EA032731B1 - Распределенный волоконно-оптический датчик - Google Patents
Распределенный волоконно-оптический датчик Download PDFInfo
- Publication number
- EA032731B1 EA032731B1 EA201400829A EA201400829A EA032731B1 EA 032731 B1 EA032731 B1 EA 032731B1 EA 201400829 A EA201400829 A EA 201400829A EA 201400829 A EA201400829 A EA 201400829A EA 032731 B1 EA032731 B1 EA 032731B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fiber optic
- fiber
- optical fiber
- optical
- distributed
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 259
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 250
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 59
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 55
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 88
- 239000000463 material Substances 0.000 description 53
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 31
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
- G01D5/3538—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself using a particular type of fiber, e.g. fibre with several cores, PANDA fiber, fiber with an elliptic core or the like
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
- G01L11/025—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means using a pressure-sensitive optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4401—Optical cables
- G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
- G02B6/443—Protective covering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
- G01V1/20—Arrangements of receiving elements, e.g. geophone pattern
- G01V1/201—Constructional details of seismic cables, e.g. streamers
- G01V1/208—Constructional details of seismic cables, e.g. streamers having a continuous structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
- G01V1/52—Structural details
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
- G02B2006/0325—Fluid core or cladding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Communication Cables (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Раскрыты волоконно-оптические кабели с улучшенными характеристиками для использования в распределенном детектировании, например в распределенных акустических датчиках. В одном варианте осуществления описан волоконно-оптический элемент, имеющий жесткость в первом поперечном направлении, которая больше, чем жесткость во втором поперечном направлении, причем второе поперечное направление отлично от первого поперечного направления.
Description
Изобретение относится к оптическим волокнам и к волоконно-оптическим кабелям, пригодным для использования в распределенном волоконно-оптическом детектировании, особенно для использования в распределенном акустическом волоконно-оптическом детектировании, а также к улучшению конструкции, применения и производства оптического волокна и/или волоконно-оптических кабелей для распределенных волоконно-оптических датчиков.
Известны разнообразные датчики, использующие оптические волокна. Многие такие датчики основаны на точечных волоконно-оптических датчиках или на дискретных отражающих зонах, таких как волоконные решетки Брэгга или что-либо подобное, расположенных по длине оптического волокна. Отраженные сигналы от дискретных точечных датчиков или отражающих зон могут анализироваться для обеспечения индикации температуры, напряжения и/или вибрации вблизи дискретных датчиков или отражающих зон.
Известны также полностью распределенные волоконно-оптические датчики, в которых используется внутреннее рассеяние по всей длине оптического волокна. Такие датчики позволяют использовать стандартный волоконно-оптический кабель без специально добавленных отражающих зон, таких как волоконные решетки Брэгга или что-либо подобное. В качестве части датчика может использоваться все оптическое волокно, из которого можно детектировать обратнорассеянный сигнал. Для разделения отраженных сигналов на ряд временных элементов дискретизации, где отраженные сигналы в каждом временном элементе дискретизации соответствуют различным частям оптического волокна, обычно используются методы временного разделения. Такие волоконно-оптические датчики называются распределенными волоконно-оптическими датчиками, поскольку возможности датчика полностью распределены по всему оптическому волокну. Под термином распределенный волоконно-оптический датчик в том смысле, в каком он здесь используется, будет пониматься датчик, в котором само оптическое волокно представляет собой датчик и который не основан на наличии особых точечных датчиков или специально добавленных отражающих или интерференционных зон, т.е. являющийся естественным волоконнооптическим датчиком.
Патент США № 5194847 описывает распределенный волоконно-оптический датчик для детектирования вторжений. Используется непрерывное оптическое волокно без каких-либо точечных датчиков или специальных отражающих зон. В оптическое волокно вводится когерентный свет, после чего любой свет, рассеянный обратно по закону Релея внутри оптического волокна, детектируется и анализируется. Изменение в обратнорассеянном свете во временном элементе дискретизации указывает акустическую волну или волну давления, падающую на соответствующий участок оптического волокна. Таким образом, могут детектироваться акустические возмущения на любом участке оптического волокна.
В патентной заявке Великобритании № 2442745 описывается система распределенного акустического волоконно-оптического датчика, в которой акустические колебания детектируются посредством ввода в стандартное оптическое волокно множества групп электромагнитных волн с импульсной модуляцией. Частота одного импульса внутри группы отличается от частоты другого импульса в этой же группе. Релеевский обратнорассеянный свет от внутренних отражающих зон внутри волокна подвергается дискретизации и демодуляции на частоте равной разности между импульсами в группе.
Патент США № 6380534 описывает распределенную волоконно-оптическую систему детектирования деформации и температуры, которая анализирует распределение частот обратного рассеяния Бриллюэна введенного в волокно света для определения температуры и деформации вдоль различных участков чувствительного волокна, которое может быть встроено в какую-либо структуру.
WO 02/057805 описывает использование волоконно-оптических датчиков температуры, деформации и/или акустических волн для множества приложений, включая мониторинг параметров поточных трубопроводов в нефтегазовой промышленности.
Таким образом, распределенное волоконно-оптическое детектирование или распределенное акустическое детектирование (DAS) обеспечивает полезные и удобные решения для детектирования, которые осуществлять мониторинг оптических волокон большой длины. При этом может быть использовано стандартное телекоммуникационное оптическое волокно, например одномодовое 125-микронное оптическое волокно, что означает, что чувствительное волокно является относительно дешевым, всегда имеется на рынке, а в некоторых случаях, для акустического мониторинга могут использоваться уже существующие оптического волокна.
Тем не менее, в некоторых примерах использование стандартного телекоммуникационного оптического волокна может не обеспечивать оптимальной чувствительности. Поэтому целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного оптического волокна и волоконно-оптических кабелей для использования в распределенном волоконно-оптическом детектировании.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено оптическое волокно, содержащее сердцевину, окружающую сердцевину оболочку и окружающее оболочку покрытие, причем сердцевина смещена от центра оптического волокна.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, оптическое волокно содержит сердцевину, которая является светопроводящей на рабочей длине волны, окруженную материалом оболочки, который имеет показатель преломления, отличный от показателя преломления сердцевины, при этом
- 1 032731 сердцевина и оболочка совместно обеспечивают прохождение оптического излучения внутри сердцевины волокна. Для защиты оптического волокна сердцевина обычно окружена материалом покрытия. Покрытие может включать в себя защитный материал между оболочкой и внешним покрытием. Стандартные оптические волокна имеют сердцевину в центре волокна и обычно являются симметричными в поперечном сечении, в пределах производственного допуска.
Этот аспект настоящего изобретения обеспечивает оптическое волокно, в котором сердцевина преднамеренно смещена от центра волокна, т.е. в сечении центр материала сердцевины является не совпадающим с центром волокна (или, что эквивалентно, с геометрическим центром внешней оболочки волокна) в целом. Другими словами, сердцевина оптического волокна содержится внутри окружности материала оболочки, но не концентрична с ней. Такая конфигурация может быть выгодной, когда оптическое волокно используется в распределенном волоконно-оптическом датчике, таком как распределенный акустический датчик.
В распределенном акустическом волоконно-оптическом датчике, в таком как описан в GB 2442745, в оптическое волокно передается оптическое излучение, и любое оптическое излучение, рассеянное обратно по закону Релея внутри волокна, детектируется. Любой падающий акустический сигнал вызывает механическую вибрацию оптического волокна, которая изменяет величину релеевского обратного рассеяния в данной части волокна. Изменение обратного рассеяния связано с движением оптического волокна, другими словами, с величиной испытываемого оптическим волокном изгиба. Другие распределенные волоконно-оптические датчики вибрации также основаны на изгибе оптического волокна, изменяющем величину обратного рассеяния отданного участка оптического волокна.
Однако ясно, что причиной изменения обратного рассеяния является изгиб сердцевины и покрытия. В настоящем изобретении величина испытываемого сердцевиной изгиба может быть максимизирована посредством смещения сердцевины от центра оптического волокна. Рассмотрим оптическое волокно, развернутое в земле в направлении север-юг. Если на часть волокна со стороны востока падает акустическая волна, это приведет к вибрациям части соответствующей части волокна, в результате чего волокно будет изгибаться в направлении восток-запад. Когда волокно изгибается в направлении на запад, западная сторона волокна будет испытывать наибольшую величину изгиба. Аналогичным образом, когда волокно изгибается в направлении на восток, наибольшую величину изгиба будет испытывать восточная сторона волокна. В стандартном оптическом волокне, когда сердцевина расположена по центру волокна, она будет испытывать вызванные изгибом оптические изменения, но величина этого изгиба будет менее значительна, чем та, что проявлялась бы на какой-либо из восточной или западной сторон волокна. В волокне по настоящему изобретению сердцевина смещена от центра и, таким образом, расположена ближе к краю оптического волокна. Если бы оптическое волокно было развернуто таким образом, чтобы сердцевина была бы расположена вдоль восточного (или западного) края оптического волокна, то в вышеописанном сценарии сердцевина испытывала бы большую величину изгиба, чем когда она расположена в центре этого же волокна. Таким образом, оптическое волокно по изобретению может максимизировать величину изгиба, испытываемую светопроводящей частью волокна, и, следовательно, максимизировать оптический отраженный сигнал, обусловленной падающими вибрационными сигналами.
В некоторых вариантах осуществления полезно рассмотреть распределение продольного натяжения и деформации в волокне под воздействием изгиба. В обычном, осесимметричном волокне сердцевина лежит вдоль центроидальной оси, или нейтральной оси, а продольное натяжение и деформация увеличиваются с расстоянием от этой нейтральной оси под воздействием изгиба. Варианты осуществления настоящего изобретения сконфигурированы таким образом, что центр сердцевины смещен от нейтральной оси оптического волокна. Таким образом, испытываемые сердцевиной продольное натяжение и деформация могут быть увеличены по сравнению с обычным волокном, подверженным эквивалентному изгибу. Смещение может задаваться в соответствии с предсказанным или желательным изгибом и/или натяжением и деформацией, причем желательно, чтобы оно было постоянным вдоль активной чувствительной длины волокна.
