JP2006301009A - Optical fiber cable - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光ファイバケーブルに係り、例えば、油井採掘等の温度監視センサシステムに使用される冷却機構を備えた耐熱性光ファイバケーブルであり、300℃以上の高温下でも使用することができる光ファイバケーブルに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber cable, for example, a heat-resistant optical fiber cable provided with a cooling mechanism used in a temperature monitoring sensor system such as oil well mining, and can be used even at a high temperature of 300 ° C. or higher. It is about the cable.
近年、油井採掘に用いられる温度監視センサシステムにおいては、その有効性から従来用いられていた電気信号によるセンサから光信号によるセンサが多く用いられるようになってきている(例えば、特許文献1参照)。
この温度監視センサシステムにおけるセンサは、油井採掘用ドリルに付随する形で用いられ地中で使用される。従って、通常、地底から2〜3kmの深度で使用され、その際、地熱により周りの温度は150−200℃に達する。これまで、この環境で使用される光ファイバケーブルにおいては、光ファイバケーブル材料は金属、ファイバ被覆材料には耐熱性を持つポリイミド樹脂あるいはテフロン樹脂が用いられてきた。
In recent years, in a temperature monitoring sensor system used for oil well mining, a sensor based on an optical signal has been increasingly used from a sensor based on an electric signal that has been conventionally used because of its effectiveness (see, for example, Patent Document 1). .
The sensor in this temperature monitoring sensor system is used in the form associated with an oil well drill. Therefore, it is usually used at a depth of 2 to 3 km from the ground, and the ambient temperature reaches 150-200 ° C. due to geothermal heat. Until now, in the optical fiber cable used in this environment, the optical fiber cable material has been made of metal, and the fiber coating material has been made of heat-resistant polyimide resin or Teflon resin.
図7には、従来より用いられている光ファイバケーブルが例示してある。図7(A)は横断面図、(B)は縦断面図である。
図7に示すように、油井探査に用いられる一般的な光ファイバケーブル100では、外層101には耐熱・耐防腐性に優れたインコネル等の金属が用いられ、内層102には耐熱性に優れたステンレス等の金属が用いられている。そして、内層102の内側に防水の目的でジェリー103が用いられており、中心部には前述したような耐熱性を有する材料によって被覆された光ファイバ104が収納されている。
As shown in FIG. 7, in a general
ところで、油井探査深度は年々深くなる傾向(現在は5〜7kmで将来的には10kmまで検討している段階)にあり、それに伴い環境温度も200〜300℃、将来的には300℃以上になることが考えられている。このため、光ファイバケーブルに要求される耐熱温度も300℃以上が要求されており、図7において説明したようなこれまでの光ファイバケーブルでは、高温に耐えきれず適正な測定を行うことができないという不都合があった。 By the way, the exploration depth of oil wells tends to increase year by year (currently 5-7 km, and in the future we are considering up to 10 km). It is considered to be. For this reason, the heat-resistant temperature required for the optical fiber cable is also required to be 300 ° C. or higher, and the conventional optical fiber cable as described in FIG. 7 cannot withstand high temperatures and cannot perform appropriate measurement. There was an inconvenience.
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、油井探査・採掘事業において10km以上の深度に対応する300℃以上の高温でも、光センサシステム探査を行うことができる光ファイバケーブルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to perform optical sensor system exploration even at a high temperature of 300 ° C. or higher corresponding to a depth of 10 km or more in an oil well exploration / mining business. It is to provide an optical fiber cable.
前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバケーブルは、被覆を施した光ファイバを収納する収納空間を有し、前記収納空間を介し前記光ファイバを冷却する冷却手段を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, an optical fiber cable according to the present invention has a storage space for storing a coated optical fiber, and includes cooling means for cooling the optical fiber through the storage space. It is characterized by.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却手段によって光ファイバの外層側を冷却するので、例えば、油井採掘等の温度監視センサシステムのような高温に晒される場所にも使用することができ、光センサシステムを用いた探査が可能となる。なお、ここで光ファイバとは、コアおよびクラッドからなる裸ファイバを中心にして樹脂被覆により被覆したものをいう。
また、光ファイバを冷却手段により冷却するとともに、光ファイバを収納空間内に収納することにより、空間が断熱材の役目をして光ファイバが高温になるのを防止することができることになる。
In the optical fiber cable configured as described above, the outer layer side of the optical fiber is cooled by the cooling means, so that it can be used in places exposed to high temperatures such as temperature monitoring sensor systems such as oil well mining. Exploration using an optical sensor system becomes possible. Here, the term “optical fiber” refers to an optical fiber coated with a resin coating around a bare fiber consisting of a core and a clad.
