具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)試裝備，尤其涉及油井測(cè)溫測(cè)壓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在采油生產(chǎn)過程中，油井內(nèi)部油層的溫度與壓力等參數(shù)對(duì)掌握油井內(nèi)部狀況、優(yōu)化采油技術(shù)方案、提高石油采收率有著相當(dāng)重要的作用，對(duì)油井內(nèi)部油層的溫度與壓力進(jìn)行檢測(cè)已是現(xiàn)代采油生產(chǎn)必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，特別是在稠油開采過程中，需要采用熱處理油層的方式來降低稠油粘度而進(jìn)行開采，例如通過蒸汽輔助重力泄油技術(shù)〈簡(jiǎn)稱SAGD技術(shù)〉采用連續(xù)向地下注入蒸汽加熱油層的方式，使稠油分解、降低粘度，將稠性或超稠性原油驅(qū)至周圍生產(chǎn)井中，以便采出。這樣，對(duì)油井內(nèi)部溫度、壓力的及時(shí)掌握就顯得更為重要。
[0003]油井內(nèi)部的測(cè)溫測(cè)壓大都是利用測(cè)溫測(cè)壓管線來進(jìn)行的，在測(cè)溫測(cè)壓管線中設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕紒韺?shí)施井底溫度的測(cè)量，而測(cè)壓則是利用測(cè)溫測(cè)壓管線將高壓氮?dú)饣蚱渌鼫y(cè)壓氣體注入到測(cè)溫測(cè)壓管線的細(xì)長(zhǎng)線管及與細(xì)長(zhǎng)線管連通的傳壓筒內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)井下單點(diǎn)或多點(diǎn)的壓力檢測(cè)，這是一種常規(guī)的井下溫度與壓力檢測(cè)方式，但熱電偶測(cè)溫器件易損，使用壽命不能保證，測(cè)量精度有限；氣體傳壓筒測(cè)壓檢測(cè)結(jié)果會(huì)受管內(nèi)測(cè)壓氣體溫度變化的影響而變化，檢測(cè)精度不高，特別是在高溫情況下，問題更為突出，上述常規(guī)測(cè)溫測(cè)壓手段已不能適應(yīng)現(xiàn)代化的井下數(shù)據(jù)采集要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫測(cè)壓的同管兼容，而且能保證對(duì)井下溫度和壓力的檢測(cè)精度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，包括細(xì)長(zhǎng)線管，在所述細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫光纖，該測(cè)溫光纖包括位于細(xì)長(zhǎng)線管底端的感溫段以及與感溫段耦合的傳輸段；在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線的底端與壓電陶瓷壓力傳感器相連，在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)壁與測(cè)溫光纖的傳輸段以及導(dǎo)線之間填充有隔熱介質(zhì)層O
[0006]在上述結(jié)構(gòu)中，由于在所述細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫光纖，該測(cè)溫光纖包括位于細(xì)長(zhǎng)線管底端的感溫段以及與感溫段耦合的傳輸段，則在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)設(shè)置的測(cè)溫光纖底端的感溫段可以探測(cè)感知油層內(nèi)的溫度，從而可以適應(yīng)油井內(nèi)油層的測(cè)溫要求，而與感溫段耦合的傳輸段則負(fù)責(zé)將感溫段所得到的溫度信息實(shí)施遠(yuǎn)距離傳輸，與油井外控制室內(nèi)的光電數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接，從而通過光纖溫度傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)油井油層的測(cè)溫，滿足了油井油層溫度測(cè)量的精度要求，測(cè)溫光纖的傳輸段可以采用普通的傳輸光纖，從而節(jié)約測(cè)溫光纖的制造成本；又由于在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線的底端與壓電陶瓷壓力傳感器相連，則油井內(nèi)油層的壓力可以通過壓電陶瓷壓力傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，壓電陶瓷壓力傳感器是一種基于材料的壓電效應(yīng)進(jìn)行壓力檢測(cè)的傳感器，它的敏感元件由壓電材料制成，壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)處理后成為正比于所受外力的電量輸出，其優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等，能適應(yīng)油井油層壓力的準(zhǔn)確測(cè)量；還由于在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)壁與測(cè)溫光纖的傳輸段以及導(dǎo)線之間填充有隔熱介質(zhì)層，則該隔熱介質(zhì)層可以對(duì)測(cè)溫光纖的傳輸段以及與壓電陶瓷壓力傳感器相連的導(dǎo)線實(shí)施有效的隔熱保護(hù)，使傳輸段光纖及導(dǎo)線能在其所能承受的溫度條件下正常工作，準(zhǔn)確傳遞所檢測(cè)到的信號(hào)，從而保證油井油層測(cè)溫測(cè)壓的正常進(jìn)行。