Поэтому предпочтительно, чтобы сердцевина была расположена с одной стороны оптического волокна. Сердцевина окружается оболочкой (и, следовательно, ясно, что эта оболочка также смещена от центра волокна), при этом и сердцевина, и оболочка могут иметь такие же размеры, как и в обычном оптическом волокне. Однако и сердцевина, и оболочка могут быть окружены покрытием и/или защитным материалом таким образом, чтобы и сердцевина, и оболочка оказались расположенными с одной стороны защитного материала/материала покрытия.
Материал покрытия оптического волокна может быть достаточно большим, таким, чтобы центр оптического волокна (в поперечном сечении) не находился внутри материала сердцевины. В одном варианте осуществления центр оптического волокна не находится и внутри материала оболочки, т.е. центр волокна лежит внутри материала оболочки или внутри защитного материала, если он присутствует, и, таким образом, сердцевина и оболочка полностью расположены на одной половине оптического волокна.
Следует заметить, что оптическое волокно может содержать различные слои материала оболочки.
Оптическое волокно может содержать более одного защитного материала, при этом, по меньшей мере, некоторое количество защитного материала используется в качестве заполняющего материала для
- 2 032731 кабеля. По меньшей мере, часть защитного материала может быть гелем. В одном варианте осуществления оптическое волокно содержит гелевый защитный материал, размещенный в центре оптического волокна с сердцевиной и оболочкой с одной стороны гелевого защитного материала. Альтернативно, сердцевина и оболочка могут быть расположены внутри гелевого защитного материала, возможно с внутренним слоем покрытия вокруг оболочки. В другом варианте осуществления в центре оптического волокна может находиться твердый защитный материал, окруженный гелевым защитным материалом, с сердцевиной и оболочкой, располагающимися в гелевом защитном материале. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что оптические волокна, имеющие гелевые защитные материалы, обладают высоким откликом при использовании в качестве чувствительного волокна в распределенных акустических датчиках. Предполагается, что гелевый защитный материал в лучшей степени проявляет себя при сопряжении акустических волн с оптическим волокном, чем твердые защитные материалы.
Оптическое волокно может также содержать множество слоев оболочки и может составлять часть волоконно-оптического кабеля. Термин волоконно-оптический кабель в том смысле, в каком он здесь используется, относится к базовому оптическому волокну, имеющему сердцевину, оболочку и покрытие, то есть, покрывающий материал. Термин волоконно-оптический кабель будет использоваться для обозначения устройства, которое может содержать одно или большее количество оптических волокон, и которое имеет защитные слои, предназначенные для защиты оптического волокна (волокон) во время использования. Поэтому волоконно-оптический кабель может содержать различные внешние слои оболочки и/или упрочняющие волокна. В некоторых вариантах осуществления оптическое волокно, как таковое, может представлять собой волоконно-оптический кабель, в то время как в других вариантах осуществления оптическое волокно может быть частью волоконно-оптического кабеля.
Таким образом, волоконно-оптический кабель может содержать более чем одно оптическое волокно, например оптические волокна, предназначенные для связи, могут быть расположены в одном и том же кабеле, что и оптическое волокно, предназначенное для детектирования. Предпочтительно, чувствительное (детектирующее) оптическое волокно располагается в направлении края, около края волоконнооптического кабеля. Если чувствительное оптическое волокно жестко укреплено внутри волоконнооптического кабеля, то к нему применимы те же рассуждения, что приведены выше, и детектирующее оптическое волокно будет испытывать большее эффект от изгиба, если оно будет расположено около края кабеля. Предпочтительно, чувствительное оптическое волокно ориентировано внутри волоконнооптического кабеля таким образом, чтобы сердцевина чувствительного оптического волокна была ориентирована относительно центра чувствительного оптического волокна таким же образом, как это чувствительное оптическое волокно расположено относительно центра кабеля. Т.е. если чувствительное оптическое волокно расположено около правой стороны кабеля (т.е. в положении на три часа), то сердцевина чувствительного волокна также будет расположена около правой стороны чувствительного волокна (она также будет иметь положение на три часа).
В некоторых вариантах осуществления чувствительное оптическое волокно расположено с винтовой конфигурацией внутри волоконно-оптического кабеля. Как упоминалось выше, у расположения оптического волокна вдалеке от центра кабеля могут быть преимущества. В некоторых вариантах осуществления может быть выгодным обеспечить, чтобы относительное положение оптического волокна изменялось по длине кабеля таким образом, чтобы это оптическое волокно описывало внутри кабеля винтовую линию. Этим гарантируется, что часть чувствительного волокна всегда будет расположена около той стороны кабеля, с которой падает акустическая волна. Кроме того, винтовая конфигурация может повысить качество формы луча принимаемого сигнала. Также пространственное разрешение чувствительных участков используемого волокна определяется опрашивающим излучением, используемым в датчике. Однако пространственное разрешение датчика в реальных условиях зависит и от конфигурации кабеля. Если волокно используется в датчике, который обеспечивает пространственные чувствительные участки, которые имеют длину 10 м, но само волокно свернуто в спираль на площади длиной всего 5 м, то действительное пространственное разрешение будет составлять 5 м. Таким образом, на пространственное разрешение может влиять конечная конфигурация кабеля. Однако в некоторых приложениях может быть трудным расположить кабель иначе, чем обычным прямолинейным образом. Например, в среде уходящей вглубь скважины кабель может быть принудительно расположен уходящим вглубь вдоль сегментов обшивки, и его расположение в спиральной конфигурации может быть невозможным. Тем не менее, если кабель сам содержит волокно, навитое в желаемой спиральной конфигурации, то сам кабель может быть прямолинейным, а достижимое пространственное разрешение может быть повышено за счет винтовой конфигурации волокна внутри кабеля. Волокно может быть, например, навито вокруг центрального элемента.
Во время использования вибрации, наведенные в оптическом волокне, могут наблюдаться в какомто диапазоне поперечных направлений, и, таким образом, расположение оптического волокна в волоконно-оптическом кабеле может быть не критичным, поскольку простой факт того, что сердцевина чувствительного оптического волокна расположена вне центра, повышает общий отраженный сигнал. Однако в некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы сначала были детектированы акустические сигналы в определенной плоскости, и в этом случае было бы выгодным обеспечить, чтобы
- 3 032731 сердцевина была смещена от центра оптического волокна в этой плоскости. Поэтому для облегчения выравнивая внешняя оболочка оптического волокна может быть оснащена визуальной индикацией, такой как окраска или маркировка, указывающей сторону оптического волокна с которой расположена сердцевина.
Дополнительно или альтернативно, внешней оболочке оптического волокна может быть придана некоторая форма для облегчения выравнивания. Например, в сечении оптическое волокно может иметь слегка приплюснутую сторону, которая предназначена быть базовой стороной оптического волокна. Сердцевина оптического волокна может быть расположена в желаемой конфигурации по отношению к этой базовой стороне.
Поэтому оптическое волокно этого аспекта настоящего изобретения имеет повышенную чувствительность по сравнению с использованием оптического волокна со схожими размерами, в котором сердцевина расположена в центре волокна, поскольку оно максимизирует величину оптического возмущения, испытываемого сердцевиной волокна.
Принцип данного аспекта настоящего изобретения также применим к волоконно-оптическим кабелям вообще. Т.е. если волоконно-оптический кабель содержит множество оптических волокон и по меньшей мере одно из этих волокон должно использоваться в качестве чувствительного оптического волокна, может быть выгодным обеспечить, чтобы чувствительным волокном было оптическое волокно, которое расположено около края волоконно-оптического кабеля, даже если само оптическое волокно является обычным оптическим волокном. Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения, обеспечивается распределенный акустический волоконно-оптический датчик, содержащий оптический источник, сопряженный с первым оптическим волокном волоконно-оптического кабеля для опроса упомянутого первого оптического волокна оптическим излучением, и детектор, сопряженный с упомянутым первым оптическим волокном для детектирования излучения, которое рассеивается обратно из упомянутого первого оптического волокна, причем упомянутый волоконно-оптический кабель содержит множество оптических волокон, и первое оптическое волокно расположено около края волоконно-оптического кабеля. Желательно, чтобы выравнивание первого оптического волокна в поперечном сечении управлялось или сохранялось вдоль активного чувствительного участка кабеля.
Другими словами, в волоконно-оптическом кабеле, имеющем множество оптических волокон, для использования в качестве чувствительного волокна выбирается оптическое волокно, находящееся около края волоконно-оптического кабеля, которое смещено относительно центра, для того чтобы максимизировать величину изгиба, испытываемого чувствительным оптическим волокном. В целом, этот аспект настоящего изобретения относится к использованию оптического волокна, расположенного у края волоконно-оптического кабеля, в качестве чувствительного волокна в распределенном волоконно-оптическом датчике.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается распределенный волоконно-оптический датчик, содержащий оптический источник, сопряженный с оптическим волокном для передачи оптического излучения в упомянутое волокно, детектор, сконфигурированный для детектирования обратнорассеянного излучения из упомянутого волокна, и процессор для обработки обратнорассеянного излучения, для обеспечения множества отдельных продольных чувствительных участков упомянутого волокна, причем оптический источник, сопряжен с упомянутым оптическим волокном таким образом, что излучение, передаваемое в упомянутое волокно, смещено от центра сердцевины оптического волокна.
В этом варианте осуществления изобретения оптическое излучение вводится в сердцевину волокна, т.е. в светопроводящий участок волокна таким образом, что это излучение смещается от центра сердцевины. Обычно с целью наиболее эффективного сопряжения оптическое излучение может быть введено в волокно путем фокусирования падающего света в центре области сердцевины волокна. Однако в настоящем изобретении падающий свет фокусируется не в центр области сердцевины, а около края области сердцевины. Для одномодового волокна это означает, что излучение будет распространяться с большей интенсивностью света около края области сердцевины волокна, чем в боковой области волокна. Аналогично тому, как описано выше, края области сердцевины будут иметь тенденцию к большему изменению величины обратнорассеянного излучения, формируемого под воздействием вибрации, чем центральная часть области сердцевины, и, следовательно, обратнорассеянный сигнал можно увеличить путем передачи оптического излучения через края области сердцевины. Это может улучшить чувствительность распределенного волоконно-оптического датчика по сравнению с вводом излучения опроса в центр оптического волокна. Обычно считалось, что преднамеренное смещение точки фокусировки падающего излучения от центра оптического волокна может потенциально уменьшить эффективность сопряжения и поэтому, как правило, этого избегали.
