FR2585851A1 - OPTICAL FIBER CABLE. - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE INSTALLATION DE MESURE AYANT UN CABLE A FIBRE OPTIQUE. UNE FIBRE OPTIQUEF EST PLACEE DANS UN TUBET LA FIBRE ET LE TUBE AYANT UN MEME COEFFICIENT DE DILATATION THERMIQUE, ET UN FLUIDE0 EST PLACE ENTRE LE TUBE ET LA FIBRE, CE FLUIDE ETANT UNE HUILE DE SILICONE DONT LA MASSE VOLUMIQUE EST EGALE A CELLE DE LA FIBREF. LE CABLE PEUT DONC SUPPORTER DES TEMPERATURES ELEVEES ET PERMET ALORS LA TRANSMISSION DE SIGNAUX OPTIQUES PASSIFS A PARTIR DE REGIONS PLACEES A TEMPERATURE ELEVEE. APPLICATION A LA DIAGRAPHIE DES SONDAGES PETROLIERS.THE INVENTION RELATES TO A MEASURING INSTALLATION HAVING A FIBER OPTIC CABLE. AN OPTICAL FIBER IS PLACED IN A TUBET THE FIBER AND THE TUBE HAVING THE SAME COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION, AND A FLUID0 IS PLACED BETWEEN THE TUBE AND THE FIBER, THIS FLUID BEING A SILICONE OIL THE DENSITY OF WHICH IS EQUAL TO THAT OF THE FIBREF. THE CABLE CAN THEREFORE SUPPORT HIGH TEMPERATURES AND THEN ALLOWS THE TRANSMISSION OF PASSIVE OPTICAL SIGNALS FROM REGIONS LOCATED AT HIGH TEMPERATURES. APPLICATION TO THE DIAGRAPHY OF OIL BORES.
Description
Ia présente invention concerne un câble a fibre optique, destiné à êtreThe present invention relates to an optical fiber cable, intended to be
utilisé dans les instruments deused in the instruments of
diagraphie des sondages, de manière non exclusive. logging surveys, non-exclusively.
Lors du forage d'un nouveau puits de pétrole, les pressions et les températures doivent être détectées à des profondeurs qui peuvent être par exemple de 5 km. A cette profondeur, les températures peuvent être de l'ordre de 400 C et les pressions de l'ordre de 600 bars. Les techniques actuelles de mesure de ces températures et pressions mettent When drilling a new oil well, the pressures and temperatures must be detected at depths that may be, for example, 5 km. At this depth, the temperatures can be of the order of 400 C and the pressures of the order of 600 bars. Current techniques for measuring these temperatures and pressures
en oeuvre des circuits électroniques et des matériaux semi- electronic circuits and semiconductors
conducteurs qui ne peuvent être exposés à de telles condi- drivers who can not be exposed to such conditions
tions que pendant de très courtes périodes. On ne peut only for very short periods. We can not
donc que prélever un échantillon de pression et de tempé- therefore, to take a sample of pressure and temperature
rature uniquement, puis retirer l'appareillage. Il n'est pas normalement possible de laisser l'appareillage dans ces conditions pendant un temps relativement long afin que only erase, then remove the equipment. It is not normally possible to leave the equipment in these conditions for a relatively long time so that
des mesures puissent être réalisées au cours d'une période. measurements can be made during a period.
La présente invention concerne une installation de transmission de données qui permet des mesures à distance dans des conditions de températures et de pressions élevées, The present invention relates to a data transmission installation which allows remote measurements under conditions of high temperatures and pressures,
telles que décrites précédemment, pendant une période consé- as described above, for a period of
quente.quente.
Plus précisément, l'invention concerne une installa- More specifically, the invention relates to an installation
tion de données qui comporte une fibre optique logée dans which includes an optical fiber housed in
un tube fermé hermétiquement et constituant un organe d'en- a hermetically sealed tube constituting an organ of
caissement des contraintes, et un fluide de flottaison, placé dans le tube et destiné à supporter la fibre optique afin que, lorsque le câble est supporté verticalement, la fibre optique soit protégée contre les contraintes excessives, constraint box, and a flotation fluid, placed in the tube and intended to support the optical fiber so that, when the cable is supported vertically, the optical fiber is protected against excessive stresses,
grâce à sa flottaison dans le fluide qui l'entoure. thanks to its floating in the fluid that surrounds it.