Further, by cooling the optical fiber by the cooling means and storing the optical fiber in the storage space, it is possible to prevent the space from serving as a heat insulating material and causing the optical fiber to reach a high temperature.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを収納する前記収納空間にはゲル状物が充填されていることを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is characterized in that the storage space for storing the optical fiber is filled with a gel-like material.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、光ファイバの外層側に設けられている収納空間にゲル状物質を充填することにより防水を図ることができる。 In the optical fiber cable configured in this way, waterproofing can be achieved by filling the storage space provided on the outer layer side of the optical fiber with a gel substance.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、前記ゲル状物は、300℃でゲル化していることを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is characterized in that the gel-like material is gelled at 300 ° C.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、300℃以上の高温に晒されてもゲル状物が介在することにより、光ファイバが側圧を受けても特性の低下を生じさせない。 In the optical fiber cable configured as described above, even if the optical fiber cable is exposed to a high temperature of 300 ° C. or higher, the gel-like material is interposed, so that the optical fiber is not deteriorated even if the optical fiber receives a lateral pressure.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを冷却する冷却手段を備えたものであって、前記冷却手段は、ケーブル内に設けられ、ケーブルの長手方向に冷却剤を流通させる冷却管であり、前記冷却剤を前記冷却管に注入することにより、ケーブルの先端が300℃の高温下に晒されても、前記先端から10mのところでは、前記光ファイバの表面温度が100℃以下となることを特徴としている。 Further, as described above, the optical fiber cable according to the present invention includes a cooling means for cooling the optical fiber, and the cooling means is provided in the cable, and a coolant is provided in the longitudinal direction of the cable. Even if the tip of the cable is exposed to a high temperature of 300 ° C. by injecting the coolant into the cooling tube, the surface temperature of the optical fiber is 10 m from the tip. It is characterized by being 100 ° C. or lower.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却手段により、ケーブルの先端が300℃の高温に晒されても、ケーブルの先端から10mのところでは光ファイバの表面温度が100℃以下となるように冷却するので、高温の環境でも光ファイバを使用することができる。 In the optical fiber cable configured as described above, even if the tip of the cable is exposed to a high temperature of 300 ° C. by the cooling means, the surface temperature of the optical fiber becomes 100 ° C. or less at 10 m from the tip of the cable. Therefore, the optical fiber can be used even in a high temperature environment.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを冷却する冷却手段を備えたものであって、前記冷却管をケーブル内の2ヵ所以上に設けたことを特徴としている。 The optical fiber cable according to the present invention includes a cooling means for cooling the optical fiber, as described above, and is characterized in that the cooling pipes are provided at two or more locations in the cable.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、光ファイバをケーブル内の2ヵ所以上に設けた冷却管により冷却するので、より高温の環境でも外部の温度を遮断して内部の温度を所定温度以下にすることが可能になり、高温下での使用を可能にすることができる。 In the optical fiber cable configured as described above, since the optical fiber is cooled by cooling pipes provided at two or more locations in the cable, the external temperature is shut off even in a higher temperature environment, and the internal temperature is kept below a predetermined temperature. And can be used at high temperatures.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを冷却する冷却手段として冷却剤を充填する冷却管をケーブル内の2ヵ所以上に設けたものであって、前記冷却管の冷却剤の流路の断面積は、6.0〜24.0(mm2/管)の範囲であることを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is provided with cooling pipes filled with a coolant as cooling means for cooling the optical fiber at two or more locations in the cable. The cross-sectional area of the coolant flow path is in the range of 6.0 to 24.0 (mm 2 / tube).