Конец оптического волокна может быть оснащен волоконно-оптическим разъемом, и волоконнооптический разъем может быть сконфигурирован для ввода оптического излучения в или вывода из оптического волокна. Волоконно-оптический разъем может содержать линзу. Точка фокусировки волоконно-оптического соединителя, таким образом, может быть настроена, чтобы быть смещенной от центра области сердцевины оптического волокна.
В другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается оптическое волокно, содержащее, на од
- 4 032731 ном конце, волоконно-оптический соединитель, причем волоконно-оптический соединитель сконфигурирован для ввода оптического излучения в или от области сердцевины оптического волокна, причем точка фокусировки волоконно-оптического соединителя смещена от центра области сердцевины оптического волокна.
Как описано выше, использование оптического волокна, имеющего гелевый защитный материал, может повысить чувствительность оптического волокна к акустическим вибрациям по сравнению с оптическим волокном без гелевого защитного материала. Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения обеспечивается распределенный акустический волоконно-оптический датчик, содержащий оптический источник, сопряженный с волоконно-оптическим кабелем для передачи оптического излучения в упомянутый волоконно-оптический кабель, детектор, сконфигурированный для детектирования обратнорассеянного излучения Релея из упомянутого волоконно-оптического кабеля, причем волоконнооптический кабель содержит по меньшей мере одно оптическое волокно и по меньшей мере одну область, заполненную гелем.
Волоконно-оптические кабели, которые используют гелевый защитный материал, известны, однако настоящее изобретение относится к использованию заполненного гелем волоконно-оптического кабеля в распределенном акустическом волоконно-оптическом датчике. Было найдено, что заполненные гелем волоконно-оптические кабели демонстрирую высокую чувствительность к акустическим сигналам, поскольку заполненный гелем волоконно-оптический кабель хорошо сопрягается с падающими акустическими сигналами. Оптическое волокно, т.е. сердцевина и оболочка оптического волокна могут быть расположены или внутри заполненной гелем области, или могут быть расположены рядом с заполненной гелем областью.
Вышеописанные варианты осуществления изобретения обеспечивают повышенную чувствительность при использовании в распределенном акустическом датчике, по сравнению с использованием обычного оптического волокна. Однако в другом варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает дополнительные функциональные возможности для детектирования.
Таким образом, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения обеспечивается волоконно-оптический элемент, причем волоконно-оптический элемент имеет жесткость в первом поперечном направлении, которая больше, чем жесткость во втором поперечном направлении, причем второе поперечное направление отлично от первого поперечного направления.
Этот волоконно-оптический элемент может быть оптическим волокном с переменной упругостью или волоконно-оптическим кабелем, который содержит оптическое волокно.
В варианте осуществления настоящего изобретения волоконно-оптический элемент имеет упругость, т.е. жесткость на изгиб, которая изменяется в поперечном направлении, т.е. перпендикулярно продольной оси волокна. Другими словами, волоконно-оптический элемент будет пластично деформироваться или изгибаться в одном направлении более легко, чем он будет пластично деформироваться или изгибаться в другом направлении. Первое поперечное направление, предпочтительно, является ортогональным второму поперечному направлению.
Как упоминалось выше в связи с другими аспектами настоящего изобретения, распределенные волоконно-оптические датчики, такие как распределенные акустические датчики, детектируют изменение обратнорассеянного излучения, обусловленное акустическими вибрациями. Акустические вибрации вызывают вибрации в волоконно-оптическом элементе, которые изменяют оптические свойства светопроводящего части оптического волокна, изменяя, таким образом, величину обратного рассеяния. Поэтому волоконно-оптический элемент, который легко изгибается в одном направлении (второе направление), будет чувствительным к акустическим сигналам, которые возбуждают вибрацию волокна в этом направлении. Однако, если волоконно-оптический элемент не изгибается с легкостью в другом направлении (первое направление), то акустические волны, которые возбуждают вибрации в этом другом направлении, создадут лишь ограниченный отклик.
Таким образом, можно понять, что создание волоконно-оптического элемента гибким, предпочтительно, во втором направлении, т.е. имеющего жесткость на изгиб, которая больше в первом направлении, чем во втором направлении, может позволить создать датчик, который будет реагировать предпочтительно на акустические сигналы, имеющие конкретную составляющую.
Представим, что волоконно-оптический элемент имеет очень высокую жесткость в первом направлении, такую что в этом направлении гибкость фактически отсутствует, но очень легко гнется во втором направлении, и что первое и второе направления ортогональный друг другу. Если бы такой кабель был расположен вертикально, скажем, в вертикальной скважине, так чтобы его первое направление совпало бы с направлением север-юг, а затем стал бы использоваться в качестве распределенного акустического датчика, то этот датчик легко бы реагировал на акустические или сейсмические сигналы, которые вызывали бы перемещения этого волоконно-оптического кабеля в направлении восток-запад, но не реагировал бы легко на сигналы, которые вызывали бы перемещения волокна в направлении север-юг. Поэтому такой датчик обеспечивал бы эффективное разрешение для компоненты падающей акустической волны, параллельной направлению восток-запад. Если бы в этой скважине был развернут также и второй волоконно-оптический элемент такой же конструкции (или другая часть первого волоконно-оптического эле
- 5 032731 мента), но на этот раз с первым направлением, выровненным в направлении восток-запад, то второй волоконно-оптический элемент (или другая часть первого волоконно-оптического элемента) обеспечивал бы эффективное разрешение для компонент любой падающей акустической волны, имеющей компоненты в направлении север-юг. Таким образом, можно понять, что два таких волоконно-оптических элемента или точное расположение одного волоконно-оптического элемента позволяют определять компоненты падающей акустической волны в двух направлениях.
Поэтому предпочтительно, чтобы волоконно-оптический элемент имел высокую жесткость в первом направлении, такую чтобы волоконно-оптический элемент почти не изгибался в первом направлении. Предпочтительно, чтобы жесткость во втором направлении была такой, чтобы волоконнооптический элемент с легкостью изгибался во втором направлении.
В одном варианте осуществления волоконно-оптический элемент содержит по меньшей мере один элемент жесткости, причем меньшей мере один элемент жесткости имеет жесткость, которая выше в первом направлении, чем во втором направлении. Элемент жесткости может, например, иметь толщину в первом направлении значительно выше, чем толщина во втором направлении. Другими словами, элемент жесткости вытянут в одном поперечном направлении, например пластиноподобный элемент, который расположен своей более длинной стороной вдоль первого направления. Изгиб в первом направлении требует изгиба большого количества материала и поэтому является трудным, в то время как изгиб во втором направлении связан с изгибом относительно небольшого количества материала, и поэтому он легче.
Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере один элемент жесткости может содержать набор перекрывающихся элементов, которые могут скользить один по другому во втором направлении, но не могут скользить один по другому в первом направлении.
В некоторых вариантах осуществления волоконно-оптический элемент может иметь асимметричную форму. Например, волоконно-оптический элемент может иметь поперечное сечение, которое является более широким в первом направлении, чем во втором направлении. Волоконно-оптический элемент, например, может иметь поперечное сечение эллиптического типа, при котором большая ось эллипса определяет первое направление. В этом случае в первом направлении необходимо сгибать большее количество материала, чем во втором направлении, что приводит к его большей жесткости.
В некоторых вариантах осуществления сердцевина и окружающая ее область оболочки волоконнооптического элемента расположены около края волоконно-оптического элемента во втором направлении. Как описано выше применительно к первому аспекту настоящего изобретения, расположение области сердцевины оптического волокна около края волоконно-оптического элемента может увеличить сигнал, детектируемый от такого оптического волокна при его использовании в распределенном волоконнооптическом датчике. Ясно, что в этом варианте осуществления, поскольку волоконно-оптический элемент расположен таким образом, чтобы иметь предпочтительный изгиб во втором направлении, область сердцевины должна быть расположена около края волоконно-оптического элемента во втором направлении для максимизации эффектов изгиба.
Как уже упоминалось, волоконно-оптический элемент по данному аспекту изобретения может быть использован в распределенном волоконно-оптическом датчике для обеспечения разрешения компонент падающих волн в первом направлении. Таким образом, может быть выполнен распределенный волоконно-оптический датчик, содержащий первый волоконно-оптический элемент в соответствии с этим аспектом данного изобретения, оптический источник, сопряженный для передачи оптического излучения в первый волоконно-оптический элемент, детектор, сопряженный с первым волоконно-оптическим элементом для детектирования оптического излучения, рассеянного обратно из первого волоконнооптического элемента, и процессор, сконфигурированный для обработки детектированного обратнорассеянного излучения для обеспечения множества продольных чувствительных участков первого волоконно-оптического элемента. В одном варианте осуществления датчик может содержать также второй волоконно-оптический элемент в соответствии с этим аспектом изобретения. Второе волокно сопрягается с оптическим источником, который может быть, а может не быть тем же самым оптическим источником, что используется для первого волоконно-оптического элемента, и с детектором. Для облегчения анализа детектор может быть отдельным детектором от того, который используется для первого волоконнооптического элемента, хотя детектор может использоваться для обоих волоконно-оптических элементов путем применения мультиплексирования с разделение по длине волны и/или времени или коду. Второй волоконно-оптический элемент может быть расположен таким образом, чтобы первое направление первого волоконно-оптического элемента было по существу параллельно второму направлению второго волоконно-оптического элемента. Процессор получает данные, соответствующие детектированному обратному рассеянию из обоих волоконно-оптических элементов, и может быть сконфигурирован для определения компонент любого падающего возмущения в первом и во втором направлениях.
Этот датчик может найти особое применение для использования в скважинах в нефтегазовой промышленности и/или для проведения сейсмических наблюдений и т.п. Например, при выполнении бурения скважин желательно определить положение и плотность проходимых пород для обеспечения наиболее эффективного способа извлечения нефти или газа. Возможность детектирования падающих волн
- 6 032731 давления, обусловленных разломами породы, и обеспечение разрешения их компонентов в двух взаимно-ортогональных плоскостях позволяет построить карту плотности разломов по меньшей мере в двух измерениях. Для обеспечения возможности построения двухмерной карты может быть установлена по меньшей мере вторая пара волоконно-оптических элементов в другом местоположении. Величина сигналов в различных частях чувствительного волокна и время прибытия сигнала в различных частях волокна могут дать возможность построения карты в трех измерениях. Альтернативно, другая пара волоконнооптических элементов, расположенная перпендикулярно продольной оси первой пары волоконнооптических элементов, могла бы обеспечивать разрешение сигналов в трех измерениях.
