EA038447B1 - Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring - Google Patents
Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring Download PDFInfo
- Publication number
- EA038447B1 EA038447B1 EA201900433A EA201900433A EA038447B1 EA 038447 B1 EA038447 B1 EA 038447B1 EA 201900433 A EA201900433 A EA 201900433A EA 201900433 A EA201900433 A EA 201900433A EA 038447 B1 EA038447 B1 EA 038447B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fiber optic
- optic cable
- sensor
- fiber
- cable
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 31
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- -1 thermometers Chemical compound 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
- G01D5/35338—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 using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35354—Sensor working in reflection
- G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
- G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к оптоволоконным технологиям, а именно к термометрическому методу изучения массива горных пород, и может быть использовано для получения детальной информации о температурах горных пород с помощью оптоволоконного датчика непрерывно в режиме реального времени в скважинах или шпурах любой направленности (вертикальных, горизонтальных, наклонных).The invention relates to fiber-optic technologies, namely to a thermometric method for studying a rock mass, and can be used to obtain detailed information about the temperatures of rocks using a fiber-optic sensor continuously in real time in boreholes or boreholes of any direction (vertical, horizontal, inclined) ...
Уровень техникиState of the art
Измерения температуры в скважинах (синонимы - термометрия, метод термометрии, термометрический метод) являются основным методом изучения поля температур (синоним - тепловое поле) в массиве горных пород. Метод термометрии используется для изучения как естественного теплового поля от природных источников теплоты, так и искусственного теплового поля, сгенерированного техногенными источниками теплоты, в том числе целенаправленно под контролем человека для решения инженерных задач.Temperature measurements in wells (synonyms - thermometry, thermometry method, thermometric method) are the main method for studying the temperature field (synonym - thermal field) in a rock mass. The thermometry method is used to study both the natural thermal field from natural sources of heat and the artificial thermal field generated by technogenic sources of heat, including purposefully under human control for solving engineering problems.
Например, термометрический метод поставляет надежную информацию о температурном состоянии массива пород, подвергнутого искусственному замораживанию для создания временной защитной крепи (ледопородного ограждения) при проходке горных выработок через водоносные проницаемые слои горных пород. Обязательное применение данного метода регламентируется рядом нормативных документов. Для измерений температуры горных пород производится бурение и оборудование специальных термометрических (при мониторинге - контрольно-термических) скважин или шпуров. Шпур скважина малого диаметра (до 75 мм) и малой глубины (до 5 м).For example, the thermometric method provides reliable information about the temperature state of a rock mass subjected to artificial freezing to create a temporary protective lining (ice wall) when driving a mine through water-bearing permeable rock layers. The mandatory use of this method is regulated by a number of regulatory documents. To measure the temperature of rocks, drilling and equipment of special thermometric (when monitoring - thermal control) wells or boreholes are carried out. Spur well of small diameter (up to 75 mm) and shallow depth (up to 5 m).
Известен способ измерения температур (далее - способ 1) в термометрических скважинах или шпурах путем погружения в них скважинного термометра в процессе его движения по стволу скважины от устья к забою и обратно [5]. Оборудование для этого способа представляет собой скважинный зонд, в качестве чувствительного элемента которого по отношению к температуре выступает электрический датчик сопротивления. Также могут использоваться ртутные заленивленные термометры, гирлянды заленивленных термометров или электрических термометров сопротивления [2, 3, 4]. Недостатком данного способа является необходимость периодического погружения термометра в скважину, что 1) является трудоемкой процедурой и требует обязательного присутствия специалиста, осуществляющего эту процедуру, 2) не обеспечивает непрерывного во времени измерения по всей глубине скважины при необходимости длительных мониторинговых наблюдений.A known method of measuring temperatures (hereinafter referred to as method 1) in thermometric wells or boreholes by immersing a well thermometer in them during its movement along the wellbore from the wellhead to the bottom and back [5]. The equipment for this method is a borehole probe, the sensing element of which in relation to temperature is an electrical resistance sensor. Mercury iced thermometers, garlands of iced thermometers or electrical resistance thermometers can also be used [2, 3, 4]. The disadvantage of this method is the need for periodic immersion of the thermometer into the well, which 1) is a laborious procedure and requires the obligatory presence of a specialist performing this procedure, 2) does not provide continuous measurements over the entire depth of the well if long-term monitoring observations are required.