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、コストおよび構造面から光ファイバケーブルの外径をできるだけ細くしたいが、あまり細くすると冷却剤がスムーズに供給できなくなり、十分な冷却効果を得ることが困難になる。このため、冷却管の冷却剤の流路の断面積を6.0〜24.0(mm2/管)の範囲に制限することにより、外径が大きくなるのを防止して、十分な冷却効果を得るようにした。 In the optical fiber cable configured in this way, the outer diameter of the optical fiber cable is desired to be as thin as possible from the viewpoint of cost and structure, but if it is too thin, the coolant cannot be supplied smoothly and it is difficult to obtain a sufficient cooling effect. become. For this reason, by restricting the cross-sectional area of the coolant flow path of the cooling pipe to the range of 6.0 to 24.0 (mm 2 / tube), it is possible to prevent the outer diameter from becoming large and to sufficiently cool the cooling pipe. An effect was obtained.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを冷却する冷却手段として冷却剤を充填する冷却管をケーブル内の2ヵ所以上に設けたものであって、前記冷却剤は、液体ヘリウム、液体アルゴン等の低温液化ガスであることを特徴としている。 Further, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is provided with cooling pipes filled with a coolant as cooling means for cooling the optical fiber at two or more locations in the cable, It is a low-temperature liquefied gas such as liquid helium or liquid argon.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却管に液体ヘリウム、液体アルゴン等の超低温の液化ガスを充填して光ファイバを冷却するので、高温が内部にまで達するのを防ぐことができ、光ファイバが高温になるのを防ぐことができる。
なお、低温液化ガスは、不活性ガスなどの不燃性ガスであることは勿論である。
In the optical fiber cable configured in this way, the cooling pipe is filled with an ultra-low temperature liquefied gas such as liquid helium or liquid argon to cool the optical fiber, so that the high temperature can be prevented from reaching the inside, It is possible to prevent the optical fiber from becoming high temperature.
Needless to say, the low-temperature liquefied gas is an incombustible gas such as an inert gas.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、光ファイバを冷却する冷却手段として冷却剤を充填する冷却管をケーブル内の2ヵ所以上に設けたものであって、ケーブルの一端側から前記冷却管に前記冷却剤を注入し、ケーブルの他端側で、前記冷却管をケーブル内の他の冷却管に接続し、前記一端側に前記冷却剤を循環させることを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is provided with cooling pipes filled with a coolant as cooling means for cooling the optical fiber at two or more locations in the cable, and one end side of the cable. The coolant is injected into the cooling pipe, the cooling pipe is connected to another cooling pipe in the cable on the other end side of the cable, and the coolant is circulated on the one end side.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却剤を複数本の冷却管にわたって循環させるので、冷却剤を外部に排出することなく再利用することが可能であり、コストの面でも環境面でも有効である。 In the optical fiber cable configured as described above, the coolant is circulated through a plurality of cooling pipes, so that the coolant can be reused without being discharged to the outside, both in terms of cost and environment. It is valid.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、ケーブルの一端側から前記冷却管に前記冷却剤を注入し、ケーブルの他端側に、前記冷却剤を流出させる流出口を設けたことを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is provided with an outlet for injecting the coolant into the cooling pipe from one end of the cable and allowing the coolant to flow out to the other end of the cable. It is characterized by that.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、液化された冷却剤が昇温して気化してもケーブルの他端側に設けられている流出口から放出されるので、冷却剤がケーブル内に充満するのを防止するとともに、新しい冷却剤を他端側までスムーズに供給することができる。 In the optical fiber cable configured in this way, even if the liquefied coolant is heated and vaporized, it is discharged from the outlet provided at the other end of the cable, so that the coolant is contained in the cable. It is possible to prevent charging and to supply new coolant smoothly to the other end side.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、冷却剤をケーブルの一端側より冷却管に注入し、ケーブルの他端側に、冷却剤を外部へ流出させる流出口を装備したものであって、前記流出口は、前記他端側のケーブルの側面に形成された貫通孔を含むことを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is provided with an outlet for injecting the coolant into the cooling pipe from one end of the cable and flowing the coolant out to the other end of the cable. And the said outflow port contains the through-hole formed in the side surface of the cable of the said other end side, It is characterized by the above-mentioned.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却剤を外部へ流出させる流出口をケーブルの側面に形成された貫通孔を含む構成としたので、容易に形成することができるとともに、貫通孔から流出する冷却剤がケーブルの側面に沿って上昇し、、全体を効率よく冷却することができる。 In the optical fiber cable configured as described above, since the outflow port through which the coolant flows out is included in the configuration including the through hole formed in the side surface of the cable, it can be easily formed, and from the through hole The flowing out coolant rises along the side surface of the cable, and the whole can be efficiently cooled.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、冷却剤を外部へ流出させる流出口をケーブルの側面に形成された貫通孔を含む構成したものであって、前記貫通孔は、直径が0.5〜2.0mmの範囲であることを特徴としている。 Further, as described above, the optical fiber cable according to the present invention includes a through hole formed on a side surface of the cable with an outlet for allowing the coolant to flow out to the outside. Is in the range of 0.5 to 2.0 mm.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、適度の大きさの流出口を設けることにより、冷却剤を冷却管に充填状態で保持するとともに、冷却剤の外部への流出効率を高めることができる。 In the optical fiber cable configured as described above, by providing an appropriate size outlet, the coolant can be held in a filled state in the cooling pipe, and the outflow efficiency of the coolant to the outside can be increased. .