В вариантах применения в скважине, в частности при построении карты разломов, описанном выше, или при мониторинге условий/потока и т.п. пространственная длина отдельных чувствительных участков оптического волокна, предпочтительно, должна быть относительно малой, например порядка нескольких десятков сантиметров или, возможно, меньше. В распределенном акустическом волоконнооптическом датчике, таком как описан в GB 2442745, пространственное разрешение связано с длительностью импульса опроса. Более короткая длительность импульса опроса означает, что в одно и то же время излучение присутствует в меньшей длине оптического волокна, и таким образом, эффективный минимальный размер продольных чувствительных участков меньше, чем, если бы использовался импульс большей длительности.
Однако использование импульсов более короткой длительности означает, что в оптическое волокно будет вводиться меньшее количество оптического излучения. Как будет понятно специалистам в данной области техники, излучение опроса должно быть ниже нелинейного порога для оптического волокна, и, таким образом, существует предел для оптической мощности, которая может передаваться в оптическое волокно. Таким образом, чем короче импульс опроса, тем меньше света в целом в волокне, а это означает, что будет меньше обратного рассеяния, и диапазон длины внутри оптического волокно, вне которого не будет возвращаться какого-либо полезного сигнала, будет короче. Лишь малая часть оптического излучения, которое передано в оптическое волокно, рассеивается обратно, и не все излучение, которое было рассеяно обратно, детектируется, некоторое количество может проходить через оболочку и поглощаться покрытием или защитным материалом. Кроме того, оптическое излучение, которое возвращается назад в направлении детектора, на обратном пути будет ослаблено, и, таким образом, слабые сигналы могут полностью затухнуть, прежде чем достигнут конца оптического волокна.
Поэтому в области распределенного волоконно-оптического детектирования обычно используется оптическое волокно, имеющее сердцевину с малым затуханием. Преимуществом большинства телекоммуникационных волокон является слабое затухание передаваемых сигналов, и поэтому стандартное телекоммуникационное оптическое волокно соответствует этому критерию. Поэтому в распределенных волоконно-оптических датчиках используются обычные оптические волокна с низкими потерями, такие как стандартное одномодовое 125-микронное оптическое волокно.
Авторы настоящего изобретения, однако, установили, что в некоторых случаях может быть выгодным использование оптического волокна с повышенным затуханием. Таким образом, в соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения обеспечивается распределенный волоконно-оптический датчик, содержащий оптический источник, сопряженный с оптическим волокном для передачи оптического излучения в оптическое волокно, и детектор, сопряженный с оптическим волокном для детектирования оптического излучения, обратнорассеянного из оптического волокна, причем оптическое волокно имеет относительно высокую степень неоднородностей и относительно высокую числовую апертуру.
Под относительно высокой понимается величина, большая, чем в стандартном телекоммуникационном одномодовом 125-микронном оптическом волокне.
Авторы настоящего изобретения установили, что затухание в оптическом волокне частично связано с количеством неоднородностей в оптическом волокне, а также, что повышенное количество неоднородностей может привести к большей величине излучения, которое рассеивается обратно. Обычно считается, что выгода от увеличенного обратного рассеяния будет перекрыта ущербом от повышенного затухания - однако, если связать это с эффектом относительно высокой числовой апертуры, при которой детектируется большее количество обратнорассеянного излучения, общий результат будет таким, что оптическое волокно приобретает большую чувствительность, чем стандартное одномодовое 125-микронное оптическое волокно, по меньшей мере, в чувствительных волокнах относительно малых длин. Большая чувствительность означает, что могут быть использованы импульсы опрашивающего излучения более короткой длительности с последующим уменьшением пространственной длины каждого чувствительного участка волокна.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что существующее 80-микронное оптическое волокно соответствует критерию наличия большего количества неоднородностей по сравнению со стандартным одномодовым 125-микронным оптическим волокном. Это приводит к более высокой степени обратного рассеяния Релея, чем для обычного 125-микронного оптического волокна. Степень затухания обратнорассеянного излучения также увеличивается, но это компенсируется тем фактом, что в пропорциональном отношении в оптическое волокно вводится большая доля обратнорассеянного излучения. Итоговый результат состоит в том, что по сравнению со стандартным одномодовым 125-микронным теле
- 7 032731 коммуникационным волокном, при одном и том же акустическом импульсе и излучении опроса, детектируется большее количество обратнорассеянного излучения.
Как упоминалось выше, этот эффект проявляется наиболее явственно для диапазона длин чувствительного волокна до примерно 5 км. Поэтому предпочтительно, чтобы оптическое волокно имело чувствительную длину порядка 5 км или менее.
Поэтому этот аспект настоящего изобретения особенно пригоден для скважинных применений. Скважины обычно могут иметь нескольких километров в глубину, а чувствительное оборудование обычно может быть расположено вблизи вершины колодца скважины. Таким образом, диапазон чувствительности в 5 км или около того соответствует многим скважинным применениям. Возможность получения распределенного датчика с непрерывной последовательностью чувствительных участков, каждый из которых имеет длину порядка нескольких десятков сантиметров, позволяет осуществлять большое количество операций мониторинга.
Таким образом, этот аспект настоящего изобретения, в общем, относится к использованию 80микронного оптического волокна в распределенном акустическом волоконно-оптическом датчике для приложений скважинного детектирования и мониторинга. Специалисты в данной области техники знают, что 80-микронное оптическое волокно постоянно доступно на рынке от специализированных производителей оптического волокна. Однако можно было бы производить и оптическое волокно других размеров, имеющее относительно высокую степень неоднородностей на единицу длины и относительно высокую числовую апертуру.
Данное изобретение распространяется на способы, устройства и(или) использование, по существу, в соответствии с приведенным здесь описанием со ссылками на сопроводительные чертежи.
Любой признак одного аспекта изобретения может быть применен в других аспектах изобретения в любой необходимой комбинации. В частности, аспекты способа могут быть применимы в аспектах устройства и наоборот.
Далее в качестве примера описаны предпочтительные признаки настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 иллюстрирует основные компоненты распределенного волоконно-оптического датчика;
фиг. 2а, 2b, 2с и 2d показывают варианты осуществления оптических волокон в соответствии с аспектом настоящего изобретения;
фиг. 3 иллюстрирует изгиб, испытываемый оптическим волокном, в ответ на падающую акустическую волну;
фиг. 4 показывает два варианта осуществления оптического волокна в соответствии с другим аспектом изобретения;
фиг. 5 - еще один вариант осуществления оптического волокна по настоящему изобретению; и фиг. 6a и 6b иллюстрирует вариант осуществления для ввода в оптическое волокно оптического излучения со смещением относительно центра оптического волокна.
Фиг. 1 показывает схему распределенного волоконно-оптического чувствительного устройства. Отрезок чувствительного волокна 104 одним своим концом соединен с опрашивающим устройством 106. Выходной сигнал опрашивающего устройства передается на процессор 108 сигналов, который может быть либо совмещен с опрашивающим устройством, либо быть удаленным от него, и, в качестве опции, на интерфейс пользователя/графический дисплей 110, который на практике может представлять собой должным образом сконфигурированный ПК. Интерфейс пользователя может быть либо совмещен с процессором сигналов, либо быть удаленным от него.
Чувствительное волокно 104 может быть длиной во много километров, и в данном примере имеет длину приблизительно 40 км. Это чувствительное волокно является стандартным, немодифицированным одномодовым оптическим волокном, таким, которое обычно используется для решения телекоммуникационных приложений. В обычных приложениях распределенных волоконно-оптических датчиков чувствительное волокно, по меньшей мере, частично заключено в среду, которая подлежит мониторингу. Например, волокно 104 может быть закопано в земле для обеспечения мониторинга периметра или для мониторинга состояния закопанных объектов, таких как нефтепровод или что-либо подобное.
Данное изобретение будет описано применительно к распределенному акустическому датчику, но специалистам в данной области техники будет понятно, что описанная идея может быть применима вообще к любому типу распределенного волоконно-оптического датчика.
Во время работы опрашивающее устройство 106 запускает в чувствительное волокно, опрашивающее электромагнитное излучение, которое, например, может содержать серию оптических импульсов, имеющих выбранный частотный шаблон. Оптические импульсы могут иметь такой частотный шаблон, как описано в патентной публикации GB 2442745, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Как описано в GB 2442745, явление обратного рассеяния Релея приводит к тому, что определенная часть запущенного в волокно света отражается назад к опрашивающему устройству, где оно детектируется, чтобы обеспечить выходной сигнал, который отображает акустические возмущения в близкой к волокну области. Поэтому опрашивающее устройство, как правило, содержит по меньшей мере один лазер 112 и по меньшей мере один оптический модулятор 114 для создания множества
- 8 032731 оптических импульсов, разделенных между собой на известную разность оптической частоты. Кроме того, опрашивающее устройство содержит по меньшей мере один фотодетектор 116, сконфигурированный для детектирования излучения, которое рассеивается обратно от внутренних рассеивающих зон в волокне 104.
Сигнал с фотодетектора обрабатывается процессором 108 сигналов. Процессор сигналов обычным образом демодулирует отраженный сигнал на основании частотной разности между оптическими импульсами, как это описано в GB 2442745. Процессор сигнала может также использовать алгоритм развертки фазы, как это описано в GB 2442745.
Форма оптического входа и способ детектирования позволяют обеспечить пространственное разрешение одного непрерывного оптического волокна на отдельные продольные чувствительные участки. Т.е. акустический сигнал, детектированный на одном чувствительном участке, может быть, по существу, независимым от сигнала, детектированного на смежном чувствительном участке. Пространственное разрешение чувствительных участков оптического волокна может составлять, например, приблизительно 10 м, что при длине волокна в 40 км приводит к тому, что выходной сигнал опрашивающего устройства принимает форму 4000 независимых каналов данных.