[0007]本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述感溫段包括帶黑體腔的單晶藍(lán)寶石光纖。采用該實(shí)施方式，包括帶黑體腔的單晶藍(lán)寶石光纖的感溫段為基于光纖被加熱會(huì)引起熱輻射這一原理的熱輻射光纖高溫傳感器，其熱輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)是溫度的函數(shù)，這種光纖高溫傳感器的適用范圍為500°C以上的高溫環(huán)境，所述黑體腔為在藍(lán)寶石光纖的一端涂覆高發(fā)射率的感溫介質(zhì)薄層并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成的一微型光纖感溫腔(熱傳感頭)，當(dāng)該光纖感溫腔深入到熱源時(shí)與周圍環(huán)境迅速達(dá)到熱平衡，感溫腔熱輻射的光信號(hào)(與被測(cè)溫度相對(duì)應(yīng)的輻射信號(hào))經(jīng)藍(lán)寶石光纖傳輸，從而可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)油層的測(cè)溫工作。
[0008]本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述傳輸段為多模光纖。采用該實(shí)施方式，多模光纖可以很好地適應(yīng)與藍(lán)寶石光纖的耦接以及相對(duì)應(yīng)的信息傳遞功能。
[0009]本實(shí)用新型的又一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述壓電陶瓷壓力傳感器為鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷壓力傳感器。采用該實(shí)施方式，壓電陶瓷壓力傳感器由鉍層狀壓電陶瓷材料制成，鉍層狀壓電陶瓷材料具有低介電常數(shù)、高居里溫度Tc、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性明顯、低老化率、高電阻率、大的介電擊穿強(qiáng)度、低燒結(jié)溫度等特點(diǎn)，作為一種鐵電材料，鉍層狀壓電陶瓷材料居里溫度通常可高于500°C，有些品種高達(dá)700°C以上。因此鉍層狀壓電陶瓷材料特別適合于高溫、高頻場(chǎng)合使用。由該類材料制成的壓電陶瓷壓力傳感器能滿足油井內(nèi)油層的壓力測(cè)量要求，甚至可以在采用火驅(qū)技術(shù)進(jìn)行稠油開采的超高溫油井內(nèi)使用。
[0010]本實(shí)用新型進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式，所述壓電陶瓷壓力傳感器為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷壓力傳感器。采用該實(shí)施方式，壓電陶瓷壓力傳感器由鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制成，該壓電陶瓷材料壓電系數(shù)大，居里溫度達(dá)300°c以上，同樣能適應(yīng)油井內(nèi)油層壓力的測(cè)量要求。
[0011]本實(shí)用新型另一進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式，所述隔熱介質(zhì)層為氣凝膠層。采用該實(shí)施方式，氣凝膠隔熱性能極其優(yōu)越，常溫下的熱導(dǎo)率僅在0.011-0.016w/mk之間，最高耐溫可達(dá)1600°C，可以可靠地對(duì)傳輸段光纖及導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)絕熱保護(hù)，而且氣凝膠為世界上最輕的固體，更便于在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)填充使用。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0013]圖1是本實(shí)用新型具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)的橫剖面放大示意圖。
[0015]圖中:1 一細(xì)長(zhǎng)線管、2 —隔熱介質(zhì)層、3 —傳輸段、4 一光纖耦合器、5 —導(dǎo)線、6 —感溫段、7 —壓電陶瓷壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在圖1和圖2所示的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線中，作為管線的保護(hù)性套管，細(xì)長(zhǎng)線管I為316L不銹鋼細(xì)長(zhǎng)管，其長(zhǎng)度通常大于1000米，在細(xì)長(zhǎng)線管I內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫光纖，該測(cè)溫光纖包括位于細(xì)長(zhǎng)線管I底端的感溫段6，感溫段6為采用帶黑體腔的單晶藍(lán)寶石光纖構(gòu)成的熱輻射光纖耐高溫傳感器，感溫段6通過光纖耦合器4與測(cè)溫光纖的傳輸段3耦合連接，傳輸段3采用多模光纖，可以很好地適應(yīng)與藍(lán)寶石光纖的耦接以及相對(duì)應(yīng)的信息傳遞功能；在細(xì)長(zhǎng)線管I內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)線5，導(dǎo)線5的底端與壓電陶瓷壓力傳感器7相連，壓電陶瓷壓力傳感器7安裝于細(xì)長(zhǎng)線管I的底端，該壓電陶瓷壓力傳感器7為鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷壓力傳感器，鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷具有較高的居里溫度，由鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷所構(gòu)成的壓電陶瓷壓力傳感器7可適應(yīng)高溫下的工作環(huán)境，壓電陶瓷壓力傳感器7所感知的與井下壓力相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)通過導(dǎo)線5傳遞到井上；在細(xì)長(zhǎng)線管I內(nèi)壁與測(cè)溫光纖的傳輸段3以及導(dǎo)線5之間填充有隔熱介質(zhì)層2，隔熱介質(zhì)層2為氣凝膠層，可以可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)溫光纖的傳輸段3和導(dǎo)線5的絕熱保護(hù)。