Известен способ измерения температур (далее - способ 2) с постоянным размещением локальных термометрических датчиков на нескольких заданных глубинах в термометрической скважине или шпуре. В этом способе в качестве локальных датчиков используется гирлянда электрических термометров сопротивления [2], которая подключаются к измерительному устройству при помощи кабеля и передает информацию о температурах в точке установки каждого термометра непрерывно в режиме реального времени. Описанный способ имеет недостаток в том, что температуры измеряются в нескольких отдельных точках вдоль ствола скважины или шпура, расстояние между которыми достаточно большое. При высоких требованиях к детальности исследований, когда необходимо соблюсти малое расстояние между точками измерений вплоть до нескольких сантиметров, такую детальность сложно, а чаще всего невозможно обеспечить датчиками данного способа.A known method for measuring temperatures (hereinafter referred to as method 2) with permanent placement of local thermometric sensors at several predetermined depths in a thermometric well or borehole. In this method, a string of electrical resistance thermometers [2] is used as local sensors, which are connected to the measuring device using a cable and transmits information about the temperatures at the point of installation of each thermometer continuously in real time. The described method has the disadvantage that temperatures are measured at several separate points along the borehole or borehole, the distance between which is quite large. With high requirements for the detail of research, when it is necessary to maintain a small distance between the measurement points, up to several centimeters, such detail is difficult, and most often impossible, to provide sensors of this method.
Известен способ измерения температур (далее - способ 3) с постоянным размещением в термометрических скважинах оптоволоконного кабеля, который сам по себе является распределенным датчиком температуры [6, 7]. Оптоволоконный кабель подключается к специальному устройству - интеррогатору. Лазерное устройство интеррогатора через короткие интервалы времени (1-2 с) выпускает в оптическое волокно луч света, принимает отраженный сигнал и обрабатывает его при помощи специальных алгоритмов преобразования. Физически данный способ связан с изменением оптических свойств оптоволокна при изменении температуры его различных участков. При прохождении пучка света через оптическое волокно возникает комбинационное рамановское рассеяние, интенсивность антистоксовой полосы которого зависит от температуры, а стоксовой - практически нет. Обрабатывая отраженный сигнал, интеррогатор вычисляет значения температур на каждом участке оптического волокна, анализируя отношение интенсивности антистоксовой и стоксовой компоненты отраженного света [8]. Погрешность измерения температур при помощи высококачественного оптического волокна и интеррогатора не превышает погрешности, регламентируемой действующим документом [2].A known method for measuring temperatures (hereinafter referred to as method 3) with permanent placement in thermometric wells of a fiber-optic cable, which itself is a distributed temperature sensor [6, 7]. The fiber optic cable is connected to a special device - an interrogator. The laser interrogator device at short time intervals (1-2 s) releases a beam of light into the optical fiber, receives the reflected signal and processes it using special conversion algorithms. Physically, this method is associated with a change in the optical properties of an optical fiber when the temperature of its various sections changes. When a beam of light passes through an optical fiber, Raman scattering occurs, the intensity of the anti-Stokes band of which depends on the temperature, while the Stokes band practically does not. By processing the reflected signal, the interrogator calculates the temperature values at each section of the optical fiber, analyzing the ratio of the intensity of the anti-Stokes and Stokes components of the reflected light [8]. The error in measuring temperatures using a high-quality optical fiber and an interrogator does not exceed the error regulated by the current document [2].
