專利名稱：用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于井下石油勘探的光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的用于 高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與對(duì)應(yīng)的常規(guī)傳感器相比，在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、可靠性等方面具有明 顯的優(yōu)勢(shì)，在民用和國防領(lǐng)域發(fā)揮了越來越大的作用，被許多國家列為重點(diǎn)發(fā)展的傳感器 技術(shù)。光纖檢波器是利用光纖對(duì)于外界變化敏感，其輸出光參量隨地震波信號(hào)發(fā)生改 變，通過探測(cè)光學(xué)參量的變化從而探測(cè)地震波信號(hào)的儀器。它與傳統(tǒng)的壓電類傳感器相比， 有以下主要優(yōu)勢(shì)頻帶寬、聲壓靈敏度高、不受電磁干擾、重量輕、可設(shè)計(jì)成任意形狀，以及 兼具信息傳感及光信息傳輸于一身等優(yōu)點(diǎn)。鑒于光纖檢波器的如上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿足各國 在石油勘探領(lǐng)域的要求，目前很多研究單位和石油公司已經(jīng)在此方面積極展開研究。光纖檢波器是利用光纖激光器的輸出波長(zhǎng)對(duì)外界信號(hào)敏感，通過探測(cè)輸出激光波 長(zhǎng)的變化來檢測(cè)地震波信號(hào)的傳感器。本專利申請(qǐng)的發(fā)明人在專利申請(qǐng)200910087349. 2 公開了一種用于陸地及水下的光纖檢波器，該檢波器采用膜片結(jié)構(gòu)，通過膠把光纖激光器 和彈性元件粘接在一起，適用于常溫下的地震波勘探。然而，當(dāng)進(jìn)行井下石油勘探時(shí)，井深 數(shù)千米、溫度可達(dá)150攝氏度以上。在高溫、高壓的環(huán)境下光纖檢波器如果不進(jìn)行溫度補(bǔ) 償，由于熱效應(yīng)引起的形變往往會(huì)是檢波器無法正常工作。特別是由井底到井口的作業(yè)將 不可能實(shí)現(xiàn)。在高溫高壓環(huán)境下，封裝用膠難免會(huì)發(fā)生老化和蠕變，從而影響檢波器的性 能。因此，本發(fā)明是對(duì)上述專利申請(qǐng)的進(jìn)一步改進(jìn)，重在解決井下石油勘探所面臨的高溫溫 度補(bǔ)償?shù)膯栴}。在這方面尚未見類似技術(shù)報(bào)道。此外，傳統(tǒng)檢波器進(jìn)行頻響的改變，往往需要對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行較大調(diào)整，甚至改變 設(shè)計(jì)方案。因此，如何方便的調(diào)整檢波器的頻響特性，也是工程應(yīng)用中所必須解決的問題。因此，我們提出一種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，用于井下光纖檢 波器溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}，同時(shí)提出了改變頻響特性的方法。這是光纖傳感技術(shù)用于井下石油 勘探、石油測(cè)井所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償 結(jié)構(gòu)，以解決井下光纖檢波器溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括支撐筒10，用于保護(hù)光纖檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
安裝于支撐筒兩端的兩個(gè)帶孔端蓋20，用于光纜的連接；安裝于支撐筒10的一側(cè)與端蓋20之間的第一膜片31，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒10的另一側(cè)與端蓋20之間的第二膜片32，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒10內(nèi)部、第二膜片32內(nèi)側(cè)的彈簧30，用于支承第二膜片32，并控制 光纖中的應(yīng)力。上述方案中，所述支撐筒10的中央沿軸向開有不少于一個(gè)、并環(huán)向均布的梳狀孔 12，用于使光纖檢波器的內(nèi)外聯(lián)通，從而方便地震波信號(hào)的耦合。上述方案中，所述端蓋20除了在端部軸向方向具有第一孔22用于引出光纖外，在 其側(cè)面開有至少一個(gè)第二孔21，用于靜壓平衡。上述方案中，該結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性通過改變第一孔22的直徑來進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述方案中，所述支承筒10的兩端內(nèi)部進(jìn)一步包含有凸臺(tái)11，分別用于安裝第一 膜片31和彈簧30。上述方案中，所述第一膜片31的安裝方法為，采用端蓋20壓緊在凸臺(tái)11上。上述方案中，所述第二膜片32的安裝方法為，將彈簧30安裝在凸臺(tái)11上，將光纖 和第二膜片32固定好后，將第二膜片32壓緊在彈簧30上。上述方案中，所述第二膜片32與安裝好的端蓋20之間有一空隙50。上述方案中，所述支撐筒10的兩側(cè)安裝端蓋20的部位，在其側(cè)面進(jìn)一步開有第三 孔14，用于安裝螺釘或填充膠以便固定端蓋20。上述方案中，所述彈簧30的剛度遠(yuǎn)小于該光纖檢波器所用光纖的剛度。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，通過彈簧和膜片 的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，解決了井下光纖檢波器溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。2、本發(fā)明提供的這種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，采用改變端蓋孔 徑的方法調(diào)整檢波器的頻響特性，方便實(shí)用。3、本發(fā)明提供的這種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，全部采用機(jī)械連 接結(jié)構(gòu)，沒有使用膠粘接的方法，從而避免了在高溫高壓下膠的老化和蠕變問題。


