CN116220664B - 一种油气井光纤式测温系统及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种油气井光纤式测温系统及其实施方法，涉及油气井测温技术领域，该油气井光纤式测温系统至少包括安装盘、锁紧机构、移动机构、温度传感器和光纤，锁紧机构设于安装盘的一面并能将安装盘固定于井筒的内壁上，温度传感器通过移动机构设于安装盘的另一面，且温度传感器在移动机构的带动下沿安装盘的径向和/或周向移动，安装盘上开设有上下贯通的连通孔，光纤的一端与温度传感器相连通，光纤的另一端贯穿连通孔并与延伸至地面。本发明提出一种油气井光纤式测温系统及其实施方法能够有效提高测温结果的准确度。

Description

一种油气井光纤式测温系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及油气井测温技术领域，特别涉及一种油气井光纤式测温系统及其实施方法。

背景技术

随着光纤技术的不断发展，光纤技术的应用领域也在不断扩大，而目前作为最成熟稳定的光纤测温技术基本已在电力安全领域开始应用。光纤测温与传统测温技术相比，不受外界磁场的干扰、无电传感，且化学性能稳定、传输距离远，可用于对外界参量的绝对测量。

现有的油气井光纤式测温系统，包括安装盘、钢丝、套管和温度传感器，安装盘的顶部固设有钢丝，钢丝的另一端连接有放卷机构，套管固设于安装盘的顶部，多个温度传感器安装于安装盘的底表面上，每个温度传感器的输出接口处均连接有光纤，光纤铺设于套管内，光线的另一端与地面控制系统连接。通过放卷机构收放钢丝，能够控制安装盘在油气井内的深度，将安装盘下入到油气井内指定深度后，各个温度传感器测量出该深度处油气井内的温度，温度传感器将温度信号转换成电信号，并将电信号经光纤传递给地面控制系统，地面控制系统计算出该深度处油气井内的平均温度。并且，随着安装盘继续向下运动，即可获知该待油气井各深度处温度的分布情况。

上述现有的油气井光纤式测温系统虽然能够测量出油气井各深度处温度的分布情况，但是还存在一些技术缺陷：

首先，在安装的底表面布置大量的温度传感器，虽然能够一次性测量出指定深度的平均温度值，但是投入的温度传感器数量过大，增加了测温系统的制作成本。

其次，当钢丝下放安装盘时，安装盘处于晃动状态，造成位于安装盘底表面上各个温度传感器晃动，使得各个温度传感器所测量出的温度值是变化的，进而导致由此计算出的平均温度值也是变化的，影响测量结果的准确度。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种油气井光纤式测温系统及其实施方法，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气井光纤式测温系统及其实施方法，有效提高测温结果的准确度。

为达到上述目的，本发明提出一种油气井光纤式测温系统，其中，所述油气井光纤式测温系统至少包括安装盘、锁紧机构、移动机构、温度传感器和光纤，所述锁紧机构设于所述安装盘的一面并能将所述安装盘固定于井筒的内壁上，所述温度传感器通过所述移动机构设于所述安装盘的另一面，且所述温度传感器在所述移动机构的带动下沿所述安装盘的径向和/或周向移动，所述安装盘上开设有上下贯通的连通孔，所述光纤的一端与所述温度传感器相连通，所述光纤的另一端贯穿所述连通孔并与延伸至地面；

所述移动机构包括周向驱动组件和径向驱动组件，所述周向驱动组件带动所述温度传感器(4)沿所述安装盘(1)的圆周方向移动，所述径向驱动组件带动所述温度传感器(4)沿所述安装盘的径向移动；

所述周向驱动组件包括周向驱动电机(15)、悬臂(5)和支架(6)，所述周向驱动电机固定连接在所述安装盘(1)上，所述悬臂(5)的一端与所述周向驱动电机(15)的输出轴固定连接，所述悬臂(5)的另一端与所述支架(6)固定连接，所述输出轴和所述悬臂(5)和沿所述安装盘(1)的轴线设置，所述支架(6)平行于所述安装盘(1)的径向设置，所述温度传感器(4)安装在所述支架(6)上。