Современное оборудование для распределенных измерений температуры, например, такое как Silixa Ultima DTS, при использовании стандартного оптоволоконного кабеля высокого качества способно обеспечить измерение температур с погрешностью менее ±0,1 °С и шагом менее 30 см вдоль оптоволоконного кабеля (вдоль ствола скважины или шпура) [6, 7]. Такой детальности недостаточно, если необходимо обеспечить измерение температур с шагом менее 30 см в неглубоких скважинах или шпурах. В таком случае можно использовать специально подготовленное оптическое волокно, оборудованное брегговскими решетками - разновидность дифракционной решетки, которая формируется с заданным шагом непосредственно внутри оптоволокна при помощи технологии лазерной нарезки и отражает свет в узком диапазоне частот.Advanced distributed temperature measurement equipment such as the Silixa Ultima DTS, using high quality standard fiber optic cable, can measure temperatures with an accuracy of less than ± 0.1 ° C and a step of less than 30 cm along the fiber optic cable (along a wellbore or borehole) [6, 7]. This detail is not enough if it is necessary to measure temperatures with a step of less than 30 cm in shallow wells or boreholes. In this case, you can use a specially prepared optical fiber equipped with Bragg gratings - a type of diffraction grating that is formed with a given pitch directly inside the fiber using laser cutting technology and reflects light in a narrow frequency range.
Известен способ изготовления датчиков путем крепления оптического волокна, оборудованногоA known method of manufacturing sensors by attaching an optical fiber equipped
- 1 038447 брегговскими решетками, на корпусе в виде металлической трубы, которая может иметь разное поперечное сечение. Данный способ описан в патенте РФ № 2473874 [9].- 1 038447 Bragg gratings, on the body in the form of a metal pipe, which can have a different cross-section. This method is described in RF patent No. 2473874 [9].
Описание конструкции датчика в данном изобретении было принято в качестве прототипа. Недостатком прототипа являются сложность изготовления и существенное удорожание оптоволоконного кабеля с брегговскими решетками в сравнении с обычным оптоволоконным кабелем, а следовательно, удорожание стоимости работ. Невозможно обеспечить измерение температур с шагом менее 30 см в неглубоких скважинах или шпурах.The description of the sensor design in this invention was taken as a prototype. The disadvantage of the prototype is the complexity of manufacturing and a significant increase in the cost of fiber-optic cable with Bragg gratings in comparison with a conventional fiber-optic cable, and, consequently, an increase in the cost of work. It is not possible to measure temperatures in increments of less than 30 cm in shallow wells or boreholes.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задачей изобретения является устранение недостатка прототипа - создание возможности производить измерения температуры вдоль ствола скважины или шпура, используя стандартный оптоволоконный кабель без оборудования его брегговскими решетками, не превышая при этом установленную стандартами погрешность измерений температуры.The objective of the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype - to create the ability to measure temperature along the wellbore or borehole using a standard fiber-optic cable without equipment with its Bragg gratings, while not exceeding the temperature measurement error established by the standards.
Задача решается при помощи нового типа скважинного оптоволоконного датчика, следующие существенные признаки (конструктивные элементы) которого изложены в формуле изобретения:The problem is solved using a new type of downhole fiber-optic sensor, the following essential features (structural elements) of which are set out in the claims:
признаков, общих с прототипом, указанных в п.1 формулы изобретения, таких как скважинный оптоволоконный датчик непрерывного измерения температуры, содержащий корпус цилиндрической формы в виде трубы с размещенным в нем оптоволоконным кабелем, и отличительных существенных признаков, таких как то, что датчик снабжен несущим элементом в виде трубки с навитым шагом 3-10 см по винтовой линии на него без изоляции и армирования оптоволоконным кабелем, не содержащим брэгговские решетки, при этом корпус плотно соприкасается с кабелем и с одного торца имеет герметичную заглушку, а с другого - герметичную крышку с закрепленным с ее внутренней стороны несущим элементом, а с наружной стороны - элементами крепления и извлечения датчика с устья термометрической скважины или шпура;features common to the prototype specified in claim 1, such as a downhole optical fiber sensor for continuous temperature measurement, containing a cylindrical body in the form of a pipe with a fiber optic cable placed therein, and distinctive essential features, such as the fact that the sensor is equipped with a carrier an element in the form of a tube with a wound pitch of 3-10 cm along a helical line on it without insulation and reinforcement with a fiber-optic cable that does not contain Bragg gratings, while the body is tightly in contact with the cable and has a sealed plug from one end, and a sealed cover with a supporting element fixed from its inner side, and from the outer side - by means of fastening and extracting the sensor from the mouth of a thermometric well or borehole;