圖1為本發(fā)明提供的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的支撐筒10的示 意圖及剖面圖；圖3為本發(fā)明提供的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)端蓋20的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1 圖3所示，該用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括支撐筒10， 用于保護(hù)光纖檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；安裝于支撐筒兩端的兩個(gè)帶孔端蓋20，用于光纜的連接；
4安裝于支撐筒10的一側(cè)與端蓋20之間的第一膜片31，用于連接和固定光纖；安裝于支撐 筒10的另一側(cè)與端蓋20之間的第二膜片32，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒10內(nèi)部、 第二膜片32內(nèi)側(cè)的彈簧30，用于支承第二膜片32，并控制光纖中的應(yīng)力。其中，所述支撐筒10的中央沿軸向開有不少于一個(gè)、并環(huán)向均布的梳狀孔12，用 于使光纖檢波器的內(nèi)外聯(lián)通，從而方便地震波信號(hào)的耦合。所述端蓋20除了在端部軸向方 向具有第一孔22用于引出光纖外，在其側(cè)面開有至少一個(gè)第二孔21，用于靜壓平衡。該結(jié) 構(gòu)的頻率響應(yīng)特性通過改變第一孔22的直徑來進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述支承筒10的兩端內(nèi)部進(jìn)一 步包含有凸臺(tái)11，分別用于安裝第一膜片31和彈簧30。所述第一膜片31的安裝方法為， 采用端蓋20壓緊在凸臺(tái)11上。所述第二膜片32的安裝方法為，將彈簧30安裝在凸臺(tái)11 上，將光纖和第二膜片32固定好后，將第二膜片32壓緊在彈簧30上。所述第二膜片32與 安裝好的端蓋20之間有一空隙50。所述支撐筒10的兩側(cè)安裝端蓋20的部位，在其側(cè)面進(jìn) 一步開有第三孔14，用于安裝螺釘或填充膠以便固定端蓋20。所述彈簧30的剛度遠(yuǎn)小于 該光纖檢波器所用光纖的剛度。本發(fā)明提供的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的工作原理為待測(cè)油井 中的介質(zhì)一般為水或泥漿，使用本發(fā)明的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)時(shí)，將 其下放到合適的井深，激發(fā)地震波信號(hào)后，地震波通過井中的介質(zhì)傳播到光纖檢波器溫度 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)上，在液體環(huán)境中，聲波可以通過第一孔22耦合到光纖檢波器的內(nèi)部，并作用在 光纖敏感元件上。該光纖敏感元件一般為光纖光柵或者光纖激光器，光纖激光器可為分布 布拉格反射(DBR)激光器或分布反饋(DFB)光纖激光器。光纖光柵或者光纖激光器的兩端 分別固定在第一膜片31和第二膜片32上。同時(shí)，彈簧30處于壓縮狀態(tài)，對(duì)第二膜片32有 一定的作用力而使光纖中有一定的初始拉應(yīng)力。因?yàn)槿绻饫w是松弛的，地震波引起的第 一膜片31和第二膜片32的形變將可能無法引起光纖光柵或者光纖激光器產(chǎn)生應(yīng)變，從而 光纖檢波器無法正常工作。當(dāng)有地震波信號(hào)時(shí)，第一膜片31和第二膜片32在井中液體傳播聲壓的作用下發(fā) 生形變，從而引起光纖光柵或者光纖激光器的輸出光波長(zhǎng)隨地震波信號(hào)發(fā)生變化，通過地 面設(shè)備檢測(cè)出光波長(zhǎng)的變化即可還原地震波信號(hào)。當(dāng)用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)由井口下放到井底時(shí)，溫度不斷升 高，支撐筒10隨著溫度的升高發(fā)生熱膨脹而伸長(zhǎng)。由于彈簧30的剛度應(yīng)遠(yuǎn)小于該光纖檢波 器所用光纖的剛度，在升溫過程中，彈簧30被不斷壓縮，從而使光纖不至于由于支撐筒10 的伸長(zhǎng)而承受過大的應(yīng)力。當(dāng)用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)由井底提升至井口 時(shí)，溫度不斷降低，支撐筒10隨著溫度的降低而縮短，此時(shí)被壓縮的彈簧30逐漸伸長(zhǎng)，推動(dòng) 第二膜片32，從而使光纖仍處于拉伸狀態(tài)，可以正常工作?？傊?，本方案的通過固定的第一 膜片31和浮動(dòng)的第二膜片32實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。