Таким образом, одно чувствительное волокно может обеспечивать данные детектирования аналогичные мультиплексированной матрице смежных независимых датчиков, расположенных вдоль линейной траектории.
Обычные распределенные волоконно-оптические датчики используют стандартное телекоммуникационное оптическое волокно. Настоящее изобретение обеспечивает усовершенствования для конструкции волоконно-оптического кабеля, которые увеличивают чувствительность или функциональные возможности распределенных волоконно-оптических датчиков.
Фиг. 2 показывает поперечное сечение оптического волокна 201 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Это оптическое волокно содержит оптическую сердцевину 208, окруженную материалом оболочки 206, как обычно в оптических волокнах. Сердцевина 208 и оболочка 206 могут выполняться стандартными способами производства оптического волокна и могут представлять собой, например, вытянутое кварцевое стекло. Сердцевину, окружает защитный материал 202, снова как обычно в производстве оптических волокон. Защитный материал покрыт материалом 204 покрытия.
Однако в отличие от обычных оптических волокон, в которых сердцевина и оболочка расположены по центру оптического волокна, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1а, сердцевина и оболочка смещены от центра оптического волокна. Сердцевина и оболочка расположены ближе к краю оптического волокна, и в показанном примере центр оптического волокна не находится ни в области сердцевины, ни в области оболочки.
Расположением сердцевины оптического волокна ближе к краю оптического волокна, т.е. смещением сердцевины относительно центра оптического волокна можно максимизировать сигнал от такого оптического волокна, когда оно используется в качестве распределенного волоконно-оптического датчика. Как будет понятно далее, в распределенном волоконно-оптическом датчике, который реагирует на механическое перемещение оптического волокна, именно перемещение частей сердцевины и оболочки в оптическом волокне приводит к изменению оптического сигнала. Для распределенного волоконнооптического датчика, такого как описанный в GB 2442745, детектированный оптический сигнал представляет собой излучение, которое было рассеяно обратно по закону Релея внутри оптического волокна. Чем больше интенсивность акустического сигнала, тем больше изменение в детектируемом обратнорассеянном излучении.
На фиг. 3 показано стандартное оптическое волокно 301. Центр этого волокна, где обычно расположена сердцевина оптического волокна, показан пунктирной линией. Верхний рисунок на фиг. 3 показывает волокно, лежащее прямо, так как оно может быть развернуто для использования. Механические вибрации, падающие на оптическое волокно, могут вызывать вибрацию оптического волокна, например колебания в поперечном направлении. Фиг. 3 показывает два крайних положения при перемещении оптического волокна в поперечном направлении. Очевидно, что наибольшему изгибу подвержены внешние части оптического волокна. Реальная степень изгиба будет зависеть от ряда факторов, включая гибкость оптического волокна в продольном направлении, но следует иметь в виду, что когда волокно смещено вверх (как показано на рисунке), наибольший изгиб будет испытывать верхняя сторона волокна, отмеченная стрелкой 302. Центр волокна также будет испытывать изгиб, но не такой сильный, как края волокна.
Поэтому, возвращаясь назад к фиг. 2а, расположение светопроводящего участка 208 оптического волокна около края оптического волокна обеспечивает больший эффект изгиба, испытываемый сердцевиной 208 и оболочкой 206, чем если бы сердцевина была расположена в центре волокна. Это приведет к большему сигналу, возвращенному из волокна для данного падающего механического возмущения и, следовательно, к большей чувствительности распределенного волоконно-оптического датчика.
Фиг. 2b показывает другой вариант осуществления оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением. Оптическое волокно имеет области сердцевины и оболочки, как описано выше, расположенные со смещением от центра волокна. Волокно также имеет материал 204 покрытия. Однако в
- 9 032731 этом варианте осуществления оптическое волокно имеет первый защитный материал 202, который окружает сердцевину и оболочку, и второй защитный материал 210, расположенный в центре оптического волокна. По меньшей мере один из защитных материалов 202 или 210 может быть гелем. В одном варианте осуществления защитный материал 202 является гелем, а центральный материал 210 является твердым материалом, предназначенным для придания оптическому волокну определенной твердости. Однако в другом варианте осуществления центральный материал 210 может быть гелем, а защитный материал 202 может быть твердым материалом.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что волоконно-оптический кабель, заполненный гелем, обладает лучшими характеристиками, когда используется в распределенном акустическом волоконно-оптическом датчике, чем кабели, не заполненные гелем, поскольку присутствие геля способствует сопряжению акустического сигнала с сердцевиной.
Фиг. 2с показывает другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления в волоконно-оптическом кабеле 220 расположено стандартное оптическое волокно 212, содержащее сердцевину, материал оболочки, защитный материал и покрытие. В этом варианте осуществления сердцевина оптического волокна 212 расположена в центре оптического волокна, но само оптическое волокно расположено около края всего волоконно-оптического кабеля. Волоконно-оптический кабель содержит защитную оболочку 216 и материал-заполнитель 214. В некоторых вариантах осуществления волоконно-оптический кабель может содержать более одного оптического волокна 218.
Дополнительные оптические волокна могут использоваться для оптической связи через волоконнооптический кабель, в то время как оптическое волокно 112 используется для оптического детектирования в распределенном волоконно-оптическом датчике.
В некоторых вариантах осуществления, таких как показанные на фиг. 2а-2с, расположение сердцевины относительно центра кабеля, по существу, неизменно вдоль кабеля.
Однако в других вариантах осуществления оптическое волокно может быть расположено внутри кабеля по винтовой линии, т.е. положение оптического волокна внутри кабеля изменяется вдоль длины кабеля. Фиг. 2d иллюстрирует такое расположение оптического волокна внутри кабеля, причем оболочка кабеля и защитный материал для ясности не показаны. Если кабель имеет твердый центральный материал, оптическое волокно может быть навито вокруг твердой сердцевины.
Ясно, что после нескольких метров длины кабеля винтовая намотка оптического волокна будет означать, что оно расположено со всех сторон относительно центра кабеля. Таким образом, независимо от того, с какой стороны падает акустическая волна, по меньшей мере часть оптического волокна будет подвержена максимальной степени изгиба. Таким образом, винтовая намотка исключает необходимость избегания укладки кабеля в определенной ориентации.
Далее, шаг винтовой намотки может выбираться для обеспечения нужного пространственного разрешения. Во время использования волокно опрашивается импульсами излучения определенной длительности, и длительность импульса может определять длину каждого чувствительного участка в волокне. Минимальная длина чувствительного участка частично может определяться общей длиной опрашиваемого волокна, так как может быть необходимо, чтобы опрашивающие импульсы, которые определяют размер чувствительного участка, имели минимальную длительность, обеспечивающую приемлемые величины отраженных сигналов от конца кабеля. Пространственное разрешение самого датчика, однако, зависит от того, как расположено волокно. При использовании винтовой намотки заданная длина кабеля может соответствовать большей длине оптического волокна, тем самым повышая пространственное разрешение датчика в целом.
Фиг. 6a и 6b показывают другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления оптическое волокно 601, которое может быть обычным оптическим волокном, на одном конце имеет оптический разъем 602. Известны волоконно-оптические соединительные устройства для фокусировки излучения в или из оптического волокна. Во время использования волоконно-оптический разъем может быть соединен с делителем или с циркулятором для передачи предназначенного для передачи излучения в волокно и для направления обратнорассеянного излучения на детектор. В этом варианте осуществления оптический разъем 602 содержит линзу 603 и корпус 604, который поддерживает линзу на месте относительно конца оптического волокна 601.
Обычно линза конфигурируется для фокусировки излучения в центр оптического волокна, т.е. в точку 605, показанную на поперечном сечении на фиг. 6а. Однако в настоящем изобретении волоконнооптический соединитель сконфигурирован для фокусировки излучения в точку на оптическом волокне, смещенную от центра волокна, т.е. в положение 606. Таким образом, излучение будет вводится в оптическое волокно на краю области сердцевины, и максимальная интенсивность света в сердцевине будет на краю сердцевины. Как описано выше, изгиб, испытываемый на краю сердцевины, как правило, будет больше, чем изгиб в центре сердцевины, и следовательно, ввод излучения в волокно таким образом, чтобы максимум излучения приходился на края сердцевины, может максимизировать величину обратного рассеяния.
Вернемся теперь к фиг. 4, на которой показаны два варианта осуществления в соответствии с различными аспектами изобретения. Оптическое волокно 401 содержит область 402 оптической сердцевины
- 10 032731 и область 403 оболочки. Но в каждом их этих случаев оптическое волокно содержит один или более элементов 404 жесткости, которые действуют таким образом, что придают оптическому волокну жесткость, причем, только в одном предпочтительном направлении. Элементы жесткости представляют собой плоские структуры, которые идут по всей длине волокна, и ориентированы таким образом, что все их толстые края выровнены относительно друг друга. На фиг. 4 толстый край каждого элемента показан в горизонтальной ориентации. Элемент жесткости может содержать тонкие полоски металла или пластика и действует таким образом, что наделяет оптическое волокно сопротивлением изгибу в одном направлении, в данном примере, в горизонтальном направлении слева направо, при этом обеспечивая возможность перемещения в другом направлении, в данном примере - в вертикальном направлении. Следует заметить, что тонкий, подобный полоске элемент относительно гибкого материала, ориентированный так, как показано на фиг. 4, легко может быть согнут вверх и вниз без значительного сопротивления, но не может легко гнуться из стороны в сторону. Таким образом, элемент жесткости действует таким образом, что наделяет оптическое волокно предпочтительным направлением перемещения. Волокно может быть относительно легко изогнуто в вертикальном направлении, но не может легко гнуться в горизонтальном направлении.
Варианты осуществления, показанные на фиг. 4, поэтому могут быть использованы для получения предпочтительного отклика на возмущения, падающие в вертикальном направлении. Это может позволить обеспечивать разрешение компонентов падающей волны в вертикальном направлении. Если, например, волна давления падает слева или справа на какое-либо из волокон, показанных на фиг. 4, то она может вызвать лишь очень малое перемещение волокон, и, следовательно, в обратнорассеянном излучении произойдут очень малые изменения. Волна давления, падающая сверху или снизу, заставит волокно вибрировать (как показано на фиг. 3). Это приведет к изменению величины обратнорассеянного излучения, что будет детектировано как возмущение волокна. Волна давления, падающая по направлению, которое составляет 45° к вертикали, вызовет некоторую вибрацию, в направлении вверх-вниз, обусловленную компонентой падающей волны в направлении вверх и вниз.
