CN2761839Y - 稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器 - Google Patents

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Abstract

一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，能够用于稠油热采全过程，可以在高温条件下实时测量温度、压力、蒸汽干度和蒸汽流量。该稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器由光纤空腔温度传感器、光纤空腔压力传感器、光纤开放空腔干度传感器、光纤光学编码涡轮流量传感器组成。并且它们可以单独或任意组合构成新的测试装置。本实用新型由于没有电子器件，具有高温高压稳定性好、设计简单、维护方便、测量准确、成本低、使用寿命长等优点。由于设计的传感器壳体比较细，可以适合更窄的下井空间，满足稠油油藏注采动态监测的现场需要。

Description

稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器
技术领域
本实用新型属于采油测试仪器领域，尤其涉及一种用于高温高压稠油热采井的，通过高温光缆和地面光电解调设备，能够直接实时读取稠油油井井下温度、压力、流体干度和流体流量的全光纤传感器。
背景技术
在稠油注蒸汽热采过程中，需要对注采过程进行全过程(注汽、放喷、焖井、采油)的动态监测。目前，现场使用的相应的传感器或测试仪器，均采用电子传感和电子解调方式，井下采集的数据和解调结果直接存储于井下仪器内。由于在高温高压条件下，电子器件本身的耐温性能的限制，普遍采用保温瓶保温的措施，因此在数据采集的实时性、测量时间、下井方式、井温限制和设备维护等方面存在弊端。光纤式传感器由于其特有的耐高温、抗干扰等特性，特别是在油井的恶劣环境下具有优势。而目前研制的光纤式稠油热采测试仪器，没有脱离井下采集、井下解调存储的模式，没有完全发挥光纤传感器的优势和特点。上述的光纤传感器主要有光纤光栅或光纤空腔制成。光纤光栅由于光栅本身的原因，在稠油热采的高温条件下很容易失效或不稳定，而光纤空腔在制作空腔时通常采用化学黏结的方法，由于黏结剂的抗高温、抗老化性能的限制，同样很难使其稳定工作。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够用于稠油热采全过程的，可以在高温条件下测量温度、压力、蒸汽干度和蒸汽流量的全光纤传感器。解决了光信号通过耐高温光缆的传导和地面光电仪器的解调，直接读取井下的温度、压力、蒸汽干度和蒸汽流量数据的问题。
本实用新型所述的稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，它包括依次设置在圆筒壳体内的光纤空腔温度传感器、光纤空腔压力传感器和/或光纤开放空腔干度传感器和/或光纤光学编码涡轮流量传感器；所述光纤空腔温度传感器是由密封在高温密封材料内的两根传导光纤和石英毛细管经激光焊接而成，两根传导光纤之间有空隙；所述光纤空腔压力传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光焊接而成，两根传导光纤之间有空隙，焊接后的两根传导光纤和石英毛细管镶嵌在压力膜盒内，并进行高温密封。
光纤光学编码涡轮流量传感器是由光学编码器和涡轮组成；光学编码器中的码盘上设有锯齿状凹槽。
所述涡轮所处的壳体部分的直径大于非涡轮所处的壳体部分的直径，所述涡轮的直径与该处壳体的直径配合一致。
所述光纤开放空腔干度传感器是由两根蓝宝石光纤和带有缝隙的石英毛细管激光焊接连接，两根蓝宝石光纤中间留有间隙，其中一根蓝宝石光纤与传导光纤相连。
光纤空腔温度传感器和光纤空腔压力传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光环形焊接而成。
本实用新型由于采用上述方案，能够用于稠油热采全过程，可以在高温高压条件下测量温度、压力、蒸汽干度和蒸汽流量。本实用新型具有高温高压稳定性好、设计简单、维护方便、测量准确、成本低、使用寿命长等优点。由于下井部分没有电子器件和保温措施，因此设计的传感器壳体比较细，可以适合更窄的下井空间。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意图。
图2是本实用新型的光纤空腔温度传感器的剖面结构示意图。
图3是本实用新型的光纤空腔压力传感器的剖面结构示意图。
图4是本实用新型的光纤开放空腔干度传感器的剖面结构示意图。
图5是本实用新型的光纤光学编码涡轮流量传感器的剖面结构示意图。
图6是本实用新型的光学编码器中的码盘正视图。
图7是本实用新型的光学编码器中的码盘凹槽断面图。
具体实施方式
本实用新型的技术方案：稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器由设置于圆筒壳体内的光纤空腔温度传感器、光纤空腔压力传感器、光纤开放空腔干度传感器、光纤光学编码涡轮流量传感器组成。
光纤空腔温度传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光精密焊接而成，两根传导光纤之间有空隙，整个传感器由高温密封材料密封，保持其压力密闭状态，消除压力对温度的影响。
光纤空腔压力传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光精密焊接而成，两根传导光纤之间有空隙。通过焊接间距和腔长的控制，消除压力对温度的敏感性。外界压力通过一个压力膜盒的装置传导给光纤空腔压力传感器。
光纤开放空腔干度传感器是由两根蓝宝石光纤和带有缝隙的石英毛细管激光焊接，两根蓝宝石光纤中间留有间隙，其中一根蓝宝石光纤与传导光纤相连。这样做的传感器不仅可以避免因传感器直接与蒸汽的接触造成石英传导光纤的性能下降，同时在地面的光电仪器可以采用稳定的波长解调的方法。
光纤光学编码涡轮流量传感器是由光学码盘和涡轮组成。光学码盘刻有锯齿状凹槽构成，使得解调器能够判断涡轮的正反转。由于涡轮采用与传感器外壳的凸出设计，保证流体的流动与涡轮的同步转动。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步说明。
本实用新型的总体结构如图1所示，本实用新型由光纤空腔温度传感器4、光纤空腔压力传感器5、光纤开放空腔干度传感器6、光纤光学编码涡轮流量传感器7、9组成。它们通过与钢丝铠装或不锈钢管1中的不锈钢毛细管2中的高温光纤束3分别进行熔接，与地面的宽带光源和光解调仪器相连接。为保证高温涡轮9的转动与井下流体的流动同步，将高温涡轮9凸出设计。所有光纤传感器都合理的设置在一个高温不锈钢材质的外壳8内。
光纤空腔温度传感器4的剖面结构如图2所示，光纤空腔温度传感器4是由两根传导光纤41和45，以及石英毛细管43经激光精密环形焊接形成焊接点47，两根传导光纤之间有空隙称为光纤空腔44，整个传感器由高温密封材料42和不锈钢密封护套46密封，保持其压力密闭状态，消除压力对温度的影响。
光纤空腔压力传感器5的剖面结构如图3所示，光纤空腔压力传感器5是由两根传导光纤51和54以及石英毛细管52经激光精密环形焊接形成焊接点58，两根传导光纤之间有空隙，称为空腔53。通过焊接间距和空腔53腔长的控制，消除压力对温度的敏感性。外界压力通过一个压力膜片57和高温硅油介质55的护套56装置传导给光纤空腔压力传感器5。
光纤开放空腔干度传感器6的剖面结构如图4所示，光纤开放空腔干度传感器6是由两根蓝宝石光纤62和65以及带有缝隙的石英毛细管63进行激光焊接，两根蓝宝石光纤中间留有间隙，称为开放空腔64，其中一根蓝宝石光纤62与高温传导光纤61相连。这样做的传感器不仅可以避免因传感器直接与蒸汽的接触造成石英传导光纤的性能下降，同时在地面的光电仪器不仅可以采用强度解调方法，也可以采用稳定的波长解调方法。
光纤光学编码涡轮流量传感器的结构由光学编码器7和涡轮9组成。
光纤光学编码器如图5所示，光纤光学编码器7是由高温传导光纤71和光学码盘72组成。光学码盘的正视图及凹槽形状见图6、7所示，光学码盘上设有锯齿状凹槽73，使得解调器能够判断涡轮的正反转。
按照以上实施方案制作的稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器在热采稠油井的高温高压条件下能够稳定工作。其中制得的直读式温度和压力双参数全光纤传感器直径小于2cm，可以适应各种下井条件。制得的稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，经过地面解调仪器解调和测试，其适用范围：温度0-400℃，压力0-40Mpa，干度0-100％，流量2-30t/h。其中温度误差＜0.5℃，压力精度0.1Mpa，流体干度精度为0.5％，流体流量精度为0.1t/h。满足稠油油藏注采动态监测的现场需要。通过本实用新型还可以设计出稠油注汽锅炉出口的监测装置。