本发明还提出一种油气井光纤式测温系统的实施方法，利用如上所述的油气井光纤式测温系统测量井下温度，其中，将所述安装盘下放至油气井的预定深度，利用所述锁紧机构将所述安装盘固定于所述预定深处，通过所述移动机构驱动所述温度传感器沿所述安装盘的径向和/或周向移动，所述温度传感器的移动路径经过多个预定测温点位，所述温度传感器测量各所述预定测温定位的温度并生成对应的电信号，所述光纤将所述电信号传输至地面。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明提出的油气井光纤式测温系统及实施方法，利用锁紧机构将安装盘固定于井下的预定深度，避免了温度传感器测量时安装盘和温度传感器发生晃动，保证了温度传感器测量结果的准确性。

本发明提出的油气井光纤式测温系统及实施方法，仅在安装盘上设置有一个温度传感器，该温度传感器在移动机构的驱动下经过多个预定的测温点，既满足了在预定深度多点测温，又减少了温度传感器的数量，降低了油气井光纤式测温系统的成本。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1A向示意图；

图3为支架与温度传感器的连接示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为温度传感器下放到油气井内指定深度的示意图；

图6为锥形头插入到油气井中的示意图；

图7为温度传感器径向一定距离的示意图。

附图标记说明：

1、安装盘，2、钢丝，3、套管，4、温度传感器，5、悬臂，6、支架，7、丝杆，8、导轨，9、螺母，10、光纤，11、锁紧机构，12、锁紧电缸，13、推板，14、锥形头，15、周向驱动电机，16、径向驱动电机，17、滚珠轴承，18、导向轮，19、位移传感器，20、油气井。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

如图1至图7示，本发明提出一种油气井光纤式测温系统100，该油气井光纤式测温系统至少包括安装盘1、锁紧机构11、移动机构、温度传感器4和光纤10，锁紧机构11设于安装盘1的一面并能将安装盘1固定于井筒的内壁上，温度传感器4通过移动机构设于安装盘1的另一面，且温度传感器4在移动机构的带动下沿安装盘1的径向和/或周向移动，安装盘1上开设有上下贯通的连通孔，光纤10的一端与温度传感器4相连通，光纤10的另一端贯穿所述连通孔并与延伸至地面。

本发明还提出一种的油气井光纤式测温系统的实施方法，利用如上所述的油气井光纤式测温系统100测量井下温度，其中，将安装盘1下放至油气井的预定深度，利用锁紧机构11将安装盘1固定于预定深处，通过移动机构驱动温度传感器4沿安装盘1的径向和/或周向移动，温度传感器4的移动路径经过多个预定测温点位，温度传感器4测量各预定测温定位的温度并生成对应的电信号，光纤10将电信号传输至地面。

本发明提出的油气井光纤式测温系统100及实施方法，利用锁紧机构11将安装盘1固定于井下的预定深度，避免了温度传感器4测量时安装盘1和温度传感器4发生晃动，保证了温度传感器4测量结果的准确性。

本发明提出的油气井光纤式测温系统100及实施方法，仅在安装盘1上设置有一个温度传感器4，该温度传感器4在移动机构的驱动下经过多个预定的测温点，既满足了在预定深度多点测温，又减少了温度传感器4的数量，降低了油气井光纤10式测温系统的成本。

在本发明一个可选的实施方式中，移动机构包括周向驱动组件和径向驱动组件，周向驱动组件带动温度传感器4沿安装盘1的圆周方向移动，径向驱动组件带动温度传感器4沿安装盘1的径向移动。

在该实施方式一个可选的例子中，周向驱动组件包括周向驱动电机15、悬臂5和支架6，周向驱动电机15固定连接在安装盘1上，悬臂5的一端与驱动电机的输出轴固定连接，悬臂5的另一端与支架6固定连接，输出轴和悬臂5和沿安装盘1的轴线设置，支架6平行于安装盘1的径向设置，温度传感器4安装在支架6上。

在一个可选的例子中，径向驱动组件包括径向驱动电机16、丝杆7、螺母9和导轨8，径向驱动电机16固定连接在支架6上，丝杆7的一端与径向驱动电机16的输出轴固定连接，输出轴和丝杆7平行于支架6设置，螺母9套设于丝杆7外并与丝杆7螺纹配合，导轨8位于支架6上并平行于丝杆7设置，螺母9上设有与导轨8对位配合的滑槽，温度传感器4固设于螺母9上。

在本发明一个可选的实施方式中，油气井光纤10式测温系统还包括光纤10导向结构，光纤10导向结构包括滚轴轴承17和导向轮18，滚轴轴承17的外圈固定连接于安装盘1的另一面，滚轴轴承17的内圈穿设有转轴，导向轮18安装于转轴的一端，光纤10的绕过导向轮18。

