[發明專利]一種油井套管的振動參量和溫度參量的測量系統及方法

在審

• 申請號: 202110503017.9
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113310564A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 楊明紅;邱書暢;詹浩
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01K11/3206;E21B47/07
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 易賢衛

本發明涉及一種油井套管的振動參量和溫度參量的測量系統及方法，包括：獲取每個位置處的弱光柵的光譜漂移量和相鄰光柵之間反射光的相位差值；使用可調諧脈沖激光器和波長掃描法，解調出每個位置處的弱光柵的當前時刻的邊緣光譜圖，并與光柵在預設溫度的下邊緣光譜圖進行對比，確定下邊緣的漂移量，并基于漂移量，確定當前時刻光柵的溫度參量；使用窄線寬脈沖激光器結合3×3相位解調算法解調出相鄰光柵間反射光的相位差信息，得到振動參量。本發明利用通過解調窄線寬脈沖激光器反射回來的光所攜帶的相位變化信息來解調振動參數，通過解調可調諧脈沖激光器反射光所攜帶的下邊緣光譜信息來解調溫度參數，在同一套系統中同時測量振動和溫度兩個參量。

技術領域

本發明涉及光纖光柵分布式傳感技術領域，尤其涉及一種油井套管的振動參量和溫度參量的測量系統及方法。

背景技術

在石油勘探領域中，套管作為石油專用管材之一，在鉆井過程完成后一次性被下入井眼內。其作用是在鉆井，完井，開采過程中加固井壁，保護井眼；也能夠封閉和固定各地層，防止井中的油層，氣層，水層彼此間的互相竄流。更加重要的是在油田生產的過程中，通過監測套管表面的溫度信號和振動信號的變化，可以反映出此時輸油管道中的油，水，氣三項流中各項流的狀態，從而得到油井中油，水，氣三項流的含量，更好指導我們對油氣進行開采，節約成本，提升開采效率。

傳統的有源電子振動傳感器，溫度傳感器，大多只能測量單一物理量，且其在油井中容易受到腐蝕，難以正常工作，也難以實現大規模大批量的組網復用。近年來，光纖光柵傳感器得到了廣泛的研究與應用，其是一種無源器件，耐腐蝕，可以在極度惡劣的環境下長期工作。但是目前的光纖傳感器存在反射信號弱，系統信噪比低，測量精度不高，動態范圍小的問題，而目前光纖光柵傳感器大多都只能進行單一參量的測量，不能解決對油井套管表面溫度變化信息和振動變化信息的同時在線精準測量。綜上，如何同時測量套管的溫度變化和振動變化是亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種油井套管的振動參量和溫度參量的測量系統，用以解決如何同時測量套管的溫度變化和振動變化是亟待解決的問題。

本發明提供一種油井套管的振動參量和溫度參量的測量系統，包括：信號發生裝置、反射光發生裝置、溫度參量解調裝置、振動參量解調裝置、數據采集裝置，其中：

所述信號發生裝置，包括固定波長脈沖激光光源、可調諧脈沖激光光源，其中，所述固定波長激光光源用于產生固定中心波長的第一激光信號，所述可調諧激光光源用于產生中心波長在預設掃描范圍內掃頻的第二激光信號；

所述反射光發生裝置，用于處理所述第一激光信號和所述第二激光信號，產生的復合探測信號注入光柵，生成對應的反射光；

所述溫度參量解調裝置，使用可調諧脈沖激光器和波長掃描法，得到不同中心波長入射光打到相應位置處的反射光經過光電探測產生的一系列電壓強度信號；

所述振動參量解調裝置，用于將相鄰的光柵之間的反射光進行干涉并注入3×3耦合器中，產生相位相差120°的三路干涉信號；

所述數據采集裝置，用于根據所述電壓強度信號拼接轉換為光柵當前時刻的邊緣光譜圖，并與光柵在預設溫度的下邊緣光譜圖進行對比，確定下邊緣的漂移量，并基于所述漂移量，確定當前時刻光柵的溫度參量；還用于使用3×3解調算法，得到相鄰光柵反射光的相位差值信號，解調出當前時刻的振動參量。

進一步地，所述反射光發生裝置包括第一耦合器、信號放大器、環形器，其中，所述第一耦合器分別與所述固定波長激光光源、所述可調諧激光光源連接，用于進行光電轉換；所述信號放大器與所述第一耦合器連接，用于進行信號放大；所述環形器的第一端口與所述信號放大器連接，第二端口與光柵連接，第三端口分別與所述溫度參量解調裝置、所述振動參量解調裝置連接。

進一步地，所述溫度參量解調裝置包括第二耦合器和第一光電探測器，其中，所述第二耦合器與所述環形器連接，所述第一光電器分別與所述第二耦合器、所述數據采集裝置連接。