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、前述したように、冷却剤をケーブルの一端側より冷却管に注入し、ケーブルの他端側に、冷却剤を外部へ流出させる流出口としての貫通孔を装備したものであって、前記貫通孔は、2個以上/管であることを特徴としている。 In addition, as described above, the optical fiber cable according to the present invention is a through-hole serving as an outlet for injecting the coolant into the cooling pipe from one end of the cable and flowing the coolant out to the other end of the cable. The number of the through holes is 2 or more / tube.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、貫通孔を複数個設けることにより、冷却剤の外部への排気効率を高めることができる。 In the optical fiber cable configured as described above, the exhaust efficiency of the coolant to the outside can be increased by providing a plurality of through holes.
また、本発明にかかる光ファイバケーブルは、ケーブルの先端側に油井採掘用ドリルを装着し、ケーブル先端側のケーブル内の温度をモニタする機能を設けたことを特徴としている。 In addition, the optical fiber cable according to the present invention is characterized in that an oil well drilling drill is attached to the distal end side of the cable and a function of monitoring the temperature in the cable on the distal end side of the cable is provided.
このように構成された光ファイバケーブルにおいては、冷却手段によって光ファイバの外層側を冷却するので、油井採掘等の温度監視センサシステムのような高温に晒される場所にも使用することができ、光センサシステムを用いた探査が可能となる。 In the optical fiber cable configured as described above, the outer layer side of the optical fiber is cooled by the cooling means, so that it can also be used in places exposed to high temperatures such as temperature monitoring sensor systems such as oil well mining, etc. Exploration using a sensor system is possible.
本発明によれば、冷却手段によって光ファイバの外層側を冷却するので、例えば、油井採掘等の温度監視センサシステムのような高温に晒される場所にも使用することができ、光センサシステムを用いた探査が可能となるという効果が得られる。 According to the present invention, since the outer layer side of the optical fiber is cooled by the cooling means, it can be used in a place exposed to high temperatures such as a temperature monitoring sensor system such as oil well mining. The effect that the exploration that had been possible becomes possible.
以下、本発明に係る好適な一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1(A)は本発明の光ファイバケーブルを油井探査に用いたシステムの概要を示す説明図、図1(B)は深度と地底温度の関係を示す説明図である。
図1(A)に示すように、海上にはステーション1があり、海底2の油井5の探査や掘削作業をコントロールしている。海上ステーション1から海底2に向かって油を吸い上げるパイプ3が垂直に敷設され、先端部には海底2に穴を開けるドリル4が据え付けられている。温度センサ用の光ファイバケーブル10は耐熱性光ファイバケーブルであり、パイプ3に付随して設けられる。
なお、図1(B)に示すように、海底2からの深度が増すに従って地熱による影響が大きくなり環境温度も上昇する。例えば、深度8〜10kmでは、温度が300℃以上に達することがわかる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 (A) is an explanatory view showing an outline of a system using the optical fiber cable of the present invention for oil well exploration, and FIG. 1 (B) is an explanatory view showing a relationship between depth and underground temperature.