Расположение двух таких волокон, которые предпочтительно реагирует только в одном направлении, и такая ориентация предпочтительных направлений перемещения каждого из волокон, чтобы они были ортогональны, может обеспечить разрешение падающего возмущения, т.е. падающей акустической волны по двум ортогональным компонентам, как показано на фиг. 5. Фиг. 5 показывает другой вариант осуществления волоконно-оптического кабеля. Фиг. 5 показывает два волоконно-оптических кабеля 501 одинаковой конструкции. Каждый волоконно-оптический кабель имеет оптическое волокно 502, которое содержит оптическую сердцевину и оболочку, и в качестве опции может содержать по меньшей мере один защитный материал и/или по меньшей мере один материал покрытия, как это описано ранее. Оптическое волокно окружается материалом кабеля. Кабель имеет форму поперечного сечения, которая в одном направлении шире, чем в другом, в этом примере, эллиптическую форму. Таким образом, каждое волокно будет предпочтительно изгибаться в направлении малой оси и будет сопротивляться изгибу в направлении большой оси. Кабель, в качестве опции, может содержать элементы жесткости, как описано выше, чтобы они еще больше препятствовали перемещению в направлении большой оси.
Эти два волокна расположены относительно близко одно к другому и, по существу, параллельно и ориентированы таким образом, что предпочтительное направление вибрации одного волокна (показано стрелками) ортогонально предпочтительному направлению вибрации другого волокна. Любая падающая акустическая волна (что должно пониматься как падающая волна давления любого типа, включая сейсмические волны), которая имеет компоненту, перпендикулярную общей оси, вдоль которой вытянуты волокна, таким образом, будет разложена этими двумя волокнами по двум ортогональным компонентам. Такая конфигурация может быть полезной при проведении сейсмических наблюдений и, особенно, в внутрискважинкых приложениях, например для детектирования и построения карты разломов.
Каждый из раскрытых в этом описании признаков, а также (где применимо) пункты формулы изобретения и чертежи могут рассматриваться как независимо, так и в любой необходимой комбинации.
Claims (10)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Распределенный волоконно-оптический датчик, содержащий волоконно-оптический элемент, имеющий жесткость в первом поперечном направлении, которая больше, чем жесткость во втором поперечном направлении, причем второе поперечное направление отлично от первого поперечного направления и волоконно-оптический элемент имеет асимметричную форму, оптический источник, сопряженный для передачи оптического излучения в волоконно-оптический элемент, детектор, сопряженный с волоконно-оптическим элементом для детектирования оптического излучения, рассеянного обратно из волоконно-оптического элемента, и процессор, сконфигурированный с возможностью обработки детектированного обратно рассеянного излучения для обеспечения множества продольных чувствительных участков волоконно-оптического элемента.
- 2. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.1, дополнительно содержащий второй волоконно-оптический элемент, имеющий жесткость в первом поперечном направлении, которая больше, чем- 11 032731 жесткость во втором поперечном направлении, причем второе поперечное направление отлично от первого поперечного направления и второй волоконно-оптический элемент имеет асимметричную форму, причем второй волоконно-оптический элемент сопряжен с оптическим источником и детектором и расположен таким образом, что первое направление волоконно-оптического элемента, по существу, параллельно второму направлению второго волоконно-оптического элемента.
- 3. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.1, в котором процессор принимает данные, соответствующие детектированному обратному рассеянию из обоих волоконно-оптических элементов, и сконфигурирован для определения компонент любого возмущения, падающего в первом и во втором направлениях.
- 4. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.1, причем волоконно-оптический элемент имеет смещенную сердцевину.
- 5. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.1, в котором первое поперечное направление ортогонально второму поперечному направлению.
- 6. Распределенный волоконно-оптический датчик по любому из пп.1-5, содержащий по меньшей мере один элемент жесткости, причем по меньшей мере один элемент жесткости имеет жесткость, которая выше в первом направлении, чем во втором направлении.
- 7. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.6, в котором элемент жесткости имеет толщину в первом направлении, которая значительно выше, чем толщина во втором направлении.
- 8. Распределенный волоконно-оптический датчик по п.1, причем волоконно-оптический элемент имеет поперечное сечение, которое является более широким в первом направлении, чем во втором направлении.
- 9. Распределенный волоконно-оптический датчик по любому из пп.1-8, причем волоконнооптический элемент имеет, по существу, эллиптическое поперечное сечение, причем большая ось эллипса определяет первое направление.
- 10. Распределенный волоконно-оптический датчик по любому из пп.1-9, в котором сердцевина и окружающая ее область оболочки волоконно-оптического элемента расположены около края оптического волокна во втором направлении.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB0919902.7A GB0919902D0 (en) | 2009-11-13 | 2009-11-13 | Improvements in fibre optic cables for distributed sensing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201400829A1 EA201400829A1 (ru) | 2015-03-31 |
| EA032731B1 true EA032731B1 (ru) | 2019-07-31 |
Family
ID=41509334
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201400829A EA032731B1 (ru) | 2009-11-13 | 2010-11-11 | Распределенный волоконно-оптический датчик |
| EA201290303A EA029335B1 (ru) | 2009-11-13 | 2010-11-11 | Оптическое волокно, волоконно-оптический кабель и распределенный акустический волоконно-оптический датчик на основе указанного волокна |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201290303A EA029335B1 (ru) | 2009-11-13 | 2010-11-11 | Оптическое волокно, волоконно-оптический кабель и распределенный акустический волоконно-оптический датчик на основе указанного волокна |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US9677956B2 (ru) |
| EP (2) | EP2803957B1 (ru) |
| CN (2) | CN108645430A (ru) |
| AU (1) | AU2010317792B2 (ru) |
| BR (1) | BR112012011226B1 (ru) |
| CA (3) | CA3051560A1 (ru) |
| EA (2) | EA032731B1 (ru) |
| GB (1) | GB0919902D0 (ru) |
| MY (1) | MY162097A (ru) |
| WO (1) | WO2011058314A1 (ru) |
Families Citing this family (64)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110290477A1 (en) | 2008-12-31 | 2011-12-01 | Jaeaeskelaeinen Kari-Mikko | Method for monitoring deformation of well equipment |
| US9003888B2 (en) | 2009-02-09 | 2015-04-14 | Shell Oil Company | Areal monitoring using distributed acoustic sensing |
| US8245780B2 (en) | 2009-02-09 | 2012-08-21 | Shell Oil Company | Method of detecting fluid in-flows downhole |
| WO2010136773A2 (en) | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Qinetiq Limited | Well monitoring |
| GB0919906D0 (en) * | 2009-11-13 | 2009-12-30 | Qinetiq Ltd | Improvements to distributed fibre optic sensing |
| GB0919902D0 (en) | 2009-11-13 | 2009-12-30 | Qinetiq Ltd | Improvements in fibre optic cables for distributed sensing |
| AU2010336498B2 (en) * | 2009-12-23 | 2014-11-20 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Detecting broadside and directional acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (DAS) assembly |
| US9109944B2 (en) | 2009-12-23 | 2015-08-18 | Shell Oil Company | Method and system for enhancing the spatial resolution of a fiber optical distributed acoustic sensing assembly |
| US8605542B2 (en) * | 2010-05-26 | 2013-12-10 | Schlumberger Technology Corporation | Detection of seismic signals using fiber optic distributed sensors |
| US9140815B2 (en) | 2010-06-25 | 2015-09-22 | Shell Oil Company | Signal stacking in fiber optic distributed acoustic sensing |
| EP2656125A4 (en) | 2010-12-21 | 2018-01-03 | Shell Oil Company | System and method for making distributed measurements using fiber optic cable |
| US9322702B2 (en) | 2010-12-21 | 2016-04-26 | Shell Oil Company | Detecting the direction of acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (DAS) assembly |
| AU2012225422B2 (en) | 2011-03-09 | 2015-07-02 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Integrated fiber optic monitoring system for a wellsite and method of using same |
| WO2012156434A2 (en) | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method and system for protecting a conduit in an annular space around a well casing |
| AU2012271016B2 (en) | 2011-06-13 | 2014-12-04 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Hydraulic fracture monitoring using active seismic sources with receivers in the treatment well |
| US9091589B2 (en) | 2011-06-20 | 2015-07-28 | Shell Oil Company | Fiber optic cable with increased directional sensitivity |
| GB201112161D0 (en) * | 2011-07-15 | 2011-08-31 | Qinetiq Ltd | Portal monitoring |
| AU2012294519B2 (en) | 2011-08-09 | 2014-11-27 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method and apparatus for measuring seismic parameters of a seismic vibrator |
| GB2510996B (en) | 2011-12-15 | 2019-09-25 | Shell Int Research | Detecting broadside acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (das) assembly |
| GB2510775A (en) * | 2011-12-30 | 2014-08-13 | Shell Int Research | Smart hydrocarbon fluid production method and system |
| EP2800985A4 (en) * | 2012-01-06 | 2016-01-06 | Services Petroliers Schlumberger | DEPLOYMENT OF OPTICAL FIBER WELL FOR SEISMIC PROSPECTION |