在本发明一个可选的实施方式中，油气井光纤10式测温系统还包括套管3，套管3固设于安装盘1的一面并与连通孔相连接，光纤10穿设于套管3内并经套管3导向至地面。

在本发明一个可选的实施方式中，锁紧机构11包括两个锁紧组件，两个锁紧组件分别设置于安装盘1的相对两侧，各锁紧组件包括锁紧电缸12和推板13，锁紧电缸12固定连接在安装盘1上，锁紧电缸12的活塞杆的末端安装有推板13，推板13能够在活塞杆的带动下伸出至安装盘1的外侧。

在本发明一个可选的实施方式中，推板13上固设有多个朝向安装盘1外侧设置的锥形头14。

在本发明一个可选的实施方式中，油气井光纤10式测温系统还包括两个放卷机构，两个放卷机构对称地设置并分别位于安装盘1的相对两侧，各放卷机构通过钢丝2与安装盘1相连接。

在本发明一个可选的实施方式中，油气井光纤10式测温系统还包括控制元件，控制元件设于地面并与光纤10相连接。

在本发明一个可选的实施方式中，安装盘1上还设置有位移传感器19。

请参考图1至图6，现结合一实施例详细说明本发明提出的油气井光纤10式测温系统100及具体实施方法。

在本实施例中，油气井光纤式测温系统100包括安装盘1，安装盘1的顶部固设有钢丝2，钢丝2的另一端连接有放卷机构，安装盘1的顶部还固设有套管3，安装盘1的底面上固设有周向驱动机构，周向驱动机构的输出轴上固设有悬臂5，悬臂5的左端部的底表面上焊接有支架6，支架6内旋转安装有水平设置的丝杆7，支架6的顶表面上固设有平行于丝杆7设置的导轨8，丝杆7上螺纹连接有可沿丝杆7长度方向运动的螺母9，螺母9的底部开设有滑槽，螺母9经滑槽与导轨8滑动配合安装于导轨8上，支架6左端部的外壁上设置有径向驱动电机，径向驱动电机的输出轴与丝杆7的一端经联轴器连接，螺母9的顶部固设有温度传感器4，螺母9的顶部焊接有安装板，温度传感器4固设于安装板的顶表面上，温度传感器4设置于安装盘1的中心处的正下方，温度传感器4的输出接口处连接有光纤10，光纤10由下往上贯穿套管3设置，且延伸端与地面控制元件连接。

安装盘1顶面上且沿其外边缘上至少设置有两个用于固定安装盘1的锁紧机构11，锁紧机构11包括固设于安装盘1顶表面上的锁紧电缸12，锁紧电缸12的活塞杆延伸于安装盘1的外部，且延伸端上焊接有推板13，推板13的外端面上焊接有多个锥形头14；安装盘1内开设有连通孔，套管3的下端部焊接于连通孔内。安装盘1的底表面上固设有滚珠轴承17，滚珠轴承17内旋转安装有转轴，转轴的底部旋转安装有导向轮18，光纤10向上绕过导向轮18且穿设于套管3内，安装盘1的顶表面上设置有位移传感器19。

周向驱动组件包括减速器I和周向驱动电机(自锁电机)15，该减速器I固设于安装盘1的底表面上，周向驱动电机(自锁电机)15固设于减速器I上，周向驱动电机(自锁电机)15的输出轴与减速器I的输入轴连接，减速器I的输出轴朝下设置，悬臂5焊接于减速器I的底表面上。径向驱动动力组件包括固设于支架6左端部的减速器II、固设于减速器II上的径向驱动电机(伺服电机)16，径向驱动电机(伺服电机)16的输出轴与减速器II的输入轴连接，减速器II的输出轴与丝杆7的左端部经联轴器连接。

周向驱动电机(自锁电机)15、径向驱动电机(伺服电机)16、位移传感器19和锁紧电缸12的信号线由下往上贯穿套管3设置，且延伸端与地面控制元件连接，工人可在地面控制元件上控制周向驱动电机(自锁电机)15、径向驱动电机(伺服电机)16的启动或关闭，同时还能控制锁紧电缸12活塞杆的伸出或缩回，方便了工人的操作，具有自动化程度高的特点。