L'invention concerne aussi un câble à fibre optique qui comporte une fibre optique logée dans un tube fermé hermétiquement et destiné à encaisser les contraintes, la fibre étant revêtue d'un matériau adhérent ayant une masse volumique différente de celle de la fibre, et un fluide de flottaison placé dans le tube et destiné à supporter la fibre optique revêtue, la masse volumique de ce fluide The invention also relates to an optical fiber cable which comprises an optical fiber housed in a hermetically sealed tube intended to absorb the stresses, the fiber being coated with an adherent material having a density different from that of the fiber, and a flotation fluid placed in the tube and intended to support the coated optical fiber, the density of this fluid
étant telle que, lorsque le câble est supporté verticale- being such that, when the cable is supported vertically-
lement, la fibre optique revêtue est protégée contre l'appli- lently, the coated optical fiber is protected against
cation de contraintes indésirables, étant donné sa flottai- undesirable constraints, given its float-
son dans le fluide qui l'entoure.sound in the fluid that surrounds it.
Une garniture résistante à haute pression assure de préférence l'étanchéité autour de la fibre au moins A high pressure resistant seal preferably provides a seal around the fiber at least
dans la région qui doit former la partie inférieure. in the region that must form the lower part.
L'installation peut avoir avantageusement un cap- The installation can advantageously have a cap-
teur de pression qui module la lumière renvoyée le long de la fibre optique ou le long d'une seconde fibre de retour, proportionnellement à la pression détectée. Le système A pressure sensor modulates the light reflected back along the optical fiber or along a second return fiber in proportion to the detected pressure. The system
peut comporter, à la place ou en outre, un capteur de tempé- may include, instead of or in addition to, a temperature sensor
rature qui module la lumière renvoyée le long de la fibre erase that modulates the light sent back along the fiber
ou le long d'une fibre séparée de retour, proportionnelle- or along a separate return fiber, proportional-
ment à la température détectée.at the detected temperature.
De préférence, le capteur ou chaque capteur comporte un réflecteur selon lequel la lumière est focalisée par un arrangement de focalisation et le réflecteur est déplacé afin qu'il passe par le foyer, en fonction de la température Preferably, the sensor or each sensor comprises a reflector in which the light is focused by a focusing arrangement and the reflector is moved so that it passes through the focus, depending on the temperature
ou de la pression détectée.or the detected pressure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, tion will become more apparent from the following description,
faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 est une élévation schématique en coupe partielle d'une installation de transmission de données destinée à la diagraphie des sondages, selon un mode de réalisation de l'invention; et la figure 2 représente un arrangement de capteurs with reference to the accompanying drawing in which Figure 1 is a schematic elevation in partial section of a data transmission installation for logging soundings, according to one embodiment of the invention; and Figure 2 shows a sensor array
de l'appareil de la figure 1, avec plus de détails. of the apparatus of Figure 1, in more detail.
On se réfère d'abord à la figure 1; une fibre optique F (l'appareil peut en comprendre plusieurs) est We first refer to Figure 1; an optical fiber F (the apparatus can include several) is
logée dans un tube T d'acier inoxydable, soudé longitudina- housed in a stainless steel tube T welded longitudinally
lement et qui est placé avec du jeu autour de la fibre, et ce tube est raccordé à un boîtier H qui contient une virole G et une lentille L, destinées à former un ensemble complet de terminaison de câble. Le tube T a été soudé au laser (ou- fermé hermétiquement d'une autre manière) et le tube est serré à l'aide de joints hermétiques S du type métal sur métal (ou autre) afin qu'un joint à haute pression soit formé entre le boîtier H et le tube T, une connexion formée entre le boîtier H et l'intérieur du tube T permettant la transmission du fluide. L'ensemble du système est rempli d'un liquide, This tube is connected with a housing H which contains a ferrule G and a lens L, to form a complete cable termination assembly. The tube T was laser welded (or otherwise hermetically sealed) and the tube was tightened with S-type metal-on-metal (or other) hermetic seals so that a high-pressure seal was formed between the housing H and the tube T, a connection formed between the housing H and the inside of the tube T for the transmission of the fluid. The whole system is filled with a liquid,
par exemple une huile de silicone O, ayant une masse volumi- for example a silicone oil O having a density of
que prescrite destinée à correspondre à celle de la fibre optique et de son revêtement principal. Dans ce mode de prescribed to correspond to that of the optical fiber and its main coating. In this mode of
réalisation, le revêtement principal préféré est un caout- realization, the preferred main coating is a rubber
chouc de silicone, mais un revêtement secondaire peut permettre une fermeture étanche et l'obtention d'un faible coefficient de frottement, comme décrit dans la suite du silicone rubber, but a secondary coating may allow sealing and obtaining a low coefficient of friction, as described in the following
présent mémoire.present memory.