| GB201203273D0 (en) | 2012-02-24 | 2012-04-11 | Qinetiq Ltd | Monitoring transport network infrastructure |
| CA2878584C (en) | 2012-08-01 | 2020-09-08 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Cable comprising twisted sinusoid for use in distributed sensing |
| GB201219331D0 (en) | 2012-10-26 | 2012-12-12 | Optasense Holdings Ltd | Fibre optic cable for acoustic/seismic sensing |
| AT513732B1 (de) * | 2012-11-27 | 2015-05-15 | Fct Fiber Cable Technology Gmbh | Verfahren zur ortsaufgelösten Druckmessung |
| US10036242B2 (en) | 2013-08-20 | 2018-07-31 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole acoustic density detection |
| US10087751B2 (en) * | 2013-08-20 | 2018-10-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Subsurface fiber optic stimulation-flow meter |
| GB2552760B (en) * | 2013-09-13 | 2018-05-16 | Silixa Ltd | Fibre optic cable having discrete acoustic coupling regions |
| GB2518216B (en) * | 2013-09-13 | 2018-01-03 | Silixa Ltd | Non-isotropic fibre optic acoustic cable |
| US9823114B2 (en) | 2013-09-13 | 2017-11-21 | Silixa Ltd. | Non-isotropic acoustic cable |
| GB2552761B (en) * | 2013-09-13 | 2018-05-16 | Silixa Ltd | Non-isotropic acoustic cable |
| US10295690B2 (en) | 2013-09-18 | 2019-05-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Distributed seismic sensing for in-well monitoring |
| US9063315B2 (en) | 2013-09-24 | 2015-06-23 | Baker Hughes Incorporated | Optical cable, downhole system having optical cable, and method thereof |
| US10843290B2 (en) | 2015-01-19 | 2020-11-24 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Acoustically enhanced optical cables |
| WO2016144336A1 (en) | 2015-03-10 | 2016-09-15 | Halliburton Energy Services Inc. | A wellbore monitoring system using strain sensitive optical fiber cable package |
| US10173381B2 (en) | 2015-03-10 | 2019-01-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method of manufacturing a distributed acoustic sensing cable |
| WO2016144334A1 (en) | 2015-03-10 | 2016-09-15 | Halliburton Energy Services Inc. | A strain sensitive optical fiber cable package for downhole distributed acoustic sensing |
| US9678044B2 (en) * | 2015-03-18 | 2017-06-13 | Baker Hughes Incorporated | Method of measuring acoustic energy impinging upon a cable |
| NL2015406B1 (en) * | 2015-09-07 | 2017-03-22 | Fugro Tech Bv | Optical sensor device with enhanced shock absorption. |
| AU2017246520B2 (en) | 2016-04-07 | 2022-04-07 | Bp Exploration Operating Company Limited | Detecting downhole events using acoustic frequency domain features |
| BR112018070565A2 (pt) | 2016-04-07 | 2019-02-12 | Bp Exploration Operating Company Limited | detecção de eventos de fundo de poço usando características de domínio da frequência acústicas |
| US10558006B2 (en) * | 2016-06-13 | 2020-02-11 | Carlisle Interconnect Technologies, Inc. | Fiber-optic cable and method of manufacture |
| WO2018178279A1 (en) | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Bp Exploration Operating Company Limited | Well and overburden monitoring using distributed acoustic sensors |
| US10697804B2 (en) | 2017-05-31 | 2020-06-30 | Corning Research & Development Corporation | Optical sensing cable with acoustic lensing or reflecting features |
| US10684162B2 (en) | 2017-05-31 | 2020-06-16 | Corning Research & Development Corporation | Strain sensing optical cable with acoustic impedance matched layers |
| US10263696B2 (en) * | 2017-06-12 | 2019-04-16 | Network Integrity Systems, Inc. | Monitoring a fiber optic cable for intrusion using a weighted algorithm |
| BR112020003742A2 (pt) | 2017-08-23 | 2020-09-01 | Bp Exploration Operating Company Limited | detecção de localizações de ingresso de areia em fundo de poço |
| EA202090867A1 (ru) | 2017-10-11 | 2020-09-04 | Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед | Обнаружение событий с использованием признаков в области акустических частот |
| EP3518010A1 (en) * | 2018-01-30 | 2019-07-31 | Koninklijke Philips N.V. | Optical shape sensor, optical shape sensing console and system, and optical shape sensing method |
| GB2587985B (en) | 2018-05-01 | 2023-03-15 | Baker Hughes Holdings Llc | Gas sensor system |
| RU2764063C1 (ru) | 2018-05-01 | 2022-01-13 | Бейкер Хьюз Холдингз Ллк | Датчик газа, включающий в себя оптоволоконный соединитель |
| AU2019389281A1 (en) | 2018-11-29 | 2021-06-17 | Bp Exploration Operating Company Limited | Das data processing to identify fluid inflow locations and fluid type |
| GB201820331D0 (en) | 2018-12-13 | 2019-01-30 | Bp Exploration Operating Co Ltd | Distributed acoustic sensing autocalibration |
| IT201900004679A1 (it) * | 2019-03-28 | 2020-09-28 | Univ Degli Studi Della Campania Luigi Vanvitelli | Trasduttore perfezionato |
| CN110045457B (zh) * | 2019-04-11 | 2020-06-26 | 电子科技大学 | 一种基于包层软化和多包层结构的声波增敏光纤 |
| WO2021073741A1 (en) | 2019-10-17 | 2021-04-22 | Lytt Limited | Fluid inflow characterization using hybrid das/dts measurements |
| WO2021073740A1 (en) | 2019-10-17 | 2021-04-22 | Lytt Limited | Inflow detection using dts features |
| WO2021093974A1 (en) | 2019-11-15 | 2021-05-20 | Lytt Limited | Systems and methods for draw down improvements across wellbores |
| KR20210080995A (ko) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | (주)에프비지코리아 | 광섬유격자센서를 이용한 비탈면 변위 측정장치 |
| CN111256805B (zh) * | 2020-01-06 | 2022-06-03 | 武汉理工光科股份有限公司 | 分布式光纤振动传感器振动源横向定位方法及系统 |
| US11387898B2 (en) | 2020-02-24 | 2022-07-12 | Nec Corporation | Distributed sensing over switched optical fiber networks |
| EP4165284A1 (en) | 2020-06-11 | 2023-04-19 | Lytt Limited | Systems and methods for subterranean fluid flow characterization |
| EP4168647A1 (en) | 2020-06-18 | 2023-04-26 | Lytt Limited | Event model training using in situ data |
| RU2757682C1 (ru) * | 2021-03-25 | 2021-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Способ контроля состояния смотрового устройства на трассе волоконно-оптической кабельной линии |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003050576A1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-19 | Chiral Photonics, Inc. | Chiral fiber sensor apparatus and method |
| RU2005133274A (ru) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инверси -Сенсор" (RU) | Оптоволоконная мультисенсорная система датчик температуры/деформации для оптоволоконной мультисенсорной системы, способ записи датчика (варианты) |
| JP2007132746A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | East Japan Railway Co | 光ファイバセンサー及び歪・温度観測システム |
| JP2009063356A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Fujikura Ltd | 光ファイバセンサケーブル |
Family Cites Families (65)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4110554A (en) * | 1978-02-08 | 1978-08-29 | Custom Cable Company | Buoyant tether cable |
| US4772089A (en) * | 1982-04-02 | 1988-09-20 | Polyplastics Co., Ltd. | Optical fiber cable and method for producing same |
| US4784454A (en) * | 1982-08-02 | 1988-11-15 | Andrew Corporation | Optical fiber and laser interface device |
| DE3305234C2 (de) * | 1983-02-16 | 1986-02-27 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | Zugfester Draht aus einer faserverstärkten Harzstruktur mit mindestens einem darin eingeschlossenen Lichtwellenleiter |
| US4645298A (en) * | 1983-07-28 | 1987-02-24 | At&T Bell Laboratories | Optical fiber cable |
| GB8432402D0 (en) * | 1984-12-21 | 1985-02-06 | Birch R D | Optical fibres |
| GB2197953B (en) * | 1986-11-27 | 1990-06-06 | Plessey Co Plc | Acoustic sensor |
| US4815079A (en) * | 1987-12-17 | 1989-03-21 | Polaroid Corporation | Optical fiber lasers and amplifiers |
| JP3099346B2 (ja) | 1990-06-08 | 2000-10-16 | 大日本インキ化学工業株式会社 | アニオンリビングポリマーの製造方法およびこの製造方法で得られたアニオンリビングポリマーを用いるポリマーの製造方法 |
| US5194847A (en) | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Texas A & M University System | Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing |
| US5210810A (en) * | 1991-12-19 | 1993-05-11 | At&T Bell Laboratories | Hermaphroditic connector for single fiber optical cable |
| US5390273A (en) * | 1992-04-02 | 1995-02-14 | Pirelli Cable Corporation | Flame resistant optical fiber cable with optical fibers loosely enclosed in tubes |
| US5367376A (en) * | 1992-08-20 | 1994-11-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Planar and linear fiber optic acoustic sensors embedded in an elastomer material |
| US5307436A (en) * | 1993-04-20 | 1994-04-26 | Corning Incorporated | Partially detached core optical waveguide |
| US5448670A (en) | 1994-06-10 | 1995-09-05 | Commscope, Inc. | Elliptical aerial self-supporting fiber optic cable and associated apparatus and methods |
| WO1997008791A1 (en) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Sdl, Inc. | Optical fibre for improved power coupling |
| US5768462A (en) * | 1996-03-05 | 1998-06-16 | Kvh Industries, Inc. | Grooved optical fiber for use with an electrode and a method for making same |
| GB9626099D0 (en) | 1996-12-16 | 1997-02-05 | King S College London | Distributed strain and temperature measuring system |
| GB9709627D0 (en) * | 1997-05-13 | 1997-07-02 | Hewlett Packard Co | Multimode communications systems |
| JP3511574B2 (ja) | 1997-06-18 | 2004-03-29 | 日本電信電話株式会社 | 単心光ファイバコードおよび光テープコード |
| US5905834A (en) * | 1997-07-21 | 1999-05-18 | Pirelli Cable Corporation | Combination loose tube optical fiber cable with reverse oscillating lay |
| US6085009A (en) * | 1998-05-12 | 2000-07-04 | Alcatel | Water blocking gels compatible with polyolefin optical fiber cable buffer tubes and cables made therewith |
| CN1153054C (zh) * | 1998-12-04 | 2004-06-09 | 塞德拉公司 | 布拉格光栅压力传感器 |