该油气井光纤10式测温系统的实施方法，包括以下步骤：

S1、工人打开放卷机构，放卷机构上的钢丝2被放卷出来，钢丝2带动安装盘1向下运动，安装盘1下放到油气井内，在下放过程中，确保安装盘1处于水平状态，同时位移传感器19实时的测量安装盘1的下放深度，并将深度信号经信号线传递给地面控制系统，地面的工人即可得下放的温度传感器4到达油气井20的深度；

S2、工人在地面控制系统的显示屏上观察到温度传感器4的下放深度到达指定深度时，工人立即关闭与钢丝2相连接的放卷机构；

S3、安装盘1的固定，工人控制各个锁紧电缸12的活塞杆同时伸出，活塞杆带动推板13向外运动，推板13带动锥形头14向外运动，各个锥形头14插入到其周围的油气井20中，当锁紧电缸12的活塞杆完全伸出后，即可实现将安装盘1的固定；

S4、温度的测量，其具体操作步骤为：

S41、工人控制径向驱动电机(伺服电机)16启动，径向驱动电机(伺服电机)16的转矩经减速器II减速后带动丝杆7转动，螺母9沿着丝杆7的长度方向运动，螺母9带动温度传感器4同步做径向运动，当运动指定的距离后，工人控制径向驱动电机(伺服电机)16关闭，一段时间后，温度传感器4采集该点位处温度，并将温度信号转换成电信号，温度传感器4将电信号经光纤10传递给地面控制系统，从而实现了在指定深度处，测量出该点位处温度的数值；

S42、工人控制周向驱动电机(自锁电机)15启动，周向驱动电机(自锁电机)15的转矩经减速器I减速后带动悬臂5转动，悬臂5带动支架6同步旋转，进而带动温度传感器4同步转动，当温度传感器4转动一定角度后，控制自锁电机15关闭，而后温度传感器4采集该点位处温度，并将温度值经光纤传递给地面控制系统；重复步骤S42的操作，即可实现在该指定深处，测量出在圆形轨道上的温度数值；

S43、工人重复步骤S41～S42的操作多次，直到螺母9运动到丝杆7的末端，即可最终测量出在该指定深度处各点位处的温度数值，从而计算出该深度处油气井20的平均温度数值；

在该步骤S4的测温过程中，安装盘1是预先经锁紧机构11固定的，从而避免了安装盘1晃动，进而有效的防止了温度传感器4晃动，提高了温度传感器4的测温精度，因此，该测温系统相比传统的油气井测温系统，极大的提高了测温精度。

此外，本测温系统通过径向驱动电机(伺服电机)16、周向驱动电机(自锁电机)15、丝杆7和螺母9的配合使温度传感器4在能够在指定深度处的多个圆形轨道上进行测温，从而便于地面控制元件计算出平均温度，因此本系统只需一个温度传感器4即可测出平均温度，相比传统的油气井测温系统需采用数个温度传感器进行测温，极大的节省了测温成本。

S5、当测量第一个指定深度处的平均温度后，工人先经地面控制系统控制各个锁紧电缸12的活塞杆同时缩回，活塞杆带动推板13朝向安装盘1方向运动，进而使锥形头14从油气井20中拔出，然后工人控制径向驱动电机(伺服电机)16复位，径向驱动电机(伺服电机)16带动丝杆7反转，螺母9沿着丝杆7的长度方向复位；

S6、工人重复步骤S1～S4的操作，即可计算出另一指定深度处油气井20的平均温度值，如此重复步骤S6多次，即可最终得知该油气井20各深度处温度的分布情况，从而为后期的油气开采提供参考。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (9)

1.一种油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统(100)至少包括安装盘(1)、锁紧机构(11)、移动机构、温度传感器(4)和光纤(10)，所述锁紧机构(11)设于所述安装盘(1)的一面并能将所述安装盘(1)固定于井筒的内壁上，所述温度传感器(4)通过所述移动机构设于所述安装盘(1)的另一面，且所述温度传感器(4)在所述移动机构的带动下沿所述安装盘(1)的径向和/或周向移动，所述安装盘(1)上开设有上下贯通的连通孔，所述光纤(10)的一端与所述温度传感器(4)相连通，所述光纤(10)的另一端贯穿所述连通孔并延伸至地面；所述移动机构包括周向驱动组件和径向驱动组件，所述周向驱动组件带动所述温度传感器(4)沿所述安装盘(1)的圆周方向移动，所述径向驱动组件带动所述温度传感器(4)沿所述安装盘的径向移动；所述周向驱动组件包括周向驱动电机(15)、悬臂(5)和支架(6)，所述周向驱动电机固定连接在所述安装盘(1)上，所述悬臂(5)的一端与所述周向驱动电机(15)的输出轴固定连接，所述悬臂(5)的另一端与所述支架(6)固定连接，所述输出轴和所述悬臂(5)沿所述安装盘(1)的轴线设置，所述支架(6)平行于所述安装盘(1)的径向设置，所述温度传感器(4)安装在所述支架(6)上；