[0017]工作過程中，具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線卷繞在卷軸上，可隨油管一起進(jìn)入油井內(nèi)，直達(dá)所需測(cè)溫測(cè)壓的油層位置，測(cè)溫光纖的感溫段6位于細(xì)長(zhǎng)線管I的底端，其中的光纖感溫腔輻射的光信號(hào)與被測(cè)溫度相對(duì)應(yīng)的輻射信號(hào)經(jīng)藍(lán)寶石光纖傳輸，再經(jīng)光纖耦合器4通過測(cè)溫光纖的傳輸段3從井底向上一直輸送到井上地面控制室內(nèi)，經(jīng)信號(hào)處理得到井下實(shí)時(shí)溫度信息，從而準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)油層的測(cè)溫工作，同樣處于細(xì)長(zhǎng)線管I底端的壓電陶瓷壓力傳感器7在井下壓力的作用下，其底部的膜片產(chǎn)生變形，使壓電陶瓷受壓而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)線5傳遞到井上的控制室內(nèi)，經(jīng)信號(hào)處理后得到井下的壓力信息，從而準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下壓力的測(cè)量。
[0018]以上僅列出了本實(shí)用新型的一些【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型并不僅限于此，還可以作出較多的改進(jìn)與變換。如所述壓電陶瓷壓力傳感器7也可以不是鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷壓力傳感器，而是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷壓力傳感器，同樣能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下壓力的準(zhǔn)確測(cè)量；所述隔熱介質(zhì)層2也可以不是氣凝膠層，而可以是其它具有良好隔熱保護(hù)功能的填充層，只要是能保證測(cè)溫光纖傳輸段3及導(dǎo)線5的正常工作溫度即可。如此等等，只要是在本實(shí)用新型基本原理基礎(chǔ)上所作出的改進(jìn)與變換，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，包括細(xì)長(zhǎng)線管(1)，其特征在于:在所述細(xì)長(zhǎng)線管(I)內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫光纖，該測(cè)溫光纖包括位于細(xì)長(zhǎng)線管(I)底端的感溫段(6 )以及與感溫段(6)耦合的傳輸段(3);在細(xì)長(zhǎng)線管(I)內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)線(5)，導(dǎo)線(5)的底端與壓電陶瓷壓力傳感器(7)相連，在細(xì)長(zhǎng)線管(I)內(nèi)壁與測(cè)溫光纖的傳輸段(3)以及導(dǎo)線(5)之間填充有隔熱介質(zhì)層(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，其特征在于:所述感溫段(6)包括帶黑體腔的單晶藍(lán)寶石光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，其特征在于:所述傳輸段(3)為多模光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，其特征在于:所述壓電陶瓷壓力傳感器(7)為鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷壓力傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，其特征在于:所述壓電陶瓷壓力傳感器(7)為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，其特征在于:所述隔熱介質(zhì)層(2)為氣凝膠層。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線，包括細(xì)長(zhǎng)線管，在所述細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫光纖，該測(cè)溫光纖包括位于細(xì)長(zhǎng)線管底端的感溫段以及與感溫段耦合的傳輸段；在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)線，導(dǎo)線的底端與壓電陶瓷壓力傳感器相連，在細(xì)長(zhǎng)線管內(nèi)壁與測(cè)溫光纖的傳輸段以及導(dǎo)線之間填充有隔熱介質(zhì)層。采用本實(shí)用新型的具有光纖壓電陶瓷的油井測(cè)溫測(cè)壓管線不僅能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫測(cè)壓的同管兼容，而且能保證對(duì)井下溫度和壓力的檢測(cè)精度。
【IPC分類】E21B47-017, E21B47-06
【公開號(hào)】CN204476394
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520110314
【發(fā)明人】王永峰, 周晚林
【申請(qǐng)人】東臺(tái)市豐泰特種管件有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年2月15日