CN204476394U - 具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，包括细长线管，在所述细长线管内设置有测温光纤，该测温光纤包括位于细长线管底端的感温段以及与感温段耦合的传输段；在细长线管内还设置有导线，导线的底端与压电陶瓷压力传感器相连，在细长线管内壁与测温光纤的传输段以及导线之间填充有隔热介质层。采用本实用新型的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线不仅能够实现测温测压的同管兼容，而且能保证对井下温度和压力的检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油开采技术领域的测试装备，尤其涉及油井测温测压装置。
背景技术
在采油生产过程中，油井内部油层的温度与压力等参数对掌握油井内部状况、优化采油技术方案、提高石油采收率有着相当重要的作用，对油井内部油层的温度与压力进行检测已是现代采油生产必不可少的一个重要环节，特别是在稠油开采过程中，需要采用热处理油层的方式来降低稠油粘度而进行开采，例如通过蒸汽辅助重力泄油技术〈简称SAGD技术〉采用连续向地下注入蒸汽加热油层的方式，使稠油分解、降低粘度，将稠性或超稠性原油驱至周围生产井中，以便采出。这样，对油井内部温度、压力的及时掌握就显得更为重要。
油井内部的测温测压大都是利用测温测压管线来进行的，在测温测压管线中设置有测温热电偶来实施井底温度的测量，而测压则是利用测温测压管线将高压氮气或其它测压气体注入到测温测压管线的细长线管及与细长线管连通的传压筒内，以实现井下单点或多点的压力检测，这是一种常规的井下温度与压力检测方式，但热电偶测温器件易损，使用寿命不能保证，测量精度有限；气体传压筒测压检测结果会受管内测压气体温度变化的影响而变化，检测精度不高，特别是在高温情况下，问题更为突出，上述常规测温测压手段已不能适应现代化的井下数据采集要求。
实用新型内容
针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，它不仅能够实现测温测压的同管兼容，而且能保证对井下温度和压力的检测精度。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一种具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，包括细长线管，在所述细长线管内设置有测温光纤，该测温光纤包括位于细长线管底端的感温段以及与感温段耦合的传输段；在细长线管内还设置有导线，导线的底端与压电陶瓷压力传感器相连，在细长线管内壁与测温光纤的传输段以及导线之间填充有隔热介质层。
在上述结构中，由于在所述细长线管内设置有测温光纤，该测温光纤包括位于细长线管底端的感温段以及与感温段耦合的传输段，则在细长线管内设置的测温光纤底端的感温段可以探测感知油层内的温度，从而可以适应油井内油层的测温要求，而与感温段耦合的传输段则负责将感温段所得到的温度信息实施远距离传输，与油井外控制室内的光电数据处理系统连接，从而通过光纤温度传感技术实现油井油层的测温，满足了油井油层温度测量的精度要求，测温光纤的传输段可以采用普通的传输光纤，从而节约测温光纤的制造成本；又由于在细长线管内还设置有导线，导线的底端与压电陶瓷压力传感器相连，则油井内油层的压力可以通过压电陶瓷压力传感器进行准确测量，压电陶瓷压力传感器是一种基于材料的压电效应进行压力检测的传感器，它的敏感元件由压电材料制成，压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经处理后成为正比于所受外力的电量输出，其优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等，能适应油井油层压力的准确测量；还由于在细长线管内壁与测温光纤的传输段以及导线之间填充有隔热介质层，则该隔热介质层可以对测温光纤的传输段以及与压电陶瓷压力传感器相连的导线实施有效的隔热保护，使传输段光纤及导线能在其所能承受的温度条件下正常工作，准确传递所检测到的信号，从而保证油井油层测温测压的正常进行。
本实用新型的一种优选实施方式，所述感温段包括带黑体腔的单晶蓝宝石光纤。采用该实施方式，包括带黑体腔的单晶蓝宝石光纤的感温段为基于光纤被加热会引起热辐射这一原理的热辐射光纤高温传感器，其热辐射的强度和波长是温度的函数，这种光纤高温传感器的适用范围为500℃以上的高温环境，所述黑体腔为在蓝宝石光纤的一端涂覆高发射率的感温介质薄层并经高温烧结形成的一微型光纤感温腔(热传感头)，当该光纤感温腔深入到热源时与周围环境迅速达到热平衡，感温腔热辐射的光信号（与被测温度相对应的辐射信号）经蓝宝石光纤传输，从而可靠地实现对油层的测温工作。
本实用新型的另一种优选实施方式，所述传输段为多模光纤。采用该实施方式，多模光纤可以很好地适应与蓝宝石光纤的耦接以及相对应的信息传递功能。
本实用新型的又一种优选实施方式，所述压电陶瓷压力传感器为铋层状结构压电陶瓷压力传感器。采用该实施方式，压电陶瓷压力传感器由铋层状压电陶瓷材料制成，铋层状压电陶瓷材料具有低介电常数、高居里温度Tc、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度等特点，作为一种铁电材料，铋层状压电陶瓷材料居里温度通常可高于500℃，有些品种高达700℃以上。因此铋层状压电陶瓷材料特别适合于高温、高频场合使用。由该类材料制成的压电陶瓷压力传感器能满足油井内油层的压力测量要求，甚至可以在采用火驱技术进行稠油开采的超高温油井内使用。
