[發明專利]復合單模/多模光纖

有效

• 申請號: 201980051519.3
• 申請日: 2019-06-07
• 公開（公告）號: CN112543882B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: R·T·拉莫斯
• 申請（專利權）人: 光纖芯公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G01D5/353;G02B6/028;G02B6/036;E21B47/12;G01H9/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升

本申請提供一種用于允許感測多個參數的復合光纖。該光纖用于并入感測系統中，該光纖包括單模光纖芯、多模光纖芯，以及圍繞單模光纖芯和多模光纖芯的光纖包層。所提供的光纖優選使得能夠在單一位置和單一時間發生多次感測和/或測量。

技術領域

本發明涉及光纖，特別涉及在包括光學感測的多種感測應用中使用的多芯光纖。

背景技術

在油井和氣井中進行光學感測的早期，光纖并不是專門為其預期目的而設計的，往往在很短的時間內就會在井中發生故障，這通常是由于光纖上的涂層的退化或是氫致光纖變暗。

因此，一些公司采用了一種技術，將光纖泵入從井口延伸到井底的空退火控制管線中。當光纖出現故障時，他們可以將壞光纖泵出，然后安裝另一根光纖。

在光纖被用于井應用的早期，這在一定程度上起到了作用，因為測量的關鍵參數主要是溫度。由于所需的感測參數很少，人們對插入額外的光纖興趣不大。

在隨后的幾年中，已經開發了另外的感測技術，從而需要井下(downhole)(在井內)部署多個光纖。在該領域已經嘗試了一些工作，但成功卻極為有限。為了滿足這一需求，市場上出現了在帶有焊縫的金屬管內的預制線纜，以增強在井內的感測。隨著這些產品進入市場以及隨著注酸等強化采油方法變得越來越普遍，人們發現，在溫度和酸濃度的某些組合中，由于金屬中的高應力水平，沿外部金屬管的焊縫將非常迅速地腐蝕，這種類型的腐蝕被稱為應力腐蝕開裂，導致線纜的質量和使用性能退化。

針對該問題的一種解決方案是將光纖安裝到外部金屬管中。然而，由于此類預制線纜的結構性質，其外部金屬管是焊接的，或者是拉伸的，或者是軋制的，因此不可能有退火的外部金屬管。

在石油和天然氣工業中，光纖仍然被用于在井下感測不同的物理參數，如溫度、聲學、壓力和應變。通常有兩種方法將光纖永久放置在井中(井下)：

1)將單根光纖泵入退火的控制管線中，該控制管線是從井口向下延伸到井中的金屬管，并且通常具有從井底部返回的回流管線。通常用諸如水或酒精等液體將光纖泵入到位。這種方法允許相對便宜和直觀的光纖更換，并且通常不需要昂貴和耗時的完井修井。該方法還便于在安裝期間進行連接，因為在泵送光纖的最后階段之前只需要液壓連接。這種方法的缺點是只能將一根光纖或者在某些情況下可能將兩根光纖成功地泵入井中。這限制了可以執行的感測量，并且在某種程度上也限制了感測的潛在精度。泵送光纖應用可能傾向于將光纖暴露在180℃以上的油井和氣井中，因此這會限制在這些溫度下操作性受損的光纖的使用；以及

2)使用預制線纜。在這種方法中，多個光纖可以被構建成單個預先組裝好的線纜，由于光纖數量的增加，這提供了一整套感測選項。該選項的缺點包括：在不進行成本高昂的完井修井的情況下不可能更換光纖。這也意味著在安裝過程中可能需要光纖連接，這可能是昂貴的，也可能是不可能的，這取決于所使用的完井類型。此外，在制造線纜時，線纜的外部金屬管通常經過加工硬化，這通常會產生處理問題(由于硬度增加)，并且還會增加高溫腐蝕井的腐蝕幾率。

在某些情況下，期望在相同位置和相同時間執行不止一種類型的測量。例如，分布式聲學感測(DAS)和分布式溫度感測(DTS)的組合可能是期望的。在過去，需要部署多個光纖，并努力將光纖搭配在一起。然而，這種方法會因空間有限而遇到困難。一些部署方法(例如將光纖泵入管中)也可能不適用于上面討論的多個光纖。另一個問題在于光纖是分離的，這可能會影響測量系統的質量。例如，如果使用一根光纖的溫度測量值來補償或校正另一根光纖的測量值，則可以看出這一點，即兩根光纖之間的溫度差可能會導致誤差。當參數(諸如溫度)隨時間變化時，這可能很重要。此外，對完井的一些部分(例如井口、管懸掛器和封隔器(如本領域所知))上的端口數量的限制可能對所用光纖的數量施加限制。