專利名稱：一種光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖布拉格(Bragg)光柵溫度傳感器的封裝技術(shù)，尤其涉及一種適合油氣井下的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)十分重要的參數(shù)，因此對(duì)溫度的有效監(jiān)測(cè)就成了許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門進(jìn)行正常生產(chǎn)作業(yè)的一個(gè)不可回避的問題。在石油產(chǎn)出過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)油井溫度的有效、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、在線、分布式監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，通過(guò)對(duì)溫度的測(cè)量和分析，可以評(píng)價(jià)生產(chǎn)井產(chǎn)層動(dòng)態(tài)，精確地測(cè)量井壁溫度剖面，有些情況下還可以反映井的長(zhǎng)期生產(chǎn)特性。
目前國(guó)內(nèi)各油田公司基本上都采用電子式儀器進(jìn)行井下溫度測(cè)量。隨著開采深度和程度的不斷增加，油氣井下的溫度不斷升高，現(xiàn)在廣泛使用的電子式溫度測(cè)量?jī)x器就會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期工作漂移問題、可靠性問題。發(fā)展耐高溫電子設(shè)備受到技術(shù)和巨大投入費(fèi)用的制約，而且每次測(cè)量時(shí)，生產(chǎn)井必須停產(chǎn)，這樣就會(huì)造成生產(chǎn)間斷，作業(yè)時(shí)間減少，油氣產(chǎn)量下降。另外井下作業(yè)和生產(chǎn)成本過(guò)高，測(cè)量數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)、在線、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確地反映井下動(dòng)態(tài)情況。油田開發(fā)和作業(yè)者只能利用這些已經(jīng)“過(guò)時(shí)”的、有限的信息來(lái)修改油田開發(fā)模型，制定開發(fā)計(jì)劃，從而延誤了作業(yè)最佳的時(shí)機(jī)，給生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失。
而光纖布拉格光柵溫度傳感器由于具有耐高溫、抗腐蝕、抗干擾、井下無(wú)需電子部分、本質(zhì)安全、尺寸小、易于復(fù)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合于油氣井下溫度參量的長(zhǎng)期測(cè)量。通過(guò)一跟光纖就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線、動(dòng)態(tài)、分布式地測(cè)量井下溫度物理參數(shù)。但是由于光纖布拉格光柵本質(zhì)脆弱，容易折斷；存在交叉敏感問題，即環(huán)境溫度和應(yīng)變的變化都能導(dǎo)致布拉格(Bragg)中心波長(zhǎng)的漂移；通常在石油生產(chǎn)井中，光纖布拉格光柵工作在高溫、高壓、酸、堿等惡劣環(huán)境中。因此，必須尋找一種有效的封裝方式，能對(duì)光纖光柵進(jìn)行有效保護(hù)和去應(yīng)力影響(即僅讓光柵受溫度因素影響)封裝，保證光纖布拉格光柵溫度傳感器在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間正常工作。
現(xiàn)有的光纖布拉格光柵溫度傳感器封裝僅能在相對(duì)不惡劣的環(huán)境下使用，例如，溫度上限為100℃，不能承受壓力，不能耐酸堿等，對(duì)應(yīng)力的屏蔽也不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、能消除應(yīng)力影響、能承受高壓、能防止光纖水浸和氫浸、適應(yīng)惡劣環(huán)境的光纖布拉格光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，尤其是適應(yīng)石油生產(chǎn)井中高溫、高壓、酸、堿等惡劣環(huán)境的光纖布拉格光柵的封裝結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其包括保護(hù)管、中空管、光纖連接頭，保護(hù)管通過(guò)管閥件與中空管的一端密封連接，中空管的另一端也通過(guò)管閥件與光纖連接頭密封連接；其中在保護(hù)管的里面還設(shè)有裸光纖光柵支撐架，該裸光纖光柵支撐架的底座固定在保護(hù)管的內(nèi)壁，在所述裸光纖光柵支撐架上固定有裸光纖光柵，其傳輸光纖部分通過(guò)中空管連接到光纖連接頭。