Claims (5)

1、一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，其特征在于：它包括依次设置在圆筒壳体内的光纤空腔温度传感器、光纤空腔压力传感器和/或光纤开放空腔干度传感器和/或光纤光学编码涡轮流量传感器；所述光纤空腔温度传感器是由密封在高温密封材料内的两根传导光纤和石英毛细管经激光焊接而成，两根传导光纤之间有空隙；所述光纤空腔压力传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光焊接而成，两根传导光纤之间有空隙，焊接后的两根传导光纤和石英毛细管镶嵌在压力膜盒内，并进行高温密封。
2、如权利要求1所述的一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，其特征在于：所述的光纤光学编码涡轮流量传感器是由光学编码器和涡轮组成；光学编码器中的码盘上设有锯齿状凹槽。
3、如权利要求1所述的一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，其特征在于：所述的光纤光学编码涡轮流量传感器是由光学编码器和涡轮组成；涡轮所处的壳体部分的直径大于非涡轮所处的壳体部分的直径，所述涡轮的直径与该处壳体的直径配合一致。
4、如权利要求1所述的一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，其特征在于：所述光纤开放空腔干度传感器是由两根蓝宝石光纤和带有缝隙的石英毛细管激光焊接连接，两根蓝宝石光纤中间留有间隙，其中一根蓝宝石光纤与传导光纤相连。
5、如权利要求1所述的一种稠油热采井高温直读四参数全光纤传感器，其特征在于：光纤空腔温度传感器和光纤空腔压力传感器是由两根传导光纤和石英毛细管经激光环形焊接而成。
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