[發明專利]基于光纖傳感的煤層氣井壓力、溫度監測系統

有效

• 申請號: 201210014884.7
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102562036A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李儒峰;趙彥華;何俊;涂俊梁
• 申請（專利權）人: 北京奧飛搏世技術服務有限公司
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/07;E21B47/135
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;朱世定

技術領域

本發明涉及煤層氣測井領域，尤其涉及一種用于煤層氣井的光纖傳感壓力、溫度監測系統。

背景技術

煤層氣俗稱“瓦斯”，其主要成分是CH4(甲烷)，與煤炭伴生、以吸附狀態儲存于煤層內的非常規天然氣，作為一種高效、潔凈能源，經濟效益巨大，于此同時，煤層氣也是煤礦瓦斯爆炸事故的根源，煤層氣直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態環境破壞性極強。煤層氣井的生產是通過抽排煤儲層的承壓水，降低煤儲層壓力，促使煤儲層中吸附的煤層氣解吸的全過程，即通過排水降壓，使得吸附態煤層氣解吸為大量游離態煤層氣并運移至井口?？梢钥闯霾粌H在探測的過程需要監測井下溫度壓力情況，在開發利用的過程中也需要不斷的監測煤層氣的溫度壓力變化，在利用地下洞穴來存儲煤層氣的時候，也需要監測其溫度分布和壓力分布，從而了解存儲能力及泄漏等情況。

傳統的煤層氣井壓力溫度監測技術為了得到井底、井筒中溫度、壓力場得動態分布，采用機械方式在井筒中上下移動井下傳感器，從而導致整個測量過程周期較長，測量可靠性低，測量精度也受到限制；同時煤層氣井中環境復雜，電磁干擾較強，而傳統電子式傳感器長期使用的穩定性及抗干擾能力是有限的。

因此，如何發明出一種煤層氣井溫度、壓力監測系統，將上述技術問題加以解決，為本領域技術人員所研究的方向所在。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種基于光纖傳感的煤層氣井壓力、溫度監測系統，以解決上述現有技術中所存在的問題。

為了達到上述目的，本發明提供一種基于光纖傳感的煤層氣井壓力、溫度監測系統，其包括：

壓力光纖光柵傳感器，其布設于油管外表面，通過感受油管外壓力而使光纖光柵的中心波長發生變化；

溫度光纖光柵傳感器，其布設于油管外表面，通過感受油管外溫度而使光纖光柵的中心波長發生變化；

激光器，其用于輸出光束；

耦合器，其輸入端接收所述激光器的輸出光束，并將其傳給所述的壓力光纖光柵傳感器及溫度光纖光柵傳感器；

解調儀，其信號輸入端與所述的耦合器的光信號輸出端相連，用于監測所述壓力光纖光柵傳感器中心波長的變化及溫度光纖光柵傳感器中心波長的變化，進而測得煤層氣井的壓力和溫度。

較佳的實施方式中，所述的壓力光纖光柵傳感器包括：

壓力傳感器殼體，其上設置一蓋板，所述的蓋板上端設置有圓形平膜片，一壓力實施于所述蓋板的圓形平膜片上，所述的蓋板下端連接一傳力桿；

等強度懸臂梁，其設置于所述壓力傳感器殼體內，并與所述傳力桿相嚙合，所述的等強度懸臂梁上表面具有一凹槽，所述凹槽上設置有壓力光纖光柵，所述的壓力光纖光柵引出一引出光纖至所述壓力傳感器殼體外，該引出光纖連接所述耦合器。

較佳的實施方式中，所述的溫度光纖光柵傳感器包括溫度傳感器殼體，所述的溫度傳感器殼體與所述的壓力傳感器殼體緊密連接，所述的溫度傳感器殼體內設置有溫度光纖光柵，所述的溫度光纖光柵引出另一引出光纖至所述溫度傳感器殼體外，該另一引出光纖連接所述耦合器。

較佳的實施方式中，所述的等強度懸臂梁通過高性能粘結劑固定于所述壓力傳感器殼體內。

較佳的實施方式中，所述的蓋板與所述壓力傳感器殼體之間的接觸面均勻涂抹高耐久性密封膠。

較佳的實施方式中，所述壓力傳感器殼體上具有一光纖引出孔，所述的引出光纖通過所述光纖引出孔引出，所述的光纖引出孔通過高耐久性密封膠密封。

較佳的實施方式中，所述溫度傳感器殼體上具有一光纖引出孔，所述的另一引出光纖通過所述光纖引出孔引出，所述的光纖引出孔通過高耐久性密封膠密封。

較佳的實施方式中，利用如下公式求得煤層氣井壓力：

P＝(Δλ_BS-Δλ_BT)E/2vC_ε

其中，Δλ_BS、Δλ_BT分別為光纖光柵壓力傳感器和光纖光柵溫度補償傳感器的中心波長變化量，其由解調儀測出；E為光纖光柵彈性模量；v為光纖光柵泊松比；C_ε分別表示光纖光柵應變系數。

較佳的實施方式中，利用如下公式求得煤層氣井溫度：

ΔT_T＝Δλ_BT/C_T

其中，Δλ_BT為光纖光柵溫度補償傳感器的中心波長變化量，其由解調儀測出；C_T表示光纖光柵溫度系數。