凸臺(tái)11的外徑一般要大于彈簧30的外徑，以保證彈簧30可以在支撐筒10的內(nèi) 部自由活動(dòng)，并且通過光纖對(duì)第一膜片31和第二膜片32的拉力實(shí)現(xiàn)兩個(gè)膜片的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。兩個(gè)端蓋20在支撐筒10的兩側(cè)分別與第一膜片31和第二膜片32形成了第一空 腔25和第二空腔26。通過端蓋20側(cè)面的第二孔21，第一空腔25和第二空腔26與外界連 通，從而形成靜壓自補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，避免了井下高壓對(duì)光纖檢波器的破壞。同時(shí)由于第二孔21 分別與第一空腔25和第二空腔26形成了共振腔結(jié)構(gòu)，所以改變第二孔21的尺寸可以改變共振系統(tǒng)的聲阻和聲容，從而改變光纖檢波器的頻響特性。這對(duì)于需要針對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境 采用不同特性檢波器的地球物理勘探來說是十分必要的。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括支撐筒(10)，用于保護(hù)光纖檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；安裝于支撐筒兩端的兩個(gè)帶孔端蓋(20)，用于光纜的連接；安裝于支撐筒(10)的一側(cè)與端蓋(20)之間的第一膜片(31)，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒(10)的另一側(cè)與端蓋(20)之間的第二膜片(32)，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒(10)內(nèi)部、第二膜片(32)內(nèi)側(cè)的彈簧(30)，用于支承第二膜片(32)，并控制光纖中的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述支撐筒(10)的中央沿軸向開有不少于一個(gè)、并環(huán)向均布的梳狀孔(12)，用于使光纖檢波 器的內(nèi)外聯(lián)通，從而方便地震波信號(hào)的耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述端蓋(20)除了在端部軸向方向具有第一孔(22)用于引出光纖外，在其側(cè)面開有至少一 個(gè)第二孔(21)，用于靜壓平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于， 該結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性通過改變第一孔(22)的直徑來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述支承筒(10)的兩端內(nèi)部進(jìn)一步包含有凸臺(tái)(11)，分別用于安裝第一膜片(31)和彈簧 (30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述第一膜片(31)的安裝方法為，采用端蓋(20)壓緊在凸臺(tái)(11)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述第二膜片(32)的安裝方法為，將彈簧(30)安裝在凸臺(tái)(11)上，將光纖和第二膜片(32) 固定好后，將第二膜片(32)壓緊在彈簧(30)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述第二膜片(32)與安裝好的端蓋(20)之間有一空隙(50)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述支撐筒(10)的兩側(cè)安裝端蓋(20)的部位，在其側(cè)面進(jìn)一步開有第三孔(14)，用于安裝螺 釘或填充膠以便固定端蓋(20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述彈簧(30)的剛度遠(yuǎn)小于該光纖檢波器所用光纖的剛度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高溫油井的光纖檢波器溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，包括支撐筒(10)，用于保護(hù)光纖檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；安裝于支撐筒兩端的兩個(gè)帶孔端蓋(20)，用于光纜的連接；安裝于支撐筒(10)的一側(cè)與端蓋(20)之間的第一膜片(31)，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒(10)的另一側(cè)與端蓋(20)之間的第二膜片(32)，用于連接和固定光纖；安裝于支撐筒(10)內(nèi)部、第二膜片(32)內(nèi)側(cè)的彈簧(30)，用于支承第二膜片(32)，并控制光纖中的應(yīng)力。利用本發(fā)明，通過彈簧和膜片的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償，解決了井下光纖檢波器溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。
文檔編號(hào)E21B49/00GK101922289SQ20101023123
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者劉育梁, 張文濤, 李芳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所