As shown in FIG. 1A, there is a station 1 on the sea, which controls the exploration and excavation work of the
As shown in FIG. 1B, the influence of geothermal heat increases as the depth from the
図2(A)は本発明の一実施の形態に係る光ファイバケーブルを示す横断面図、(B)は縦断面図、(C)は光ファイバケーブルの先端部の外観側面図である。
図2に示すように、この発明に係る光ファイバケーブル10は、光ファイバ11の外層側に光ファイバ11を冷却する冷却手段20を備えている。
光ファイバ11と同軸に形成され冷却手段20との間には光ファイバ11を軸中心部に収納する収納空間12が設けられている。この収納空間12にはジェリー状防水混和物などのゲル状物13が充填されており、このゲル状物13は300℃でゲル化している。なお、ここで光ファイバ11とは、中心にコアおよびクラッドからなる裸ファイバ11aを樹脂被覆11bにより被覆したものをいう。
2A is a cross-sectional view showing an optical fiber cable according to an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a longitudinal cross-sectional view, and FIG. 2C is an external side view of the distal end portion of the optical fiber cable.
As shown in FIG. 2, the
A
一方、冷却手段20は、ケーブル内の2ヵ所に設けられ、ケーブルの長手方向に後述する冷却剤21を流通させる中空構造の冷却管14,15であり、冷却管14,15のそれぞれの中空空間22a、22bに冷却剤21を注入することにより、ケーブルの先端が300℃の高温に晒されても、ケーブルの先端から10mのところでは、光ファイバ表面温度を100℃以下にする冷却能力を有するものである。
なお、冷却管14,15は、本実施形態では、同軸に配置した2重管中空管構造としたが、このような構成に限定するものではなく、例えば、複数管を円周上に1層に配置した構成とすることもできる。
各冷却管14,15の冷却剤21の流路の断面積は、6.0〜24.0(mm2/管)の範囲に設定されている。つまり、コストおよび構造面から光ファイバケーブル10の外径をできるだけ細くしたいが、あまり細くすると冷却剤21がスムーズに供給できなくなり、十分な冷却効果を得ることが困難になる。このため、中空空間22a、22bの断面積は、6.0〜24.0(mm2/管)の範囲に制限することにより、外径が大きくなるのを防止して、十分な冷却効果を得るようにした。
On the other hand, the cooling means 20 is provided in two locations in the cable, and is a cooling
In this embodiment, the cooling
The cross-sectional area of the flow path of the
中空空間22a、22bには、冷却剤21として、例えば液体ヘリウム(沸点−270℃)、液体アルゴン(沸点:−189.2℃)、液体窒素(沸点−210℃)、液体酸素(沸点−218.8℃)等の低温液化ガスが充填されている。低温液化ガスは、不活性ガスなどの不燃性ガスで、ステーション1(図1参照)側から圧力をかけて流動的に供給されている。
これにより、光ファイバケーブル10外部の熱は、冷却手段20の内側までは達せず、冷却手段20の内側部分の温度は冷却されて所定温度以下となるように保たれている。
In the
Thereby, the heat outside the
また、図2(C)に示すように、光ファイバケーブル10の他端側の外側面23には、光ファイバケーブル10の一端側(上端)から冷却管14,15に注入した冷却剤21を光ファイバケーブル10の外部へ流出させることができる流出口24が各中空空間22a、22bに連通して設けられている。なお、この流出口24は貫通孔として形成されており、ケーブルの他端側(先端部)から10m以下の範囲内に形成するのが望ましい。
これにより、冷却剤21をスムーズに光ファイバケーブル10の先端まで供給することができ、全体を効率よく冷却することができる。また、液化された冷却剤21が昇温して気化しても光ファイバケーブル10の先端に設けられている貫通孔(24)から放出されるので、光ファイバケーブル10内に充満するのを防止することができ、安定して光ファイバ11を冷却することができる。
Further, as shown in FIG. 2C, the
Thereby, the
また、貫通孔(24)は略円形で直径が0.5〜2.0mmの範囲に設定されていることが望ましく、2個以上/管に設けるようにする。
このように、適度の大きさの貫通孔(24)を設けることにより、冷却剤21を中空空間22内に充填状態で保持するとともに、冷却剤21の外部への流出効率を高めることができる。また、貫通孔(24)を複数個設けることにより、冷却剤21の外部への流出効率を高めることができ、光ファイバケーブル10の先端部まで効率よく冷却することができるようになっている。
Further, it is desirable that the through holes (24) are substantially circular and have a diameter in the range of 0.5 to 2.0 mm.