Le tube T est formé d'un matériau dont le coeffi- The tube T is formed of a material whose coefficient
cient de dilatation thermique est bien adapté à celui de la fibre optique. Il a pour effet de réduire les contraintes induites thermiquement dans la fibre lorsque l'ensemble The thermal expansion is well adapted to that of the optical fiber. It has the effect of reducing the thermally induced stresses in the fiber when the assembly
est placé dans des conditions variables de température. is placed in variable temperature conditions.
Un type avantageux de tube est un tube d'acier inoxydable soudé au laser, commercialisé par la Société Amortech, sous la désignation de tube K. De préférence, le tube T, le boîtier H et la virole G sont formés d'"Invar" qui est un alliage de nickel. Cependant, il'existe d'autres alliages An advantageous type of tube is a laser-welded stainless steel tube marketed by Amortech under the designation of tube K. Preferably, the tube T, the housing H and the shell G are formed of "Invar" which is a nickel alloy. However, there are other alloys
de nickel qui peuvent être sélectionnés afin que les coef- which can be selected so that the coef-
ficients de dilatation thermique de la fibre et de l'alliage correspondent, de tels alliages étant couramment utilisés ficient thermal expansion of the fiber and the alloy correspond, such alloys being commonly used
pour la formation des joints verre-métal. for the formation of glass-to-metal joints.
Une caractéristique importante de l'installation An important feature of the installation
est le fluide de remplissage, formé d'une huile de silicone. is the filling fluid, formed of a silicone oil.
Ce fluide a plusieurs buts.This fluid has several purposes.
1. D'abord, il donne à la fibre optique une flotta- 1. First, it gives the optical fiber a float
bilité neutre par sélection convenable de l'huile et de l'épaisseur du revêtement principal porté par la fibre, neutral by proper selection of the oil and the thickness of the main coating carried by the fiber,
lorsque le câble est suspendu verticalement par exemple. when the cable is suspended vertically for example.
L'huile de silicone est choisie avec une densité qui corres- The silicone oil is chosen with a density corresponding to
pond à celle de la fibre de verre augmentée de son revête- to that of fiberglass augmented by its coating
ment primaire. La fibre "flotte" ainsi dans le fluide de remplissage et elle n'a pas à supporter son propre poids primary education. The fiber "floats" in the filling fluid and does not have to support its own weight
lorsqu'elle est suspendue verticalement. when suspended vertically.
s 2. Il transmet les contraintes régulièrement sur toute la longueur de la fibre, lorsqu'elle dépasse les con- 2. It transmits the stresses regularly over the entire length of the fiber, when it exceeds
traintes induites par la pression hydrostatique. stresses induced by hydrostatic pressure.
3. Le tube T peut supporter une différence de pression d'écrasement de l'ordre de 600 bars, lors de la sélection d'un diamètre et d'une épaisseur de paroi qui 3. The tube T can withstand a crushing pressure difference of the order of 600 bar, when selecting a diameter and a wall thickness which
conviennent. Le liquide empêche la transmission de la pres- suitable. The liquid prevents the transmission of pressure
sion différentielle à la fibre qui ne subit que la pres- differential pressure to the fiber which only suffers
sion hydrostatique due à la hauteur de la colonne d'huile hydrostatic flow due to the height of the oil column
de silicone.of silicone.
4. Pendant l'enroulement et la manutention du câble, 4. During winding and handling of the cable,
les contraintes de compression sont encaissées par déplace- the compression stresses are cashed by
ment du fluide.fluid.
Toutes ces caractéristiques contrastent avec le cas dans lequel la fibre est entourée d'un polymère. Dans --- ce cas, les contraintes dues aux forces mécaniques ou aux contraintes thermiques appliquées au tube externe T peuvent All of these characteristics contrast with the case in which the fiber is surrounded by a polymer. In this case, the stresses due to mechanical forces or thermal stresses applied to the outer tube T can
être encaissées seulement par "fluage" du polymère par rap- be cashed only by "creep" of the polymer with respect to
port à la fibre de verre. Ceci peut créer une contrainte excessive d'écrasement de la fibre ou des contraintes de wearing to fiberglass. This can create excessive crushing stress on the fiber or stress
cisaillement, à la suite du déplacement axial du polymère. shear, as a result of the axial displacement of the polymer.
