CN201884024U - 用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统，所述系统包括宽带光源、双向耦合器、光纤光栅传感器阵列、波长解调仪、地面数据处理显示设备和传输光缆，其中所述宽带光源与所述双向耦合器连接，所述双向耦合器、光纤光栅传感器阵列和传输光缆依次连接；双向耦合器、波长解调仪和地面数据处理显示设备依次连接。通过该系统，能够具有准确的分布式测量能力，可以在不干扰煤层气井参数场的情况下同时测出井下的温度、压力，并可以测出井下的温度、压力剖面，从而为煤层气的开采、控制、评估提供理论依据。

Description

用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统

技术领域

本实用新型涉及煤层气测井领域，尤其涉及一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统。

背景技术

目前，在煤层气测井领域中，煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4(甲烷)，与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。煤层气是煤矿瓦斯爆炸事故的根源，煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此不仅在探测的过程中需要用到大量的压力传感器，在开发利用的过程中也需要不断的监测煤层气的压力变化，在利用地下洞穴来存储煤层气的时候，也需要监测其温度分布和压力分布，从而了解液气界面、存储能力、泄漏等情况。

但在现有技术的方案中，操作者更希望得到井底、井筒中温度、压力场的动态分布，这就需要以机械方式在井筒中上下移动井下传感器，从而导致整个测量过程周期较长，测量精度也受到限制；同时煤层气井中环境比较复杂，电磁干扰比较强，而电子产品的长期稳定性、可靠性极、及抗干扰能力是有限的。

发明内容

本实用新型实施例提供了一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统，能够具有准确的分布式测量能力，可以在不干扰煤层气井参数场的情况下同时测出井下的温度、压力，并可以测出井下的温度、压力剖面，从而为煤层气的开采、控制、评估提供理论依据。

本实用新型实施例提供了一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统，所述系统包括宽带光源、双向耦合器、光纤光栅传感器阵列、波长解调仪、地面数据处理显示设备和传输光缆，其中：

所述宽带光源与所述双向耦合器连接，所述双向耦合器、光纤光栅传感器阵列和传输光缆依次连接；所述双向耦合器、波长解调仪和地面数据处理显示设备依次连接；

所述宽带光源发出的光经所述双向耦合器后传给煤层气井中的光纤光栅传感器阵列；

所述光纤光栅传感器阵列实时监测煤层气井中的温度、压力变化，以中心波长变化的方式反射回所述双向耦合器，并耦合到所述波长解调仪中；

再经所述地面数据处理显示设备处理后，将波长信号转换为相关物理量，并由显示屏现场显示物理量的变化，从而实时反映煤层气井中的实际状况。

所述宽带光源的波长带宽完全覆盖所述光纤光栅传感器阵列的中心波长带宽。

所述光纤光栅传感器阵列由分布在同一根传输光缆上各个测点上的光纤光栅温度压力传感器组成。

所述波长解调仪采用光谱分析仪或波长编码与解调光电转换系统。

所述地面数据处理显示设备直接显示各测点的温度压力值，并以4-20mA的物理量来输出各测点的温度压力值。

所述传输光缆为防水钢丝加强型光缆，与光纤光栅传感器熔接保护，并采用不锈钢管全密封结构。

由上述所提供的技术方案可以看出，所述系统包括宽带光源、双向耦合器、光纤光栅传感器阵列、波长解调仪、地面数据处理显示设备和传输光缆，其中所述宽带光源与所述双向耦合器连接，所述双向耦合器、光纤光栅传感器阵列和传输光缆依次连接；双向耦合器、波长解调仪和地面数据处理显示设备依次连接；所述宽带光源发出的光经所述双向耦合器后传给煤层气井中的光纤光栅传感器阵列；所述光纤光栅传感器阵列实时监测煤层气井中的温度、压力变化，以中心波长变化的方式反射回所述双向耦合器，并耦合到所述波长解调仪中；再经所述地面数据处理显示设备处理后，将波长信号转换为相关物理量，并由显示屏现场显示物理量的变化，从而实时反映煤层气井中的实际状况。通过该系统，能够具有准确的分布式测量能力，可以在不干扰煤层气井参数场的情况下同时测出井下的温度、压力，并可以测出井下的温度、压力剖面，从而为煤层气的开采、控制、评估提供理论依据。

附图说明

图1为本实用新型所提供用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统，能够具有准确的分布式测量能力，可以在不干扰煤层气井参数场的情况下同时测出井下的温度、压力，并可以测出井下的温度、压力剖面，从而为煤层气的开采、控制、评估提供理论依据。

