專利名稱：一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用單根光纖實(shí)現(xiàn)分布式溫度及定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，特別涉及一種適用于油氣井中分布式溫度及定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法。
背景技術(shù)：
油井下物理化學(xué)參數(shù)測量是石油工業(yè)最基本和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，通過傳感器對重要物理參量進(jìn)行長期實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)獲取油井下信息，對石油工業(yè)具有極為重要的意義。壓力和溫度是油氣資源開發(fā)中的基本油藏工程參量，其實(shí)時(shí)、高精度測量對于確定油層的位置、厚度、含水層的深度以及確定注水/汽層作業(yè)等具有重要意義。然而隨著油田的不斷開采，油氣井深度的不斷增加，傳統(tǒng)的電子式傳感器由于在高溫環(huán)境下存在漂移大、精度低和壽命短等問題，難以滿足井下永久性監(jiān)測的需要。光纖傳感器由于具有耐高溫、抗電磁干擾、靈敏度高、體積小、易于串/并聯(lián)復(fù)用和連續(xù)分布測量，容易形成傳感器網(wǎng)絡(luò)或者陣列等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于油氣井的監(jiān)測。近年來，光纖傳感技術(shù)在油田測井應(yīng)用領(lǐng)域取得了眾多進(jìn)展，其中比較成熟的用于測井的光纖傳感器主要有基于光纖法布里-珀羅干涉儀或光纖布拉格光柵的壓力傳感器，以及基于光纖拉曼散射原理的分布式光纖溫度傳感器。目前，世界上許多油田開采已進(jìn)入到中后期階段，未開采的油田中也大多是稠油田。在稠油田的生產(chǎn)過程中，為了提高石油產(chǎn)量，需要采用對油井注入高溫蒸汽或者地下燃燒驅(qū)油的方法，井下溫度高達(dá)300°C以上，在如此惡劣的環(huán)境中，普通光纖由于在高溫環(huán)境下存在氫腐蝕嚴(yán)重的問題而不能勝任永久性測量任務(wù)，因而當(dāng)前用于井下測試的光纖均是耐高溫特種光纖。然而這些高溫特種光纖大都十分昂貴，特種光纖的成本已成為光纖測井系統(tǒng)總成本中主要構(gòu)成。因此，在實(shí)現(xiàn)必需的測量功能的同時(shí)，減少光纖的使用數(shù)量，能夠顯著降低光纖測井系統(tǒng)的造價(jià)，從而對光纖傳感器在油田測試中的大規(guī)模普及應(yīng)用有重要意義。針對這個(gè)問題，從事光纖傳感器測井應(yīng)用研究的多個(gè)油田服務(wù)公司及科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，嘗試通過光纖傳感器的經(jīng)濟(jì)型復(fù)用，組網(wǎng)等減少光纖用量。目前已有一些復(fù)用方案被提出，文獻(xiàn)“Multiplexed Fiber-Optic Pressure and Temperature Sensor System for Down-Hole Measurement”、專利“光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器”(專利申請?zhí)?00710178421. 3)以及專利“一種新型光纖溫度壓力傳感器”(專利申請?zhí)?00910230529. I)中都提出了基于復(fù)用技術(shù)的光纖溫度、壓力同時(shí)測量的方案。然而這些方案中實(shí)現(xiàn)的溫度及壓力測量均是單點(diǎn)式測量。對于在油田測試中具有更重要意義的分布式溫度測量與壓力測量的優(yōu)化方案尚未見涉及。因而，尋找一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的能同時(shí)進(jìn)行分布式溫度及定點(diǎn)壓力測量的技術(shù)方案具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單的適用于油氣井中分布式溫度與定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，旨在降低光纖傳感器測井系統(tǒng)的成本，為光纖傳感器在油氣田中的應(yīng)用拓展新的空間。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是針對目前成熟的光纖分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器所使用光源波段不同且?guī)捿^寬的問題，通過使用寬帶光纖波分復(fù)用器來實(shí)現(xiàn)用單根光纖進(jìn)行油氣井中分布式溫度與定點(diǎn)壓力同時(shí)測量；由基于光纖拉曼散射原理的分布式溫度感測光纖和光端機(jī)構(gòu)成油井分布式溫度傳感器；由在該測溫光纖的井下尾端連接的光纖壓力傳感頭和井上的壓力傳感解調(diào)儀構(gòu)成定點(diǎn)壓力傳感器；測井光纖在井上通過光纖波分復(fù)用器將在不同波段進(jìn)行測量的溫度與壓力信號分開，分別進(jìn)入測溫光端機(jī)和壓力傳感解調(diào)儀，從而通過單根光纖實(shí)現(xiàn)分布式溫度與定點(diǎn)壓力的同時(shí)測量；測溫光端機(jī)與壓力傳感解調(diào)儀通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，溫度及壓力測量結(jié)果通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示及存儲。所述光纖波分復(fù)用器兩個(gè)端口的帶寬范圍均在80_120nm之間。所述壓力傳感頭是基于光纖法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)的。所述壓力傳感頭前端還串聯(lián)有光纖光柵進(jìn)行單點(diǎn)溫度測量，用于對壓力測量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償和對分布式測溫系統(tǒng)進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。