在該封裝結(jié)構(gòu)中，所述的裸光纖光柵支撐架由上、中、下三部分構(gòu)成，上部為支撐裸光纖光柵部分，下部為底座，中部為連接上下兩部分的連接棒，其底座與保護(hù)管的內(nèi)壁相粘貼或焊接接觸；該裸光纖光柵支撐架的高度約等于保護(hù)管的內(nèi)半徑。裸光纖光柵支撐架的上部支撐裸光纖光柵部分為平板長(zhǎng)方形狀或帶一凹槽的平板長(zhǎng)方形狀或方便灌封膠的圓筒狀。裸光纖光柵支撐架可采用玻璃或金屬材料。
上述封裝結(jié)構(gòu)中所述的保護(hù)管的端口處還設(shè)有保護(hù)管堵頭，裸光纖光柵的傳輸光纖在保護(hù)管的端口處用保護(hù)管堵頭固定。保護(hù)管堵頭的材料為陶瓷或聚四氟乙烯；所述封裝結(jié)構(gòu)的中空管為中空不銹鋼管，其內(nèi)部裝滿光纖用油膏。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中，裸光纖光柵用膠粘貼或焊接在裸光纖光柵支撐架上，裸光纖光柵支撐架通過(guò)其底座粘貼或焊接保護(hù)管的內(nèi)壁，且裸光纖光柵支撐架除底座和保護(hù)管內(nèi)壁接觸外，其余部分均不與保護(hù)管接觸，這樣可完全消除縱向應(yīng)力對(duì)光柵的影響，基本上消除軸向應(yīng)力對(duì)光柵的影響。從保護(hù)管內(nèi)引出的溫度傳感器的傳輸光纖部分用內(nèi)部裝滿光纖用油膏的中空不銹鋼管保護(hù)，不銹鋼管和光纖光柵溫度傳感器保護(hù)管之間用管閥件密封連接。中空不銹鋼管和特制的光纖連接頭之間也通過(guò)管閥件相連接。
本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)①穩(wěn)定性、可靠性高；②體積和外形可根據(jù)工程需要改變；③方便分布式布網(wǎng)測(cè)量；④不受應(yīng)力影響；⑤能承受高壓；⑥能有效防止水浸、氫浸對(duì)光纖性質(zhì)的改變；⑦適合惡劣環(huán)境，尤其適合油氣井下高溫、高壓、酸、堿等惡劣環(huán)境測(cè)溫時(shí)對(duì)光纖光柵溫度傳感器封裝的特殊要求。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、裸光纖光柵；2、裸光纖光柵支撐架；3、保護(hù)管；4、保護(hù)管堵頭；5、管閥件；6、光纖連接頭；7、中空管；8、傳輸段光纖；9、光纖用油膏。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，尤其是適合油氣井下光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，它包括裸光纖光柵1、保護(hù)管3、在保護(hù)管3內(nèi)不受應(yīng)力作用的裸光纖光柵支撐架2、中空管7、管閥件5、帶一細(xì)孔的保護(hù)管堵頭4、光纖用油膏9、光纖連接頭6。裸光纖光柵1用膠粘貼或焊接在裸光纖光柵支撐架2的上部，裸光纖光柵支撐架2通過(guò)其底座粘貼或焊接于保護(hù)管3的內(nèi)壁，且裸光纖光柵支撐架2除底座和保護(hù)管3內(nèi)壁接觸外，其余部分都不和保護(hù)管3接觸。從保護(hù)管3內(nèi)引出的溫度傳感器的傳輸光纖部分用內(nèi)部裝滿光纖用油膏9的不銹鋼中空管7保護(hù)，不銹鋼中空管7和光纖光柵溫度傳感器保護(hù)管3之間用管閥件5密封連接。光纖連接頭6為特質(zhì)光纖連接頭，其尾部和不銹鋼中空管7通過(guò)管閥件5高壓密封連接。不銹鋼中空管7內(nèi)充滿光纖用油膏9既能對(duì)光纖起到保護(hù)作用，又能防止光纖發(fā)生水浸和氫浸。帶一細(xì)孔的保護(hù)管堵頭4能對(duì)光纖起到固定作用。通過(guò)光纖連接頭6可串聯(lián)多個(gè)同樣的光纖布拉格光柵溫度傳感器。