Thus, by providing the through-hole (24) having an appropriate size, the
以上のように構成された光ファイバケーブル10について、図3および図4を用いてその動作を説明する。
まず、油井採掘に用いられる温度監視センサシステムにおける計測方法について説明する。図6に示すように、光ファイバ11から入った光信号(レーザ光)の一部には、散乱して光が入った所まで戻ってくる性質をもつ後方散乱光があり、この散乱光に含まれるラマン散乱光の強度は、温度により敏感に変化する性質を持っている。従って、光ファイバ11へ入射した光が後方散乱光として入射側へ戻ってくるまでの時間とラマン散乱光の強度から、その散乱光の発生した場所と温度を測定することができる。つまり、光ファイバ11の中の伝搬速度は予め分かるので、光の入射側へ戻ってくるまでの往復時間を測定することによって、どの地点で発生した散乱光か知ることができる。また、散乱光には、微弱であるがその光強度が温度に依存しているストークス光と反ストークス光という2成分が含まれており、この2成分の強度比は温度の関数で表されるので、これを検出することにより、光ファイバ11の温度を求めることができる。また用いるファイバ種類によって分布型計測法とポイント型計測法とに分けられる。
About the
First, a measurement method in a temperature monitoring sensor system used for oil well mining will be described. As shown in FIG. 6, part of the optical signal (laser light) that enters from the
分布型計測法とはマルチモードファイバを用い850nm帯あるいは1400nm帯の光を用いて行う測定法であり、数kmの広範囲を数十mあるいは数m間隔で分布的に温度変化を測定していく方法である(図1(A)中αで表示)。
一方、ポイント型測定法とはシングルモードファイバを用い1550nm帯の光を用いて行う測定法であり、ある一点のみの温度変化を測定する方法である(図1(A)中βで表示)。
The distributed measurement method is a measurement method that uses a multimode fiber and uses light in the 850 nm band or 1400 nm band, and measures temperature changes in a distributed manner over a wide range of several kilometers at intervals of several tens of meters or several meters. This is a method (indicated by α in FIG. 1A).
On the other hand, the point-type measurement method is a measurement method that uses a single-mode fiber and uses light in the 1550 nm band, and is a method of measuring a temperature change at only one point (indicated by β in FIG. 1A).
図3には、ポイント型測定方法を用いた場合の光ファイバケーブル10の構造及び温度分布例を示す。
本測定法では光ファイバケーブル10先端部での測定となるため、冷却剤21を一定流量で継続供給していくことで光ファイバケーブル10内の温度は一定に保たれる。外界温度が最も高い油井5部分のみ温度が急激に高くなるため、先端部分に油井5がある場合、先端部から冷却剤21が流出される関係から本部分の光ファイバケーブル内温度も上昇し本温度変化をセンシングすることになる。
FIG. 3 shows the structure and temperature distribution example of the
In this measurement method, since measurement is performed at the tip of the
図4には、分布型測定方法を用いた場合の光ファイバケーブル構造及び温度分布例を示す。
本測定法では光ファイバケーブル10の長手方向での測定となるため、冷却剤21の種類・流量の調整が必要となる。一例として外層の管15の中空空間22bに液体アルゴンを注入し内層の管14の中空空間22aに窒素ガス(液化)を一定流量で注入した場合を示す。この場合、両中空空間22a、22bに液体アルゴンを注入した時(図5中B欄参照)より冷却作用が弱まることから光ファイバケーブル10内への熱伝導を完全に遮断することはできなくなるため、油井5が存在する非常に高い温度区域に位置した光ファイバケーブル10内の温度は、他区域の光ファイバケーブル内の温度よりも高くなるので、その温度変化をセンシングできることになる。両中空空間22a、22bに注入する冷却剤21は、外部の温度により種々の組み合わせが考えられ、その都度調整が必要となる。その他の組み合わせによる光ファイバケーブル内温度については図5に記載する。
FIG. 4 shows an example of an optical fiber cable structure and a temperature distribution when the distributed measurement method is used.
