CN213685815U - 一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统，包括分布式光纤，分布式光纤设有三根，紧贴于管壁；光纤控制器，包括光源、耦合器、滤波光纤光栅、光电转换器和信号处理器；温度传感器，用于测量光纤的温度；光经第一耦合器进入分布式光纤后，分布式光纤反射光源形成窄带光谱，经第一耦合器的不同信号分路耦合到滤波光纤光栅上，滤波光纤光栅反射信号经第二耦合器耦后传输至光电转换器，光电转换器将电信号经由信号处理器传输集输站点。本实用新型利用光纤对振动以及温度敏感的特性，通过设置三根分布式光纤来降低外部因素对监控的干扰，通过设置温度传感器对因温度因素变化的折射率进行补偿，能够及时、准确的对清管作业进行反馈。

Description

一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统

技术领域

本实用新型属于油气运输设备技术领域，特别是一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统。

背景技术

清管作业时利用压力推动清管器在油气输送管道内前进，依靠清管器自生或其所携带的设备来清楚管道内的结垢或沉积物，从而提高生产效率，减少管道腐蚀，保障油气输送作业的安全运行。但现有技术中，基本上没有能够实时监测清管器的运行速度以及所在位置的设备，当清管器卡堵后，只能够根据上下游的压差变化、清管器常规运行速度和运行时间等信息来判断。

专利CN 209510305 U公开了一种基于光纤检测的水下清管器作业实时监测装置，其设置一根附着与管壁的分布式光纤，通过监测光纤信号的变化来监测清管器的位置，但是其应用于水下管线的监测。对于陆地上的油气输送管道，其受到外力的影响因素较多，比如陆地上的油气输送管道所在地受到外部因素的干扰较多，如车辆、施工作业等，同时陆地上不同地方的温度差异较大，而光纤信号受到温度的影响较大。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型目的在于提供一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统，吊装时刻任意旋转，减少钢丝绳和吊耳的磨损，同时安装简单，可重复使用。

本实用新型提供的技术方案是，一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统，包括分布式光纤，所述分布式光纤设有三根，分别紧贴于管道的下方及左右两方的外侧壁；

光纤控制器，包括光源、耦合器、滤波光纤光栅、光电转换器和信号处理器；

温度传感器，所述温度传感器每100m-5000m设置一个，用于测量光纤的温度；

光源发射的光经第一耦合器进入分布式光纤后，分布式光纤反射光源形成窄带光谱，经第一耦合器的不同信号分路耦合到滤波光纤光栅上，滤波光纤光栅反射信号经第二耦合器耦后传输至光电转换器，光电转换器将电信号经由信号处理器传输集输站点。

本实用新型的一个实施方式在于，所述分布式光纤上包覆至少一层防腐蚀层，所述温度传感器设于防腐蚀层内。

本实用新型的一个实施方式在于，所述每根分布式光纤分为数段，每段长度为1km-10km，每段分布式光纤处均设有1个光纤控制器。

本实用新型的一个实施方式在于，所述温度传感器的信号经信号处理器传输至采油站或采气站。

本实用新型的主要原理是基于光纤信号对于振动以及温度的敏感性，在清管时，清管器在管道中运行时会产生较大的振动，同时由于陆地上各管路段的温度变化较大，分布式光纤的反射信号产生变化，因此根据该变化可以推测出清管器的位置以及运行情况。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用光纤对振动以及温度敏感的特性，通过分布式光纤对管路中清管器的位置进行监控，通过设置三根分布式光纤来降低外部因素对监控的干扰，通过设置温度传感器对因温度因素变化的折射率进行补偿，能够及时、准确的对清管作业进行反馈。

附图说明

图1为本实用新型光纤控制器原理框图；

图2为本实用新型分布式光纤及温度传感器的设置示意图；

图3为本实用新型的总体结构示意图；

图中标记分别为：1分布式光纤，2光纤控制器，3温度传感器，4防腐蚀层，5管道，6清管器；

21光源，22第一耦合器，23滤波光纤光栅，24第二耦合器，25光电转换器，25信号处理器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术使用者在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统，包括

分布式光纤1，所述分布式光纤1设有三根，分别紧贴于管道5的下方及左右两方的外侧壁；

具体的，在本实施例中，三根分布式光纤1分别设于管道5的正下方以及管道5的左右两方的侧壁上，同时在分布式光纤1上设有一层防腐蚀层4，该防腐蚀层4主要是为了防止因油气管道泄漏出的油气组分对分布式光纤1产生腐蚀，同时由于部分管道5是埋设于地下、部分管道5设于地上，因此还可以设置一层防止地下物质腐蚀和地上抗老化的保护层。之所以设置三根分布式光纤1，是因为如果是因管道5内部变化而引起的振动，该振动对于三根分布式光纤1的折射率影响是相同的，但如果是外部振动对分布式光纤1折射率产生影响，由于管体5的阻挡，因此至少有一根分布式光纤1的所受影响相对于其余的分布式光纤1要小。因此，可根据三根分布式光纤1折射率变化是否相同来判断施加影响的是清管器6还是外部因素。