Lors de la fabrication de l'installation représentée sur la figure 1, le tube T peut être rempli par utilisation d'huile de silicone sous pression introduite à une extrémité de l'ensemble formé par le tube et la fibre, avec un trou évent à l'autre extrémité. Il est possible de remplir un tronçon de cable de 10 km de longueur en fioins de quelques heures. Lorsque le câble est suspendu verticalement, alors que la température et la pression externe sont élevées, supérieures aux valeurs ambiantes normales, par exemple dans une diagraphie d'un sondage pétrolier, le résultat de la technique d'encapsulation est le suivant: a) la dilatation thermique différentielle et les contraintes mécaniques correspondantes sont réduites au minimum par sélection du matériau du tube afin que son coefficient de dilatation thermique corresponde à celui de la fibre de verre, b) la présence d'un dispositif de relaxation des contraintes, lorsque le câble est enroulé alors qu'il est soumis à des forces. Les forces de compression du tube sont transmises au fluide qui ne peut que transmettre la In the manufacture of the installation shown in FIG. 1, the tube T can be filled by using pressurized silicone oil introduced at one end of the assembly formed by the tube and the fiber, with a vent hole at the other extremity. It is possible to fill a stretch of cable of 10 km in length from a few hours. When the cable is suspended vertically, while the temperature and the external pressure are high, higher than the normal ambient values, for example in a log of a petroleum survey, the result of the encapsulation technique is the following: a) the Differential thermal expansion and the corresponding mechanical stresses are minimized by selecting the tube material so that its coefficient of thermal expansion corresponds to that of the glass fiber, b) the presence of a stress relieving device, when the cable is coiled while subjected to forces. The compression forces of the tube are transmitted to the fluid which can only transmit the
pression hydrostatique locale.local hydrostatic pressure.
On se réfère maintenant à la figure 2 des dessins. Referring now to Figure 2 of the drawings.
Celle-ci représente un prolongement du boîtier H de la This represents an extension of the housing H of the
figure 1. Dans ce prolongement H' sont disposés un diaphrag- Figure 1. In this extension H 'are arranged a diaphragm
me D et un miroir M fixé à ce diaphragme D. Ce dernier est fixé à sa périphérie entre des flasques J et K. La cavité interne du prolongement H' du bottier est remplie d'un gaz à la pression ambiante normale et, lorsqu'il existe une différence de pression de part et d'autre du diaphragme D, celui-ci fléchit et déplace le miroir M par rapport D and a mirror M fixed to this diaphragm D. The latter is fixed at its periphery between flanges J and K. The internal cavity of the extension H 'of the casing is filled with a gas at normal ambient pressure and, when there is a difference of pressure on both sides of the diaphragm D, this one flexes and moves the mirror M with respect to
au foyer du faisceau B provenant de la lentille L. La lumiè- beam B from the L-lens.
re renvoyée vers la lentille est donc de plus en plus réduite lorsque le miroir est de plus en plus défocalisé re returned to the lens is therefore increasingly reduced when the mirror is more and more defocused
alors que la pression augmente à l'extérieur du bottier. while the pressure increases outside the box.
Lorsque l'étalonnage est convenable, la pression absolue When calibration is suitable, the absolute pressure
peut ainsi être mesurée.can be measured.
En plus du capteur de pression, un capteur de tempé- In addition to the pressure sensor, a temperature sensor
rature comporte un barreau N sensible à la température, structure has a temperature-sensitive N bar,
qui peut avoir un coefficient linéaire de dilatation thermi- which may have a linear coefficient of thermal expansion
que important et qui porte à son extrémité, un miroir M' destiné à recevoir un faisceau lumineux B' focalisé sur le miroir M' par une seconde lentille L', elle-même couplée à une seconde fibre optique F' encapsulée dans un tube important and which carries at its end, a mirror M 'for receiving a light beam B' focused on the mirror M 'by a second lens L', itself coupled to a second optical fiber F 'encapsulated in a tube
métallique, de la même manière que la fibre précédente. metal, in the same way as the previous fiber.
