纤光栅温度传感光纤的封装结构示意图。
附图标记说明：1、光纤；2、光纤光栅温度传感光纤；3、填充物；4、内层保护管；5、铝层；6、外层保护管；7、内层铠装钢丝；8、外层铠装钢丝；9、绝缘层；10、光纤保护管；11、光纤光栅；12、单模连接光纤。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例1：如附图1所示，一种油井用测温光缆，包括内保护层、外保护层和光纤层，所述内保护层包括由内向外依次套设的内层保护管4、铝层5和外层保护管6，其中内层保护管4与外层保护管6采用304或者316L不锈钢制成，铝层5经连续挤出工艺制成；所述光纤层置于内层保护管4内，包括光纤1、光纤光栅温度传感光纤2和填充在两者之间的填充物3，优选地，该光纤1为聚酰亚胺涂覆光纤，光纤类型为多模光纤，芯径为50μm或者62.5μm，包层外径为125μm，所述填充物3为耐高温吸氢纤膏；所述外保护层由内层铠装钢丝7和外层铠装钢丝8反向缠绕而成，两者均为镀锌钢丝。
所述光纤光栅温度传感光纤2的一种封装结构如附图3所示，该光纤光栅温度传感光纤2由若干个光纤光栅11与一根聚酰亚胺涂覆的单模连接光纤12串联而成；该光纤光栅11为飞秒激光刻蚀光纤光栅，每一光纤光栅11置于光纤保护管10内封装形成温度传感器，该光纤保护管10的两端与单模连接光纤12连接固定，完成封装后整个温度传感器部分再用聚酰亚胺材料重新涂覆，温度传感器沿该单模连接光纤12均匀分布，每一温度传感器所处的位置点形成一个温度参考点。本实施例中，该油井用测温光缆的长度为10km，温度传感器数量为10，光纤光栅11的波长均匀分布在1510nm-1590nm内，不同光纤光栅波长间隔>7nm。
工作原理：实际测量时，以该井用测温光缆中温度传感器所处的位置点为温度参考点，通过该井用测温光缆中不同温度参考点的温度值与该点的斯托克斯光与反斯托克斯光的比值进行计算可以得到该井用测温光缆的光衰减系数，从而补偿由于光纤衰减系数的不同而造成的温度测量误差，实现分布式测温光缆初始定标的功能。同时，根据各个温度参考点的温度值实现对分布式测温系统测量温度值进行多点实时校准。
实施例2：如附图2所示，与实施例1不同之处在于，所述外保护层为绝缘层9，该绝缘层9采用聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯制成，其形状为方形(也可是圆形，根据具体使用环境选择)。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种油井用测温光缆，其特征在于：包括
内保护层，其包括由内向外依次套设的内层保护管(4)、铝层(5)和外层保护管(6)；
外保护层，其设于所述内保护层的外周；以及
光纤层，其置于所述内层保护管(4)内，包括光纤(1)、光纤光栅温度传感光纤(2)和填充在两者之间的填充物(3)；
所述光纤光栅温度传感光纤(2)由若干个光纤光栅(11)与一根单模连接光纤(12)串联而成；所述光纤光栅(11)为飞秒激光刻蚀光纤光栅或者其它类型的耐高温光纤光栅，每一光纤光栅(11)置于光纤保护管(10)内封装形成温度传感器，该光纤保护管(10)的两端与单模连接光纤(12)连接固定，温度传感器沿该单模连接光纤(12)均匀分布，每一温度传感器所处的位置点形成一个温度参考点。
2.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述光纤(1)采用单模光纤或多模光纤，其光纤包层外采用聚酰亚胺涂覆或金属涂覆；所述单模光纤的纤芯直径为9μm，包层外径为125μm；所述多模光纤的纤芯直径为50μm，包层外径为125μm。
3.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述填充物(3)采用耐高温纤膏或者耐高温纤维。
4.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述内层保护管(4)与外层保护管(6)采用304或者316L不锈钢制成。
5.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述铝层(5)经连续挤出工艺制成。
6.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述外保护层由内层铠装钢丝(7)和外层铠装钢丝(8)反向缠绕而成。
7.根据权利要求6所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述内层铠装钢丝(7)和外层铠装钢丝(8)为高强度镀锌钢丝或者防硫合金钢丝。
8.根据权利要求1所述的油井用测温光缆，其特征在于：所述外保护层包括绝缘层(9)，该绝缘层(9)采用聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯制成，其形状为方形或者圆形。
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