In this measurement method, since measurement is performed in the longitudinal direction of the
図5に示すように、内層の中空空間22aに充填する冷却剤21と外層の中空空間22bに充填する冷却剤21との組み合わせにより、外界温度が350〜400℃に対して、光ファイバケーブル10の内部の温度は大きく異なることがわかる。例えば、両中空空間22a、22bに液体ヘリウムを冷却剤21として充填することにより、内部温度が−20〜30℃まで下げることができるので、被覆の材料として前述したポリイミドやテフロン等の特殊材料を用いなくてもナイロン等の汎用の被覆材料(通常85℃程度まで使用可能)を用いた光ファイバ11を使用することが可能になる。
なお、図5に示されている値は、同じ構造で同じ長さの光ファイバケーブル10において、同じ流量の冷却剤21を供給した場合について比較したものである。
As shown in FIG. 5, the combination of the
Note that the values shown in FIG. 5 are comparisons in the case where the same flow rate of the
以上、前述した光ファイバケーブル10によれば、油井探査・採掘事業においてこれまで耐熱性の問題から対応が困難とされていた10km以上の深度(耐熱温度換算で300℃以上)の領域でも光センサシステムを用いた探査が可能になる。
As described above, according to the
なお、本発明の光ファイバケーブルは、前述した実施の形態に限定されるものでなく、適宜な変形,改良等が可能である。
例えば、前述した実施の形態においては、光ファイバケーブル10の先端部外側面に複数個の流出口24を設けて、供給された冷却剤21を外部に流出する場合について例示したが、この他、流出口を無くすとともに、多層に設けた中空空間22を有する冷却管14,15を準備し、ケーブルの一端側から冷却管15に冷却剤21を注入し、ケーブルの他端側(先端部)で、前記冷却管15をケーブル内の他の冷却管14に接続して、ケーブルの一端側に冷却剤21を循環させるようにすることができる。この場合には、冷却剤21を再利用することが可能であり、コスト面でも環境面でも有効である。
The optical fiber cable of the present invention is not limited to the embodiment described above, and appropriate modifications, improvements, etc. are possible.
For example, in the above-described embodiment, the case where the plurality of
以上のように、本発明に係る光ファイバケーブルは、冷却手段によって光ファイバの外層側を冷却するので、例えば、油井採掘等の温度監視センサシステムのような高温に晒される場所にも使用することができ、光センサシステムを用いた探査が可能となるという効果を有し、例えば、油井採掘等の温度監視センサシステムに使用される冷却機構を備えた耐熱性光ファイバケーブルとして、300℃以上の高温下でも使用することができる光ファイバケーブル等として有用である。 As described above, since the optical fiber cable according to the present invention cools the outer layer side of the optical fiber by the cooling means, it should be used also in a place exposed to a high temperature such as a temperature monitoring sensor system such as oil well mining. It has the effect of enabling exploration using an optical sensor system. For example, as a heat-resistant optical fiber cable having a cooling mechanism used in a temperature monitoring sensor system such as oil well mining, It is useful as an optical fiber cable that can be used even at high temperatures.
4 油井採掘用ドリル
10 光ファイバケーブル、耐熱性光ファイバケーブル
11 光ファイバ
12 収納空間
13 ゲル状物
20 冷却手段
21 冷却剤
22 中空空間
24 流出口
4
Claims (13)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005118410A JP2006301009A (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Optical fiber cable |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011022205A (en) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Fujikura Ltd | Optical fiber and sensor for oil well |
JP2018159927A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | オーエフエス ファイテル,エルエルシー | Flat profile optical fiber cable for distributed sensing applications |
WO2024032758A1 (en) * | 2022-08-12 | 2024-02-15 | 长春捷翼汽车科技股份有限公司 | Novel cable |
-
2005
- 2005-04-15 JP JP2005118410A patent/JP2006301009A/en active Pending
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