为更好的描述本实用新型实施方式，现结合附图对本实用新型的具体实施方式进行说明，如图1所示为本实用新型所提供用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统的结构示意图，图1中包括宽带光源1、双向耦合器2、光纤光栅传感器阵列3、波长解调仪4、地面数据处理显示设备5和传输光缆6，其中：

所述宽带光源1与所述双向耦合器2连接，所述双向耦合器2、光纤光栅传感器阵列3和传输光缆6依次连接；所述双向耦合器2、波长解调仪4和地面数据处理显示设备5依次连接。

上述系统的工作过程为：宽带光源发出的光经所述双向耦合器后传给煤层气井中的光纤光栅传感器阵列；光纤光栅传感器阵列实时监测煤层气井中的温度、压力变化，以中心波长变化的方式反射回所述双向耦合器，并耦合到所述波长解调仪中；再经所述地面数据处理显示设备处理后，将波长信号转换为相关物理量，并由显示屏现场显示物理量的变化，从而实时反映煤层气井中的实际状况。

另外，上述宽带光源的波长带宽完全覆盖所述光纤光栅传感器阵列的中心波长带宽；光纤光栅传感器阵列可以由分布在同一根传输光缆上各个测点上的光纤光栅温度压力传感器组成；波长解调仪可以采用光谱分析仪或波长编码与解调光电转换系统；而地面数据处理显示设备可以直接显示各测点的温度压力值，并以4-20mA的物理量来输出各测点的温度压力值；上述传输光缆可以为防水钢丝加强型光缆，与光纤光栅传感器熔接保护，并采用不锈钢管全密封结构。

下面以具体的实例来对上述系统进行描述，在具体实现过程中：宽带光源1采用放大自发辐射ASE光源；双向耦合器2为3dB2x2光路耦合器；波长解调仪4和地面数据处理显示设备5采用PI-WELL型光纤光栅传感网络分析仪。

光纤光栅传感器阵列3为不锈钢管封装，每个传感器内有两根光纤光栅，一根用于测量温度，一根测量压力；传输光缆6是为井下使用而定制的专用双芯光缆(只用一根，另一根备用)，可以采用直径为3.5mm，厚0.4mm的不锈钢管保护，有抗压，抗拉，耐腐蚀及耐高温的特点，能够满足的井下长期使用。

另外，在光纤光栅传感器阵列安装过程中，为方便光纤光栅传感器下到煤层气井里，并防止毛细钢管变形和弯折，还可将光纤毛细钢管盘在绞盘上，通过在井口上方安装导入轮；把光纤光栅传感器与光缆熔接，为防止外界水顺着光缆的熔接处进入传感器，时间一长会对传感器造成伤害，需要用专门的连接器来保护连接点；将熔接好的光纤光栅传感器固定在生产套管壁上的压力计托筒中，由专用作业车将生产套管下到煤层气井中，下管过程中同时用卡箍将传输光缆固定在生产套管管壁上；然后在生产套管安装完毕后，传输光缆与地面光纤光栅传感网络分析仪连接，并通过解调仪实时处理、显示井下温度和压力值。

综上所述，该系统能够将煤层气井下的温度、压力信号转换为光信号，并通过传输光缆传送到地面处理设备中，在井下部分没用任何电流引入，具有准确的分布式测量能力，可以在不干扰煤层气井参数场的情况下同时测出井下的温度、压力，并可以测出井下的温度、压力剖面，从而为煤层气的开采、控制、评估提供理论依据。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于煤层气井监测的光纤光栅传感系统，其特征在于，所述系统包括宽带光源、双向耦合器、光纤光栅传感器阵列、波长解调仪、地面数据处理显示设备和传输光缆，其中：

所述宽带光源与所述双向耦合器连接，所述双向耦合器、光纤光栅传感器阵列和传输光缆依次连接；所述双向耦合器、波长解调仪和地面数据处理显示设备依次连接；

所述宽带光源发出的光经所述双向耦合器后传给煤层气井中的光纤光栅传感器阵列；

所述光纤光栅传感器阵列实时监测煤层气井中的温度、压力变化，以中心波长变化的方式反射回所述双向耦合器，并耦合到所述波长解调仪中；

再经所述地面数据处理显示设备处理后，将波长信号转换为相关物理量，并由显示屏现场显示物理量的变化，从而实时反映煤层气井中的实际状况。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宽带光源的波长带宽完全覆盖所述光纤光栅传感器阵列的中心波长带宽。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器阵列由分布在同一根传输光缆上各个测点上的光纤光栅温度压力传感器组成。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述波长解调仪采用光谱分析仪或波长编码与解调光电转换系统。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面数据处理显示设备直接显示各测点的温度压力值，并以4-20mA的物理量来输出各测点的温度压力值。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输光缆为防水钢丝加强型光缆，与光纤光栅传感器熔接保护，并采用不锈钢管全密封结构。