Ainsi, l'installation peut comprendre deux fibres ou plus chacune étant individuellement encapsulée dans un tube Thus, the installation may comprise two or more fibers each individually encapsulated in a tube
hermétique.hermetic.
Les fibres individuelles encapsulées sont incorpo- The individual encapsulated fibers are incorporated
rées a des câbles électrooptiques ou à des cables capables electro cables or cables capable of
de supporter des contraintes.to support constraints.
Dans le mode de réalisation décrit, le diamètre In the embodiment described, the diameter
du tube T est de l'ordre 1 mm.tube T is of the order 1 mm.
Des fibres ayant un revêtement primaire ont par exemple un diamètre extérieur de 250 à 350 microns. Une valeur de 250 microns est normale dans le cas d'une fibre Fibers having a primary coating have, for example, an outer diameter of 250 to 350 microns. A value of 250 microns is normal in the case of a fiber
multimode du type 50/125 microns.multimode type 50/125 microns.
L'arrangement d'encapsulation décrit crée des con- The encapsulation scheme described creates
traintes induites sous l'action de la pression externe, des variations extérieures de température (et notamment les températures élevées pouvant atteindre 400 C environ), des forces de traction appliquées lorsque la fibre optique est suspendue verticalement, en tronçons de longueur égale ou supérieure à 5 km, de flexion pendant l'enroulement d'un tronçon de câble, et de compression pendant l'enroulement induced stresses under the action of external pressure, external temperature variations (and especially high temperatures up to about 400 C), tensile forces applied when the optical fiber is suspended vertically, in lengths equal to or greater than 5 km, bending during winding of a cable section, and compression during winding
du tronçon de câble.of the cable section.
Les fluides de flottaison peuvent être diverses qualités d'huiles de silicone. Elles ont une plage convenable Flotation fluids can be various qualities of silicone oils. They have a decent beach
de masse volumique afin que toute une gamme de fibres revê- of density so that a whole range of coated fibers
tues puissent être réalisées avec une flottaison neutre. can be performed with neutral flotation.
Les huiles de silicone résistent aussi à la dégradation Silicone oils also resist degradation
a une température élevée.at a high temperature.
La fibre optique (monomode ou multimode) porte le revêtement tampon qui assure la flottaison de la fibre, le revêtement tampon préféré étant un caoutchouc de silicone du type décrit précédemment. Un revêtement secondaire peut être placé sur le caoutchouc de silicone afin qu'il réduise le frottement entre la fibre et le tube métallique T. Ce revêtement secondaire peut être une mince couche métallique obtenue par pulvérisation cathodique ou autre sur une couche de nitrure de silicium. Le revêtement secondaire forme aussi un joint hermétique empêchant la dilatation du caoutchouc de silicone et empêchant le contact entre le caoutchouc The optical fiber (singlemode or multimode) carries the buffer coating which ensures the flotation of the fiber, the preferred buffer coating being a silicone rubber of the type previously described. A secondary coating may be placed on the silicone rubber to reduce friction between the fiber and the metal tube T. This secondary coating may be a thin metal layer obtained by sputtering or otherwise on a silicon nitride layer. The secondary coating also forms a hermetic seal preventing expansion of the silicone rubber and preventing contact between the rubber
et l'huile de silicone.and silicone oil.
Le trou du tube métallique T a de préférence un diamètre interne compris entre 1 et 2 mm et il peut contenir une, trois ou même sept fibres optiques. L'eau dans laquelle le cable est utilisé a une masse volumique de 1,0, mais cette masse volumique varie dans la boue dense de forage et se rapproche de 2,0 et dépasse même cette valeur, en The hole of the metal tube T preferably has an internal diameter of between 1 and 2 mm and can contain one, three or even seven optical fibers. The water in which the cable is used has a density of 1.0, but this density varies in the dense drilling mud and approaches 2.0 and even exceeds this value.
atteignant par exemple 2,2.reaching for example 2.2.
Comme décrit précédemment, les possibilités d'utili- sation à température élevée de la fibre du câble peuvent être exploitées à l'aide de capteurs optiques passifs qui ne mettent pas en oeuvre de circuits électroniques As described above, the possibilities of using the cable fiber at high temperature can be exploited by means of passive optical sensors which do not use electronic circuits.
et de matériaux à semi-conducteurs pour leur fonctionnement. and semiconductor materials for their operation.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |