CN202690034U - 井下温度与压力的光纤监测系统 - Google Patents

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安义
任峰德
孟海燕
郭武兵
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Abstract

本实用新型公开了一种井下温度与压力的光纤监测系统，包括计算解调装置、温度传感器和压力传感器，计算解调装置设置在井上通过光缆与井下设置的温度传感器和压力传感器相连，所述压力传感器为F-P腔压力传感器。本实用新型的井下温度与压力的光纤监测系统，采用F-P腔压力传感器测量油气井下的压力，可以可靠测量油气井下各层的压力，有效避免FBG压力传感器无法耐受油气井下环境所导致井下压力测量不准，甚至无法测量的问题。

Description

井下温度与压力的光纤监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种井下监测系统，尤指一种井下温度与压力的光纤监测系统。
背景技术
目前在国内外油气井中大多数光纤监测系统均是采用基于FBG传感器作为压力传感器和温度传感器来进行油气井压力和温度探测的，这种基于FBG探测单元的压力计，很容易由于井下高温高压环境，使得FBG的折射率的周期性消失掉；或是由于原油和水的侵蚀，引起通信光纤的氢损，导致损耗增加。这两种方式都会最终形成没有反射光谱反射回到地面，使得压力计不能正常工作。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种使用寿命长、测量准确的井下温度与压力的光纤监测系统。
本实用新型的井下温度与压力的光纤监测系统，包括计算解调装置、温度传感器和压力传感器，计算解调装置设置在井上通过光缆与井下设置的温度传感器和压力传感器相连，所述压力传感器为F-P腔压力传感器。
进一步，所述F-P腔压力传感器包括石英毛细管、导入端光纤和反射端光纤，导入端光纤和反射端光纤相对间隔套装在石英毛细管中，并且导入端光纤和反射端光纤分别与石英毛细管热熔连接。
进一步，所述温度传感器为FBG温度传感器，该温度传感器通过光缆与所述F-P腔压力传感器串接组成一组温度和压力传感器。
进一步，所述F-P腔压力传感器和所述FBG温度传感器能够在井下不同深度间隔设置多组，相邻的温度和压力传感器组接入的光缆之间通过光缆续接管和三通接头相互连接。
本实用新型的井下温度与压力的光纤监测系统，采用F-P腔压力传感器测量油气井下的压力，可以可靠测量油气井下各层的压力，有效避免FBG压力传感器无法耐受油气井下环境所导致井下压力测量不准，甚至无法测量的问题。
附图说明
图1为本实用新型的井下温度与压力的光纤监测系统的结构示意图；
图2为本实用新型F-P腔压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的井下温度与压力的光纤监测系统，包括计算解调装置、温度传感器和压力传感器，计算解调装置设置在井上通过光缆与井下油管5中设置的温度传感器2和压力传感器1相连，计算解调装置包括地面解调仪和计算机。如图2所示，压力传感器1为F-P腔压力传感器包括石英毛细管13、导入端光纤11和反射端光纤12，导入端光纤11和反射端光纤12相对间隔套装在石英毛细管13中，并且导入端光纤11和反射端光纤12分别与石英毛细管13热熔连接。温度传感器2为FBG温度传感器串接在反射端光纤12上。上述温度传感器2和压力传感器1可以在井下不同层设置多组，以监测井下不同深度处的压力和温度。考虑到油管5内空间的限制每层的温度传感器和压力传感器不能采用过多的光缆连接，因此在本监测系统中还加入了三通接头4，三通接头4可以只引入一根光缆，由于每根光缆是由多根光纤所组成，如此只需要在每层要接入压力传感器的输出端将光缆中的一根光纤接入压力传感器，光缆中的其余光纤从另一路输出，并接入下层的三通接头4，如此按照上述方式即可以通过一根光缆分支出多组温度传感器和压力传感器。此外，为防止受井下恶劣环境的影响，光缆接头处通过光缆续接管3保护。
本实用新型的光纤式压力和温度监测系统的基本工作原理：地面解调仪中波长扫式描激光器，发出1510nm至1590nm的连续波长扫描激光，激光经过信号光纤传递到井下的F-P腔压力传感器和FBG温度传感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光谱，反射光谱将携带传感器附近的压力和温度信息沿同一条光纤传回地面解调仪，并由地面解调仪将光谱信号发送给计算机，计算机按照解调程序计算出井下的压力和温度值，并按需要的数据库格式进行实时显示、存储或远程发送。
F-P腔光纤传感器压力传感机理可描述为当环境静压加载到F-P腔结构上时，石英毛细管产生形变，引起传感器腔长发生变化，进而引起反射光谱特征发生变化，通过F-P光纤传感器信号解调系统根据测得的光谱信号变化解调计算出F-P腔长的变化，即可以得到压强变化的信息。
设构成F-P腔的石英毛细管的内径为ri，外径为ro，由外界施加压强P引起的传感器腔长变化Δd可以表示为：
Δd P = PL g r o 2 E ( r o 2 - r i 2 ) ( 1 - 2 μ ) - - - ( 1 )
其中Lg是F-P腔光纤传感器热熔键合点间的距离即标距；E是毛细管材料的杨氏模量；μ是毛细管材料泊松比。对于所使用的熔融石英材料，E＝74GPa，μ＝0.17。
从上式可以看出腔长变化Δd正比于施加压强P。因此，通过对F-P腔传感器腔长值进行压力标定，通过测量腔长就可以测得外界的压强变化。此外，上式表明通过调整传感器的毛细管内径ri、外径ro和标距Lg这三个几何参数，可以在一定范围内调整压力传感器的测量灵敏度和动态范围。
F-P腔长的精确解调过程首先是由计算机采集扫描激光波长解调仪的光谱数据，将测得的光谱数据进行数字滤波处理后，用F-P干涉仪理论模型进行实时拟合运算，得到F-P腔的绝对长度值d，然后根据压力－腔长的实验标定数据，得出当前腔长对应的压力值。
上述示例只是用于说明本实用新型，本实用新型的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本实用新型思想的各种具体实施方式都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.井下温度与压力的光纤监测系统，包括计算解调装置、温度传感器和压力传感器，计算解调装置设置在井上通过光缆与井下设置的温度传感器和压力传感器相连，其特征在于，所述压力传感器为F-P腔压力传感器。
2.如权利要求1所述的井下温度与压力的光纤监测系统，其特征在于，所述F-P腔压力传感器包括石英毛细管、导入端光纤和反射端光纤，导入端光纤和反射端光纤相对间隔套装在石英毛细管中，并且导入端光纤和反射端光纤分别与石英毛细管热熔连接。
3.如权利要求2所述的井下温度与压力的光纤监测系统，其特征在于，所述温度传感器为FBG温度传感器，该温度传感器通过光缆与所述F-P腔压力传感器串接组成一组温度和压力传感器。
4.如权利要求3所述的井下温度与压力的光纤监测系统，其特征在于，所述F-P腔压力传感器和所述FBG温度传感器能够在井下不同深度间隔设置多组，相邻的温度和压力传感器组接入的光缆之间通过光缆续接管和三通接头相互连接。
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Effective date: 20141124

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Inventor before: Ren Fengde

Inventor before: Meng Haiyan

Inventor before: Guo Wubing

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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100088 HAIDIAN, BEIJING TO: 100010 DONGCHENG, BEIJING

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