本發(fā)明的效果和益處是，通過采用光纖波分復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)了用單根光纖對油氣井中的分布式溫度與定點(diǎn)壓力的同時(shí)測量，相對于現(xiàn)有測量方法能節(jié)省一根光纖的成本。該技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在油氣田測井領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。另外，在本方案基礎(chǔ)上還可以結(jié)合時(shí)分復(fù)用與空分復(fù)用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多口油氣井的同時(shí)測量，進(jìn)一步降低光纖傳感器測井成本，為光纖傳感器在油氣田中的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。


附圖是光纖分布式溫度與定點(diǎn)壓力同時(shí)測試系統(tǒng)示意圖。圖中1壓力傳感解調(diào)儀；2室內(nèi)軟光纜；3計(jì)算機(jī)；4數(shù)據(jù)傳輸線；5測溫光端機(jī)；6 光纖波分復(fù)用器；7測井光纖；8光纖壓力傳感頭。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。本發(fā)明的工作原理為由壓力傳感解調(diào)儀I發(fā)出的波長范圍在長波段1510_1590nm 的掃描激光束及測溫光端機(jī)5發(fā)出的波長在短波段950nm的脈沖光束分別通過室內(nèi)軟光纜
2到達(dá)光纖波分復(fù)用器6，由光纖波分復(fù)用器6將兩束光同時(shí)耦合進(jìn)測井光纖7，兩束光在測井光纖7中同時(shí)傳播,其中950nm短波光脈沖在傳輸過程中產(chǎn)生的背向拉曼散射光再經(jīng)光纖波分復(fù)用器6傳回給測溫光端機(jī)5進(jìn)行分布式溫度測試，同時(shí)長波激光經(jīng)光纖壓力傳感頭8調(diào)制反射后也經(jīng)過光纖波分復(fù)用器6傳回給壓力傳感解調(diào)儀I進(jìn)行壓力測試。由于從測井光纖7返回的長、短波光信號經(jīng)過光纖波分復(fù)用器6時(shí)互不干擾，分別由各自的端口輸出，測溫光端機(jī)5與壓力傳感解調(diào)儀I能夠根據(jù)返回的光信號分別進(jìn)行溫度與壓力信息的解調(diào)，其解調(diào)結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線4傳給計(jì)算機(jī)3，計(jì)算機(jī)3通過測試軟件進(jìn)行溫度與壓力信息的顯示與存儲。本發(fā)明的最佳實(shí)施例為壓力傳感解調(diào)儀I采用美國Micron Optics公司生產(chǎn)的光纖光柵傳感解調(diào)儀sml25,測溫光端機(jī)5米用美國SensorTran公司生產(chǎn)的光纖分布式測溫光端機(jī)DTS5100，光纖波分復(fù)用器6為根據(jù)兩臺儀器發(fā)射激光中心波長和帶寬定制的波分復(fù)用器，測井光纖7采用日本住友電氣公司生產(chǎn)的耐高溫特種光纖，光纖壓力傳感頭8采用大連理工大學(xué)研制的光纖F-P腔壓力傳感器，數(shù)據(jù)傳輸線采用普通RS-232串口 /以太網(wǎng)通信線。
權(quán)利要求
1.一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，其特征是由基于光纖拉曼散射原理的分布式溫度感測光纖和光端機(jī)構(gòu)成油井分布式溫度傳感器；由連接在測溫光纖井下尾端的光纖壓力傳感頭和井上的壓力傳感解調(diào)儀構(gòu)成定點(diǎn)式壓力傳感器；測井光纖在井上通過一個(gè)光纖波分復(fù)用器將在不同光波段測試的溫度與壓力信號分開，分別進(jìn)入測溫光端機(jī)和壓力傳感解調(diào)儀，測溫光端機(jī)與壓力傳感解調(diào)儀通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，溫度及壓力測量信息通過計(jì)算機(jī)顯示及存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，其特征是所述光纖波分復(fù)用器兩個(gè)端口帶寬范圍均在80-120nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，其特征是所述光纖壓力傳感頭是基于光纖法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，其特征是在所述光纖壓力傳感頭前端還串聯(lián)有光纖光柵進(jìn)行單點(diǎn)溫度測量，測溫結(jié)果對壓力測量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償和對分布式測溫系統(tǒng)進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。
全文摘要
一種單光纖分布溫度和定點(diǎn)壓力同時(shí)測量的方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。其特征是由基于光纖拉曼散射原理的分布式溫度感測光纖和光端機(jī)構(gòu)成油井分布式溫度傳感器；由連接在分布測溫光纖井下尾端的光纖壓力傳感頭和井上的壓力傳感解調(diào)儀構(gòu)成定點(diǎn)壓力傳感器；測井光纖在井上通過一個(gè)光纖波分復(fù)用器將處在不同光波段的溫度與壓力信號分開，分別進(jìn)入測溫光端機(jī)和壓力傳感解調(diào)儀，從而通過單根光纖實(shí)現(xiàn)分布式溫度與定點(diǎn)壓力的同時(shí)測量。本發(fā)明的效果和益處是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、能有效降低光纖傳感器測井系統(tǒng)的成本，在油氣田光纖測井領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01K11/32GK102587892SQ20121003675
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月18日
發(fā)明者于清旭, 周新磊, 彭偉 申請人:大連理工大學(xué)