согласно п.2 формулы изобретения корпус и несущий элемент оптоволоконного кабеля выполнены из нержавеющей стали;according to claim 2 of the claims, the housing and the carrier of the fiber optic cable are made of stainless steel;
согласно п.3 формулы изобретения полость между внутренней стенкой корпуса и несущим элементом с оптоволоконным кабелем заполнена теплопроводящей жидкостью или гелем;According to claim 3 of the claims, the cavity between the inner wall of the housing and the carrier with the optical fiber cable is filled with a heat-conducting liquid or gel;
согласно п.4 формулы изобретения выход оптоволоконного кабеля через отверстие крышки подключен к магистральному оптоволоконному кабелю, который связан с интеррогатором, а тот, в свою очередь, посредством TCP/IP соединения связан с сервером на рабочем месте оператора.According to claim 4 of the claims, the exit of the fiber-optic cable through the opening of the cover is connected to the trunk fiber-optic cable, which is connected to the interrogator, which, in turn, is connected to the server at the operator's workplace via a TCP / IP connection.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - непрерывное во времени в режиме онлайн измерение температуры с шагом 3-10 см вдоль ствола неглубокой скважины или шпура в зависимости от его диаметра с погрешностью, не превышающей величину, установленную нормативными документами.The above set of essential features allows you to obtain the following technical result - continuous in time online temperature measurement with a step of 3-10 cm along a shallow well or borehole, depending on its diameter, with an error not exceeding the value established by regulatory documents.
Перечень фигур чертежейList of drawing figures
Изобретение иллюстрируется прилагаемыми чертежами, на которых показано:The invention is illustrated in the accompanying drawings, which show:
на фиг. 1 - общий вид датчика;in fig. 1 - General view of the sensor;
на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1;in fig. 2 is a section along a-a of Fig. 1;
на фиг. 3 - чувствительный элемент кабеля в виде спирали;in fig. 3 - the sensitive element of the cable in the form of a spiral;
на фиг. 4 - вид датчика со стороны крышки;in fig. 4 - view of the sensor from the side of the cover;
на фиг. 5 - схема эксплуатации датчика.in fig. 5 is a diagram of the operation of the sensor.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Скважинный оптоволоконный датчик непрерывного измерения температуры состоит из следующих конструктивных элементов, показанных на фиг. 1-4: корпус цилиндрической формы в виде трубы (1) с размещенным в нем оптоволоконным кабелем (2), а также несущим элементом в виде трубки (3) с навитым по винтовой линии на него без изоляции и армирования оптоволоконным кабелем (2).The downhole fiber optic continuous temperature sensor consists of the following structural elements shown in FIG. 1-4: a cylindrical body in the form of a pipe (1) with a fiber-optic cable (2) placed in it, as well as a supporting element in the form of a tube (3) with a fiber-optic cable wound on it along a helical line without insulation and reinforcement (2).
Корпус (1) плотно соприкасается с кабелем (2) и с одного торца имеет герметичную заглушку (4), а с другого - герметичную крышку (5) с закрепленным с ее внутренней стороны несущим элементом (6), а с наружной стороны - элементами крепления (7) и извлечения (8) датчика с устья термометрической скважины или шпура (9). Корпус (1) и несущий элемент (3) оптоволоконного кабеля выполнены из нержавеющей стали. Полость (10) между внутренней стенкой корпуса и несущим элементом с оптоволоконным кабелем может быть заполнена теплопроводящей жидкостью или гелем. Выход (11) оптоволоконного кабеля (2) через отверстие (12) крышки (5) подключен к магистральному оптоволоконному кабелю (13), который связан с интеррогатором (14), а тот в свою очередь посредством TCP/IP соединения (15) связан с сервером (16) на рабочем месте оператора.The body (1) is in close contact with the cable (2) and has a sealed plug (4) at one end, and a sealed cover (5) with a supporting element (6) fixed on its inner side, and fastening elements on the outside (7) and retrieving (8) the sensor from the wellhead of the thermometric well or borehole (9). The housing (1) and support (3) of the fiber optic cable are made of stainless steel. The cavity (10) between the inner wall of the housing and the carrier with the fiber optic cable can be filled with a heat-conducting liquid or gel. The outlet (11) of the fiber-optic cable (2) through the hole (12) of the cover (5) is connected to the backbone fiber-optic cable (13), which is connected to the interrogator (14), which in turn is connected to server (16) at the operator's workplace.