本实用新型进一步的优选实施方式，所述压电陶瓷压力传感器为锆钛酸铅压电陶瓷压力传感器。采用该实施方式，压电陶瓷压力传感器由锆钛酸铅压电陶瓷材料制成，该压电陶瓷材料压电系数大，居里温度达300℃以上，同样能适应油井内油层压力的测量要求。
本实用新型另一进一步的优选实施方式，所述隔热介质层为气凝胶层。采用该实施方式，气凝胶隔热性能极其优越，常温下的热导率仅在0.011-0.016w/mk之间，最高耐温可达1600℃，可以可靠地对传输段光纤及导线实现绝热保护，而且气凝胶为世界上最轻的固体，更便于在细长线管内填充使用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线作进一步的详细说明。
图1是本实用新型具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线一种具体实施方式的结构示意图；
图2是图1所示结构的横剖面放大示意图。
图中：1－细长线管、2－隔热介质层、3－传输段、4－光纤耦合器、5－导线、6－感温段、7－压电陶瓷压力传感器。
具体实施方式
在图1和图2所示的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线中，作为管线的保护性套管，细长线管1为316L不锈钢细长管，其长度通常大于1000米，在细长线管1内设置有测温光纤，该测温光纤包括位于细长线管1底端的感温段6，感温段6为采用带黑体腔的单晶蓝宝石光纤构成的热辐射光纤耐高温传感器，感温段6通过光纤耦合器4与测温光纤的传输段3耦合连接，传输段3采用多模光纤，可以很好地适应与蓝宝石光纤的耦接以及相对应的信息传递功能；在细长线管1内还设置有导线5，导线5的底端与压电陶瓷压力传感器7相连，压电陶瓷压力传感器7安装于细长线管1的底端，该压电陶瓷压力传感器7为铋层状结构压电陶瓷压力传感器，铋层状结构压电陶瓷具有较高的居里温度，由铋层状结构压电陶瓷所构成的压电陶瓷压力传感器7可适应高温下的工作环境，压电陶瓷压力传感器7所感知的与井下压力相对应的电信号通过导线5传递到井上；在细长线管1内壁与测温光纤的传输段3以及导线5之间填充有隔热介质层2，隔热介质层2为气凝胶层，可以可靠地实现对测温光纤的传输段3和导线5的绝热保护。
工作过程中，具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线卷绕在卷轴上，可随油管一起进入油井内，直达所需测温测压的油层位置，测温光纤的感温段6位于细长线管1的底端，其中的光纤感温腔辐射的光信号与被测温度相对应的辐射信号经蓝宝石光纤传输，再经光纤耦合器4通过测温光纤的传输段3从井底向上一直输送到井上地面控制室内，经信号处理得到井下实时温度信息，从而准确可靠地实现对油层的测温工作，同样处于细长线管1底端的压电陶瓷压力传感器7在井下压力的作用下，其底部的膜片产生变形，使压电陶瓷受压而产生相应的电信号，经导线5传递到井上的控制室内，经信号处理后得到井下的压力信息，从而准确可靠地实现了对井下压力的测量。
以上仅列出了本实用新型的一些具体实施方式，但本实用新型并不仅限于此，还可以作出较多的改进与变换。如所述压电陶瓷压力传感器7也可以不是铋层状结构压电陶瓷压力传感器，而是锆钛酸铅压电陶瓷压力传感器，同样能实现对井下压力的准确测量；所述隔热介质层2也可以不是气凝胶层，而可以是其它具有良好隔热保护功能的填充层，只要是能保证测温光纤传输段3及导线5的正常工作温度即可。如此等等，只要是在本实用新型基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，包括细长线管（1），其特征在于：在所述细长线管（1）内设置有测温光纤，该测温光纤包括位于细长线管（1）底端的感温段（6）以及与感温段（6）耦合的传输段（3）；在细长线管（1）内还设置有导线（5），导线（5）的底端与压电陶瓷压力传感器（7）相连，在细长线管（1）内壁与测温光纤的传输段（3）以及导线（5）之间填充有隔热介质层（2）。
2.根据权利要求1所述的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，其特征在于：所述感温段（6）包括带黑体腔的单晶蓝宝石光纤。
3.根据权利要求1所述的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，其特征在于：所述传输段（3）为多模光纤。
4.根据权利要求1所述的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，其特征在于：所述压电陶瓷压力传感器（7）为铋层状结构压电陶瓷压力传感器。
5.根据权利要求1所述的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，其特征在于：所述压电陶瓷压力传感器（7）为锆钛酸铅压电陶瓷压力传感器。
6.根据权利要求1所述的具有光纤压电陶瓷的油井测温测压管线，其特征在于：所述隔热介质层（2）为气凝胶层。
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