所述径向驱动组件包括径向驱动电机(16)、丝杆(7)、螺母(9)和导轨(8)，所述径向驱动电机(16)固定连接在所述支架(6)上，所述丝杆(7)的一端与所述径向驱动电机(16)的输出轴固定连接，所述输出轴和所述丝杆(7)平行于所述支架(6)设置，所述螺母(9)套设于所述丝杆(7)外并与所述丝杆(7)螺纹配合，所述导轨(8)位于所述支架(6)上并平行于所述丝杆(7)设置，所述螺母(9)上设有与所述导轨(8)对位配合的滑槽，所述温度传感器固设于所述螺母(9)上；

所述锁紧机构(11)包括两个锁紧组件，两个所述锁紧组件分别设置于所述安装盘(1)的相对两侧，各所述锁紧组件包括锁紧电缸(12)和推板(13)，所述锁紧电缸(12)固定连接在所述安装盘(1)上，所述锁紧电缸(12)的活塞杆的末端安装有所述推板(13)，所述推板(13)能够在所述活塞杆的带动下伸出至所述安装盘(1)的外侧。

2.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统还包括光纤导向结构，所述光纤导向结构包括滚轴轴承(17)和导向轮(18)，所述滚轴轴承(17)的外圈固定连接于所述安装盘(1)的所述另一面，所述滚轴轴承(17)的内圈穿设有转轴，所述导向轮(18)安装于所述转轴的一端，所述光纤(10)绕过所述导向轮(18)。

3.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统还包括套管(3)，所述套管(3)固设于所述安装盘(1)的所述一面并与所述连通孔相连接，所述光纤(10)穿设于所述套管(3)内并经所述套管(3)导向至所述地面。

4.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述推板(13)上固设有多个朝向所述安装盘(1)外侧设置的锥形头(14)。

5.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统还包括两个放卷机构，两个所述放卷机构对称地设置并分别位于所述安装盘(1)的相对两侧，各所述放卷机构通过钢丝(2)与所述安装盘(1)相连接。

6.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统还包括控制元件，所述控制元件设于地面并与所述光纤(10)相连接。

7.如权利要求1所述的油气井光纤式测温系统，其特征在于，所述安装盘上还设置有位移传感器。

8.一种油气井光纤式测温系统的实施方法，利用如权利要求1至7中任意一项所述的油气井光纤式测温系统测量井下温度，其特征在于，将所述安装盘(1)下放至油气井的预定深度，利用所述锁紧机构(11)将所述安装盘(1)固定于所述预定深度，通过所述移动机构驱动所述温度传感器(4)沿所述安装盘(1)的径向和/或周向移动，所述温度传感器(4)的移动路径经过多个预定测温点位，所述温度传感器(4)测量各所述预定测温定位的温度并生成对应的电信号，所述光纤(10)将所述电信号传输至地面。

9.如权利要求8所述的油气井光纤式测温系统的实施方法，其特征在于，所述油气井光纤式测温系统的实施方法包括：

步骤S1，通过放卷机构将安装盘(1)下放到油气井内；

步骤S2，当安装盘(1)下放至指定深度后，关闭放卷机构；

步骤S3，通过锁紧机构(11)固定安装盘(1)；

步骤S4，通过温度传感器(4)测量油气井内温度；其中，

步骤S41，通过径向驱动电机(16)驱动温度传感器(4)沿安装盘(1)径向运动第一指定距离后，通过温度传感器(4)测量第一点的温度生成对应的电信号；

步骤S42，通过周向驱动电机(15)驱动温度传感器(4)沿安装盘(1)径向运动指定距离后，周向运动第二指定距离后，通过温度传感器(4)测量第二点的温度生成对应的电信号；重复上述操作，测量出圆形轨道上各点的温度数值；

步骤S5，锁紧机构(11)解除安装盘(1)的固定；

步骤6，重复步骤S1～S4，测量出油气井内指定深度处各点的温度，并计算出该指定深度处的平均温度；重复上述操作，测量出油气井各深度处的平均温度。