Датчик работает следующим образом.The sensor works as follows.
Датчик помещается скважину или шпур и закрепляется при помощи крышки (5) и креплений (7) на устье скважины (фиг. 5), после чего подключается к магистральному кабелю (13), который в свою очередь подключается к интеррогатору (14), а тот в свою очередь посредством TCP/IP соединения (15) подключен к серверу (16), как показано на фиг. 5. Интеррогатор подает световой пучок в датчик через магистральный кабель, считывает и обрабатывает отраженный сигнал и передает измеренные значения температур на сервер с оборудованным рабочим местом оператора, где специальное программное обеспече- 2 038447 ние позволяет сохранять результаты в базу данных, визуализировать их в графическом виде и экспортировать в табличный формат файлов для постобработки и интерпретации.The sensor is placed in a well or borehole and fixed with a cover (5) and fasteners (7) at the wellhead (Fig. 5), after which it is connected to the main cable (13), which in turn is connected to the interrogator (14), and that in turn, via a TCP / IP connection (15) is connected to the server (16), as shown in FIG. 5. The interrogator supplies the light beam to the sensor through the trunk cable, reads and processes the reflected signal and transmits the measured temperature values to the server with the equipped operator's workstation, where special software allows saving the results to the database, visualizing them in graphical form and export to tabular file format for post-processing and interpretation.
Отличительной особенностью датчика является возможность проведения измерений без заполнения термометрической скважины теплопроводящей жидкостью за счет тесного контакта корпуса 1 датчика со стенками скважины.A distinctive feature of the sensor is the ability to carry out measurements without filling the thermometric well with a heat-conducting liquid due to the close contact of the sensor body 1 with the walls of the well.
Ниже приводится описание примера успешной апробации изобретения, когда установленные в крепи шахтных стволов оптоволоконные датчики позволяли непрерывно в течение длительного времени в онлайн режиме контролировать процессы искусственного замораживания и размораживания крепи и горных пород в закрепленном пространстве и оперативно ориентировать ведение горных работ, в частности по консолидации массива и тампонажу.Below is a description of an example of successful testing of the invention, when the fiber-optic sensors installed in the lining of mine shafts made it possible to continuously monitor the processes of artificial freezing and thawing of lining and rocks in a fixed space for a long time in an online mode and promptly orient the conduct of mining operations, in particular, on the consolidation of the massif and plugging.
Скважинный оптоволоконный датчик непрерывного измерения температуры впервые был испытан для контроля температурного состояния крепи и замороженной горной породы за ней (защитного ледопородного ограждения) при строительстве вертикальных шахтных стволов Петриковского ГОК ОАО Беларуськалий на территории Республики Беларусь. В каждом шахтном стволе датчики располагались в коротких (2 м глубиной) термометрических шпурах, пробуренных через передовую бетонную крепь и через технологические отверстия в тюбингах на 7 отметках глубин. Показания датчиков неоднократно подвергались верификации путем сравнения с данными электрического термометра сопротивления, погружаемого в шпуры (способ 2). Разница температур, измеренных погружным термометром и предложенным оптоволоконным датчиком, не превышала ±0,1 °C.For the first time, a downhole fiber-optic sensor for continuous temperature measurement was tested to monitor the temperature state of the lining and frozen rock behind it (protective ice fence) during the construction of vertical mine shafts at the Petrikovsky GOK OJSC Belaruskali on the territory of the Republic of Belarus. In each shaft, the sensors were located in short (2 m deep) thermometric boreholes drilled through the advanced concrete lining and through the technological holes in the tubing at 7 depth marks. The readings of the sensors were repeatedly verified by comparison with the data of an electric resistance thermometer immersed in boreholes (method 2). The temperature difference between the immersion thermometer and the proposed fiber-optic sensor did not exceed ± 0.1 ° C.