根據(jù)工程上對(duì)光纖光柵溫度傳感器溫敏性要求不同，裸光纖光柵支撐架2可用玻璃或金屬材料制造。根據(jù)工程上對(duì)光纖光柵溫度傳感器溫敏性要求不同，裸光纖光柵支撐架2的上部支撐裸光纖光柵部分可做成平板長(zhǎng)方形狀或帶一凹槽的平板長(zhǎng)方形狀或方便灌封膠(可影響裸光纖光柵溫敏性)的圓筒狀或其他方便灌封膠的形狀。裸光纖光柵支撐架2中部連接棒部分越細(xì)越好。這樣連接棒可有效卸掉底座傳遞過(guò)來(lái)的力，致使裸光纖光柵支撐架2上部支撐裸光纖光柵部分不受力的作用，基本上消除應(yīng)變對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。裸光纖光柵支撐架2下部底座可為適合粘貼或焊接在保護(hù)管3內(nèi)壁的任何形狀，例如，長(zhǎng)條帶狀、弧形、正方形。
光纖光柵的傳輸段光纖8在保護(hù)管3的端處用保護(hù)管堵頭4固定，防止光纖受軸向應(yīng)力時(shí)來(lái)回移動(dòng)。制作材料可為陶瓷或聚四氟乙烯或其他材料。
傳輸段光纖8可為裸光纖和帶保護(hù)套的光纖。光纖連接頭6為特制，其尾端能和不銹鋼中空管7通過(guò)管閥件5嚴(yán)密密封。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括保護(hù)管(3)、中空管(7)、光纖連接頭(6)，所述保護(hù)管(3)通過(guò)一管閥件(5)與所述中空管(7)的一端密封連接，所述中空管(7)的另一端也通過(guò)一管閥件(5)與所述光纖連接頭(6)密封連接；在所述保護(hù)管(3)的里面還設(shè)有裸光纖光柵支撐架(2)，所述裸光纖光柵支撐架(2)的底座固定在所述保護(hù)管(3)的內(nèi)壁，在所述裸光纖光柵支撐架(2)上固定有裸光纖光柵(1)，其傳輸段光纖(8)通過(guò)所述中空管(7)連接到所述光纖連接頭(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的裸光纖光柵支撐架(2)由上、中、下三部分構(gòu)成，上部為支撐裸光纖光柵部分，下部為底座，中部為連接上下兩部分的連接棒，其底座與所述保護(hù)管(3)的內(nèi)壁相粘貼或焊接接觸；所述裸光纖光柵支撐架(2)的高度約等于保護(hù)管(3)的內(nèi)半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的裸光纖光柵支撐架(2)的上部支撐裸光纖光柵部分為平板長(zhǎng)方形狀或帶一凹槽的平板長(zhǎng)方形狀或方便灌封膠的圓筒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的裸光纖光柵支撐架(2)由玻璃或金屬材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的保護(hù)管(3)的端口處還設(shè)有保護(hù)管堵頭(4)，所述裸光纖光柵(1)的傳輸光纖在所述保護(hù)管(3)的端口處用所述保護(hù)管堵頭(4)固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的保護(hù)管堵頭(4)的材料為陶瓷或聚四氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的中空管(7)為中空不銹鋼管，其內(nèi)部裝滿光纖用油膏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，包括保護(hù)管、中空管、光纖連接頭，保護(hù)管通過(guò)管閥件與中空管的一端密封連接，中空管的另一端也通過(guò)管閥件與光纖連接頭密封連接；其中在保護(hù)管里面還設(shè)有裸光纖光柵支撐架，該裸光纖光柵支撐架通過(guò)其底座粘貼或焊接于保護(hù)管的內(nèi)壁，裸光纖光柵用膠粘貼或焊接在裸光纖光柵支撐架上，其傳輸段光纖通過(guò)中空管連接到光纖連接頭，且裸光纖光柵支撐架除底座和保護(hù)管內(nèi)壁接觸外，其余部分均不與保護(hù)管接觸，這樣光纖光柵就僅受溫度作用，基本消除了應(yīng)力對(duì)光纖光柵的影響。本發(fā)明封裝的光纖光柵溫度傳感器穩(wěn)定性、可靠性高，方便分布式布網(wǎng)測(cè)量，對(duì)應(yīng)力不敏感，有效防止水浸、氫浸，適合惡劣環(huán)境。
文檔編號(hào)E21B47/06GK1971226SQ20051012377
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者肖立志, 陳海峰, 張?jiān)? 付建偉, 趙小亮 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)