[發(fā)明專利]基于連續(xù)光柵光纖的地下流體壓力測量系統(tǒng)及測量方法

在審

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• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113605881A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 余剛;茍量;楊明紅;安樹杰;王熙明;夏淑君;吳俊軍;冉曾令;肖夢雄
• 申請（專利權）人: 中油奧博(成都)科技有限公司
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/13;E21B47/135
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 王悅

本發(fā)明提出了的基于連續(xù)光柵光纖的地下流體壓力測量系統(tǒng)及測量方法，包含金屬套管，金屬套管內(nèi)安置有管柱，還包括鎧裝光纜，所述的鎧裝光纜包括外鎧裝光纜和內(nèi)鎧裝光纜；外鎧裝光纜固定在金屬套管外側(cè)，用于測量每個光柵位置處的地下巖層孔隙中的流體壓力；內(nèi)鎧裝光纜固定在管柱外側(cè)，用于測量井中每個光柵位置處的井內(nèi)的流體壓力；鎧裝光纜均包括兩條連續(xù)光柵光纖，分別為第一連續(xù)光柵光纖和第二連續(xù)光柵光纖；還包括放置于井口附近的復合調(diào)制解調(diào)儀器，復合調(diào)制解調(diào)儀器分別與兩個鎧裝光纜的第一連續(xù)光柵光纖和第二連續(xù)光柵光纖相連接。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)全井段內(nèi)外流體壓力的實時測量和監(jiān)測。

技術領域

本發(fā)明屬于地下或油氣井下巖層孔隙流體壓力或井筒內(nèi)流體壓力測量技術領域，具體涉及一種基于連續(xù)光柵光纖的地下流體壓力測量系統(tǒng)及測量方法。

背景技術

光纖傳感系統(tǒng)可以用于地面三分量地震信號和井下壓力、溫度、噪聲、振動、聲波、地震波、流量、組分分析、電場和磁場的測量。該系統(tǒng)以全鎧裝光纜結構為基礎，傳感器和連接及數(shù)據(jù)傳輸纜都用光纖制成。目前有多種地下和井下鎧裝光纜的布設方法，比如埋放在地表以下的淺溝內(nèi)、安放在井下控制管線內(nèi)、投放到連續(xù)油管內(nèi)、直接集成到復合材料制成的連續(xù)油管管壁中、捆綁固定在連續(xù)油管外側(cè)、投放在套管內(nèi)和捆綁在套管外側(cè)并用固井水泥進行永久性固定等布設方法。

光纖光柵是一種非常重要的光纖無源器件，它具有徑細質(zhì)輕、電絕緣性好、抗腐蝕和抗電磁干擾性強等優(yōu)點，易實現(xiàn)分布式監(jiān)測，適合在復雜惡劣的環(huán)境下工作，通過對傳感器結構設計和封裝工藝選擇可實現(xiàn)對壓力、溫度、流量、加速度等物理量的測量，已廣泛地應用于能源化工、航空航天、大型土木工程等領域。對于壓力的測量是近十年來光纖光柵傳感技術發(fā)展的熱點之一。光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨特的光纖器件，它們都具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。

光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵)，二是透射光柵(也稱為長周期光柵)。光纖光柵從結構上可分為周期性結構和非周期性結構，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵；其中，色散補償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵(chirp光柵)。目前光纖光柵的應用主要集中在光纖通信領域和光纖傳感器領域。

光纖光柵縱向應變壓力傳感器主要是基于光纖Bragg光柵(FBG)軸向應變特性進行設計的，它們是目前報道最多(最常見的一類光纖光柵壓力傳感器根據(jù)光纖光柵安裝的方式不同可分為三種類型光纖光柵壓力傳感器：嵌入式、粘貼式和懸空式。

嵌入式光纖光柵壓力傳感器通常是采用聚合物材料對光纖光柵進行封裝。目前報道最多的嵌入式結構，主要是通過選取彈性模量小、熱膨脹系數(shù)低的聚合物材料，利用罐式或管式外殼將聚合物做成圓柱體結構，同時將光纖光柵橫向或縱向嵌入在圓柱體聚合物內(nèi)。采用嵌入式結構不僅能夠大幅度地提高傳感器的靈敏度，而且可以降低光纖光柵的損耗，保護傳感器以便提高其環(huán)境適應能力和壽命。

粘貼式光纖光柵壓力傳感器是將光纖光柵粘貼在機械裝置上，利用機械裝置的形變帶動光纖光柵沿軸向拉伸，從而引起反射波長漂移。常用的機械裝置包括膜片、薄壁圓筒)和等強度梁等。

懸空式光纖光柵壓力傳感器通過將光纖光柵懸空固定在機械裝置上，利用機械裝置的形變使光纖光柵在軸向拉伸。相關的機械裝置包括膜片、拉桿、波紋管、彈簧管、變邊三角形和菱形結構等。