Данное описание рассматривается как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.This description is considered as material illustrating the invention, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following claims by a set of essential features and their equivalents.
Источники информацииSources of information
1. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика/ Под ред. В.М. Запорожца. М.: Недра, 1983. - 591 с.1. Geophysical well survey methods. Geophysics Handbook / Ed. V.M. Zaporozhets. Moscow: Nedra, 1983 .-- 591 p.
2. ГОСТ 25358-2012 Грунты. Метод полевого определения температуры, введен в действие 01.07.2013 г. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29.10.2012 в качестве национального стандарта Российской Федерации. -12 с. .2. GOST 25358-2012 Soils. The method of field determination of temperature, put into effect on July 01, 2013 by order of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology dated October 29, 2012 as a national standard of the Russian Federation. -12 s. ...
3. ГОСТ 112-78 Термометры метеорологические стеклянные. Технические условия (с Изменениями №1, 2, 3), утв. и введен в действие Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 24.05.1978 г. №1382. - 14 с.3. GOST 112-78 Meteorological glass thermometers. Specifications (with Amendments No. 1, 2, 3), approved. and put into effect by the Resolution of the State Committee of Standards of the Council of Ministers of the USSR dated May 24, 1978, No. 1382. - 14 p.
4. ГОСТ 28498-90 Термометры жидкостные стеклянные, утв. и введен в действие 01.01.1991 г. Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 30.03.1990 г. - 10 с.4. GOST 28498-90 Liquid glass thermometers, approved. and put into effect on 01.01.1991 by the Decree of the USSR State Committee on Product Quality Management and Standards dated 03.30.1990 - 10 p.
5. РСН 75-90 Инженерные изыскания для строительства. Технические требования к производству геофизических работ. Каротажные методы, утв. постановлением Государственного комитета РСФСР по делам строительства от 21.07.1990 г. №52. -76 с.5. RSN 75-90 Engineering surveys for construction. Technical requirements for the production of geophysical works. Logging methods, approved by by the resolution of the State Committee of the RSFSR for Construction Affairs dated July 21, 1990, No. 52. -76 s.
6. Левин Л.Ю., Семин М.А., Паршаков О.С. Совершенствование методов прогнозирования состояния ледопородного ограждения строящихся шахтных стволов с использованием распределенных измерений температуры в контрольных скважинах./ Записки Горного института. Т. 237.2019. - С. 268-274.6. Levin L.Yu., Semin M.A., Parshakov O.S. Improvement of methods for predicting the state of the ice wall of mine shafts under construction using distributed temperature measurements in control wells. / Notes of the Mining Institute. T. 237.2019. - S. 268-274.
7. Carlos H. Maldaner, Jonathan D. Munn, Thomas I. Coleman, John W. Molson, Beth L. Parker Groundwater flow quantification in fractured rock boreholes using active distributed temperature sensing under natural gradient conditions. / Water Resources Research. Vol. 55. Issue 4. 2019. pp. 3285-3306.7. Carlos H. Maldaner, Jonathan D. Munn, Thomas I. Coleman, John W. Molson, Beth L. Parker Groundwater flow quantification in fractured rock boreholes using active distributed temperature sensing under natural gradient conditions. / Water Resources Research. Vol. 55. Issue 4. 2019. pp. 3285-3306.
8. Hartog A.H., 2017. An introduction to distributed optical fibre sensors. CRC Press. - 442p.8. Hartog A.H., 2017. An introduction to distributed optical fiber sensors. CRC Press. - 442p.