同时为了减少信号的干扰性，将每根分布式光纤1分为数段，每段长1km-10km，每一段分布式光纤1均设有一个光纤控制器2。分段长短主要考虑的是周围环境的干扰性，若油气管道设于居住区旁或者经常性产生较大噪音的地方，如乡村、施工工地旁、山谷风口、瀑布等等，由于这些地方产生较大的声音干扰，其对分布式光纤1的折射率产生了较大的干扰，通过设置三根分布式光纤1，可以最大限度的排除其余噪音对其产生的误差，同时在这些管路段，分布式光纤1的长度尽可能小，避免较多的杂音汇聚起来形成较大的干扰信号，影响最终对结果的误判。对于野外等干扰源较少的地方，分布式光纤1的长度可适当延长。

光纤控制器2，包括光源21、耦合器、滤波光纤光栅23、光电转换器25和信号处理器26；

具体的，本实施例中采用的光源21为窄谱线激光，光源21发射的光经第一耦合器22进入分布式光纤1后，分布式光纤1反射光源形成窄带光谱，经第一耦合器22的不同信号通道耦合到滤波光纤光栅23上，滤波光纤光栅23反射信号经第二耦合器24耦后传输至光电转换器25，光电转换器25将电信号经由信号处理器26传输至采油站或采气站。在此过程中，由于清管器6以及外界振动的干扰，反射光信号强度会发生变化，该反射光经滤波光纤光栅23的滤波后，经第二耦合器24传输至光电转换器，光电转换器25的信号经处理器26处理后传输至采油站或采气站的控制终端，并根据其信号强弱在终端上形成检测曲线，根据检测曲线的来判断清管器6的位置。

同时由于，陆地上不比海洋环境，其昼夜温差大，特别是在沙漠、戈壁以及高原地带，昼夜温差可达到20℃以上，同时不同的地段，如山地和平原、丘陵和盆地等等，在相距不超过10km的条件下，其温差也可达10℃甚至是15℃以上，而对于设于地上的管道和地下的管道而言，其温差也可能达到10℃甚至20℃以上，因此若不考虑温度差的条件下对光纤信号进行处理，其误差较大，难以得到真实的数据，对清管器6的位置容易产生误判。

因此，本实施例中还设置了温度传感器3，温度传感器3设于分布式光纤1的防腐蚀层4内，紧贴分布式光纤1，温度传感器3的设置距离为100m-5000m，对于温度变化较大的管路段，温度传感器3的设置距离较近，对于温度变化范围小的管路段，温度传感器3的设置距离较长。温度传感器3的数据经信号处理器传输至采油站或采气站，在判断清管器6的位置时，对信号做温度补偿后信号进行判断。

在本实施例中，信号处理器26选择为单片机，当然也可以采用其它能够处理信号的设备。

本实用新型利用光纤对振动以及温度敏感的特性，通过分布式光纤1对管路5中清管器6的位置进行监控，通过设置三根分布式光纤1来降低外部因素对监控的干扰，通过设置温度传感器3对因温度因素变化的折射率进行补偿，能够及时、准确的对清管作业进行反馈。

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使用者在本实用新型实施例揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤的油气管道清管监测系统，其特征在于，包括

分布式光纤，所述分布式光纤设有三根，分别紧贴于管道的下方及左右两方的外侧壁；

光纤控制器，包括光源、耦合器、滤波光纤光栅、光电转换器和信号处理器；

温度传感器，所述温度传感器每100m-5000m设置一个，用于测量分布式光纤的温度；

光源发射的光经第一耦合器进入分布式光纤后，分布式光纤反射光源形成窄带光谱，经第一耦合器的不同信号分路耦合到滤波光纤光栅上，滤波光纤光栅反射信号经第二耦合器耦后传输至光电转换器，光电转换器将电信号经由信号处理器传输集输站点。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述分布式光纤上包覆至少一层防腐蚀层，所述温度传感器设于防腐蚀层内。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，每根所述分布式光纤分为数段，每段长度为1km-10km，每段分布式光纤处均设有1个光纤控制器。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述温度传感器的信号经信号处理器传输至采油站或采气站。

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