| US6343174B1 (en) * | 1999-07-30 | 2002-01-29 | Ceramoptec Industries, Inc. | Laser delivery system with optical fibers having fluid delivery channels |
| US6621951B1 (en) * | 2000-06-27 | 2003-09-16 | Oluma, Inc. | Thin film structures in devices with a fiber on a substrate |
| WO2002057805A2 (en) | 2000-06-29 | 2002-07-25 | Tubel Paulo S | Method and system for monitoring smart structures utilizing distributed optical sensors |
| US6742936B1 (en) * | 2000-11-06 | 2004-06-01 | Corning Cable Systems Llc | Low-loss intermatable ferrules for optical fibers and a method of fabrication thereof |
| US6876799B2 (en) * | 2001-05-09 | 2005-04-05 | Alcatel | Gel-swellable layers on fibers, fiber ribbons and buffer tubes |
| US6625363B2 (en) * | 2001-06-06 | 2003-09-23 | Nufern | Cladding-pumped optical fiber |
| US6687445B2 (en) * | 2001-06-25 | 2004-02-03 | Nufern | Double-clad optical fiber for lasers and amplifiers |
| US6749446B2 (en) * | 2001-10-10 | 2004-06-15 | Alcatel | Optical fiber cable with cushion members protecting optical fiber ribbon stack |
| US7403687B2 (en) * | 2001-12-21 | 2008-07-22 | Pirelli Communications Cables And Systems Usa, Llc | Reinforced tight-buffered optical fiber and cables made with same |
| US6909823B1 (en) * | 2001-12-28 | 2005-06-21 | Novera Optics, Inc. | Acousto-optic tunable apparatus having a fiber bragg grating and an offset core |
| US6681071B2 (en) * | 2002-05-15 | 2004-01-20 | Fitel Usa Corp. | Dry core indoor/outdoor fiber optic cable |
| US6801687B2 (en) * | 2002-08-22 | 2004-10-05 | Terabeam Corporation | Apparatus and method for generating a mode-scrambled optical signal using a VCSEL array |
| US20040109646A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-10 | Anderson Timothy W. | Array connector/ferrule for large core ribbon fiber |
| CN1164886C (zh) * | 2002-12-10 | 2004-09-01 | 西安交通大学 | 基于分布式光纤传感器的油气管线泄漏智能在线监测方法 |
| CN1219226C (zh) | 2002-12-27 | 2005-09-14 | 燕山大学 | 双包层塑料放大器光纤及其制造方法 |
| FR2849929B1 (fr) * | 2003-01-09 | 2005-04-15 | Sagem | Cable a fibres optiques avec gaine de maintien |
| US6937325B2 (en) * | 2003-01-30 | 2005-08-30 | Fitel U.S.A. Corporation | Method and apparatus for measuring eccentricity in a optical fiber |
| US7403674B2 (en) * | 2003-07-18 | 2008-07-22 | Network Integrity Systems Inc. | Intrusion detection system for a multimode optical fiber using a bulk optical wavelength division multiplexer for maintaining modal power distribution |
| US7403675B2 (en) * | 2003-07-18 | 2008-07-22 | Network Integrity Systems Inc. | Method of high order mode excitation for multimode intrusion detection |
| WO2005010562A2 (en) * | 2003-07-18 | 2005-02-03 | Network Integrity Systems, Inc. | Multimode fiber optic intrusion detection system |
| US7376293B2 (en) * | 2003-07-18 | 2008-05-20 | Network Intergrity Systems Inc. | Remote location of active section of fiber in a multimode intrusion detection system |
| CA2643338C (en) * | 2003-08-13 | 2014-01-07 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Structured doped tellurite glass optical fiber exhibiting controlled zero dispersion within a wavelength band centered at 1.55 mm |
| US7101623B2 (en) * | 2004-03-19 | 2006-09-05 | Dow Global Technologies Inc. | Extensible and elastic conjugate fibers and webs having a nontacky feel |
| US7304724B2 (en) * | 2004-04-13 | 2007-12-04 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for quantification of optical properties of superficial volumes |
| US20060024001A1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Kyocera Corporation | Optical fiber connected body with mutually coaxial and inclined cores, optical connector for forming the same, and mode conditioner and optical transmitter using the same |
| FI20045308A (fi) * | 2004-08-26 | 2006-02-27 | Corelase Oy | Optinen kuituvahvistin, jossa on vahvistuksen muotoerottelu |
| EP2267504B1 (en) * | 2004-11-05 | 2016-10-19 | Prysmian S.p.A. | Process for the production of a water-blocked optical cable |
| GB0500277D0 (en) * | 2005-01-07 | 2005-02-16 | Southampton Photonics Ltd | Apparatus for propagating optical radiation |
| US7333681B2 (en) * | 2005-08-03 | 2008-02-19 | Network Integrity Systems, Inc. | Intrusion detection and location system for use on multimode fiber optic cable |
| GB0524838D0 (en) * | 2005-12-06 | 2006-01-11 | Sensornet Ltd | Sensing system using optical fiber suited to high temperatures |
| US7590321B2 (en) * | 2006-03-09 | 2009-09-15 | Adc Telecommunications, Inc. | Mid-span breakout with helical fiber routing |
| WO2007104915A1 (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-20 | Schlumberger Holdings Limited | System and method for monitoring structures |
| US20080124032A1 (en) * | 2006-04-28 | 2008-05-29 | Christopher Horvath | System and Method of Protecting Optical Cables |
| US20080217303A1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-09-11 | Lockheed Martin Corporation | Optical fiber fusion splice device for use in confined spaces |
| GB2442745B (en) | 2006-10-13 | 2011-04-06 | At & T Corp | Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses |
| US7609925B2 (en) * | 2007-04-12 | 2009-10-27 | Adc Telecommunications, Inc. | Fiber optic cable breakout configuration with tensile reinforcement |
| JP2009156718A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Yokogawa Electric Corp | 光パルス試験装置 |
| FR2926640B1 (fr) | 2008-01-18 | 2010-08-20 | Draka Comteq France Sa | Fibre optique gainee et cable de telecommunication |
| US8326103B2 (en) * | 2008-04-04 | 2012-12-04 | Baker Hughes Incorporated | Cable and method |
| JP5638073B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2014-12-10 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 水中複合体ケーブル及び方法 |
| GB0919902D0 (en) | 2009-11-13 | 2009-12-30 | Qinetiq Ltd | Improvements in fibre optic cables for distributed sensing |
| US8374473B2 (en) * | 2010-05-05 | 2013-02-12 | Ofs Fitel, Llc | Tight-buffered optical fiber having improved fiber access |
-
2009
- 2009-11-13 GB GBGB0919902.7A patent/GB0919902D0/en not_active Ceased
-
2010
- 2010-11-11 EP EP14179065.9A patent/EP2803957B1/en not_active Not-in-force
- 2010-11-11 CA CA3051560A patent/CA3051560A1/en not_active Abandoned
- 2010-11-11 MY MYPI2012002086A patent/MY162097A/en unknown
- 2010-11-11 BR BR112012011226A patent/BR112012011226B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2010-11-11 WO PCT/GB2010/002074 patent/WO2011058314A1/en active Application Filing
- 2010-11-11 US US13/509,425 patent/US9677956B2/en active Active
- 2010-11-11 CA CA3051561A patent/CA3051561A1/en not_active Abandoned
- 2010-11-11 EA EA201400829A patent/EA032731B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2010-11-11 CA CA2780569A patent/CA2780569C/en active Active
- 2010-11-11 EP EP10787860.5A patent/EP2499472B1/en active Active
- 2010-11-11 AU AU2010317792A patent/AU2010317792B2/en not_active Ceased
- 2010-11-11 CN CN201810447612.3A patent/CN108645430A/zh active Pending
- 2010-11-11 EA EA201290303A patent/EA029335B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2010-11-11 CN CN201080061395.6A patent/CN102822645B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2017
- 2017-06-12 US US15/620,196 patent/US11099085B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003050576A1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-19 | Chiral Photonics, Inc. | Chiral fiber sensor apparatus and method |
| RU2005133274A (ru) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инверси -Сенсор" (RU) | Оптоволоконная мультисенсорная система датчик температуры/деформации для оптоволоконной мультисенсорной системы, способ записи датчика (варианты) |
| JP2007132746A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | East Japan Railway Co | 光ファイバセンサー及び歪・温度観測システム |
| JP2009063356A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Fujikura Ltd | 光ファイバセンサケーブル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA3051560A1 (en) | 2011-05-19 |
| GB0919902D0 (en) | 2009-12-30 |
| AU2010317792A1 (en) | 2012-07-05 |
| EA029335B1 (ru) | 2018-03-30 |
| BR112012011226B1 (pt) | 2020-01-21 |
| US9677956B2 (en) | 2017-06-13 |
| EP2499472A1 (en) | 2012-09-19 |
| CN102822645B (zh) | 2018-07-27 |
| EP2803957A2 (en) | 2014-11-19 |
| CA2780569A1 (en) | 2011-05-19 |
| CA2780569C (en) | 2019-09-24 |
| US20170343433A1 (en) | 2017-11-30 |
| CN102822645A (zh) | 2012-12-12 |
| CA3051561A1 (en) | 2011-05-19 |
| AU2010317792B2 (en) | 2014-07-24 |
| US11099085B2 (en) | 2021-08-24 |
| WO2011058314A1 (en) | 2011-05-19 |
| EP2499472B1 (en) | 2016-01-27 |
| EA201290303A1 (ru) | 2012-12-28 |
| EA201400829A1 (ru) | 2015-03-31 |
| BR112012011226A2 (pt) | 2018-03-27 |
| CN108645430A (zh) | 2018-10-12 |
| US20120222487A1 (en) | 2012-09-06 |
| EP2803957B1 (en) | 2017-01-11 |
| MY162097A (en) | 2017-05-31 |
| EP2803957A3 (en) | 2015-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA032731B1 (ru) | Распределенный волоконно-оптический датчик | |
| CA2964039C (en) | Fibre optic cable with tuned transverse sensitivity | |
| US9243949B2 (en) | Fibre optic distributed sensing | |
| US10345139B2 (en) | Non-isotropic acoustic cable | |
| EP3577423B1 (en) | Cable for distributed sensing | |
| US10690871B2 (en) | Directional sensitive fiber optic cable wellbore system | |
| WO2019135982A1 (en) | Directional sensitive fiber optic cable wellbore system | |
| US11906334B2 (en) | Fibre optic cables | |
| AU2014253508B2 (en) | Optic fibres and fibre optic sensing | |
| RU159893U1 (ru) | Комбинированный волоконно-оптический сенсор | |
| GB2552760A (en) | Non-isotropic accoustic cable design | |
| GB2480933A (en) | Temperature sensing method and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ RU |