9. Распределенные оптические датчики давления и температуры. Описание изобретения к патенту РФ №2473874, МПК G01L 11/02, опубл.27.01.2013 г.- прототип.9. Distributed optical pressure and temperature sensors. Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2473874, IPC G01L 11/02, publ. 27.01.2013 - prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201900433A EA038447B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201900433A EA038447B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201900433A1 EA201900433A1 (en) | 2021-03-31 |
| EA038447B1 true EA038447B1 (en) | 2021-08-30 |
Family
ID=75262196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201900433A EA038447B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA038447B1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2368921A (en) * | 1997-09-10 | 2002-05-15 | Western Atlas Int Inc | Optic fibre wellbore logging cable |
| WO2009099332A1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Tecwel As | Data communication link |
| RU2473874C2 (en) * | 2008-07-02 | 2013-01-27 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Distributed optical pressure and temperature sensors |
| WO2014109816A1 (en) * | 2013-01-08 | 2014-07-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiberoptic systems and methods for formation monitoring |
| US20180223647A1 (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | Baker Hughes Incorporated | Measurement of temperature using combination of rayleigh and raman backscatter interferometry |
| US10113371B2 (en) * | 2014-06-30 | 2018-10-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole control line connector |
-
2019
- 2019-09-06 EA EA201900433A patent/EA038447B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2368921A (en) * | 1997-09-10 | 2002-05-15 | Western Atlas Int Inc | Optic fibre wellbore logging cable |
| WO2009099332A1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Tecwel As | Data communication link |
| RU2473874C2 (en) * | 2008-07-02 | 2013-01-27 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Distributed optical pressure and temperature sensors |
| WO2014109816A1 (en) * | 2013-01-08 | 2014-07-17 | Halliburton Energy Services, Inc. | Fiberoptic systems and methods for formation monitoring |
| US10113371B2 (en) * | 2014-06-30 | 2018-10-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole control line connector |
| US20180223647A1 (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | Baker Hughes Incorporated | Measurement of temperature using combination of rayleigh and raman backscatter interferometry |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201900433A1 (en) | 2021-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9797239B2 (en) | Monitoring flow conditions downwell | |
| CA2753420C (en) | System and method for wellbore monitoring | |
| US20110090496A1 (en) | Downhole monitoring with distributed optical density, temperature and/or strain sensing | |
| AU2018279062B2 (en) | Borehole logging methods and apparatus | |
| JP2014038039A (en) | Measurement system of pressure, temperature, and strain distribution of material, method for monitoring carbon dioxide underground storage using this system, method for assessing impact on stability of geological layer due to carbon dioxide injection, and monitoring method for freezing | |
| CN106767476A (en) | A kind of slope stability monitoring and landslide early alarming and forecasting method based on all -fiber sensing network | |
| EA004757B1 (en) | Inflow detection apparatus and system for its use | |
| US11286773B2 (en) | Using fiber-optic distributed sensing to optimize well spacing and completion designs for unconventional reservoirs | |
| Luettich et al. | Measuring temperatures in an elevated temperature landfill | |
| US11668852B2 (en) | Determining fluid distribution and hydraulic fracture orientation in a geological formation | |
| EA038447B1 (en) | Downhole fiber optic sensor for continuous temperature monitoring | |
| Muravyev | Geothermal monitoring as a way to predict volcanic eruptions and estimate geothermal energy resources | |
| RU2624746C1 (en) | Method of determining the dynamics of the processes of the deformation of the rocks of the mountain massif and the device for its realisation | |
| RU2334100C2 (en) | Method of thermal well logging | |
| RU2167287C2 (en) | Method of operating wells research | |
| Al-Qasim et al. | Expanding the Envelope of Fiber-Optic Sensing for Reservoir Description and Dynamics | |
| CN117030131A (en) | Underground mine water seepage monitoring method based on fiber bragg grating sensor | |
| Bateman | Well and Field Monitoring | |
| Jaeggi et al. | Long-term monitoring experience at the Mont Terri rock laboratory, St-Ursanne, Switzerland |
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 AZ KZ KG TJ TM |