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专利名称：一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种用单根光纤实现分布式温度及定点压力同时测量的方法，特别涉及一种适用于油气井中分布式温度及定点压力同时测量的方法。
背景技术：
油井下物理化学参数测量是石油工业最基本和关键的环节之一，通过传感器对重要物理参量进行长期实时监测，及时获取油井下信息，对石油工业具有极为重要的意义。压力和温度是油气资源开发中的基本油藏工程参量，其实时、高精度测量对于确定油层的位置、厚度、含水层的深度以及确定注水/汽层作业等具有重要意义。然而随着油田的不断开采，油气井深度的不断增加，传统的电子式传感器由于在高温环境下存在漂移大、精度低和寿命短等问题，难以满足井下永久性监测的需要。光纤传感器由于具有耐高温、抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、易于串/并联复用和连续分布测量，容易形成传感器网络或者阵列等优点，特别适合用于油气井的监测。近年来，光纤传感技术在油田测井应用领域取得了众多进展，其中比较成熟的用于测井的光纤传感器主要有基于光纤法布里-珀罗干涉仪或光纤布拉格光栅的压力传感器，以及基于光纤拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器。目前，世界上许多油田开采已进入到中后期阶段，未开采的油田中也大多是稠油田。在稠油田的生产过程中，为了提高石油产量，需要采用对油井注入高温蒸汽或者地下燃烧驱油的方法，井下温度高达300°C以上，在如此恶劣的环境中，普通光纤由于在高温环境下存在氢腐蚀严重的问题而不能胜任永久性测量任务，因而当前用于井下测试的光纤均是耐高温特种光纤。然而这些高温特种光纤大都十分昂贵，特种光纤的成本已成为光纤测井系统总成本中主要构成。因此，在实现必需的测量功能的同时，减少光纤的使用数量，能够显著降低光纤测井系统的造价，从而对光纤传感器在油田测试中的大规模普及应用有重要意义。针对这个问题，从事光纤传感器测井应用研究的多个油田服务公司及科研机构进行了相关研究，尝试通过光纤传感器的经济型复用，组网等减少光纤用量。目前已有一些复用方案被提出，文献“Multiplexed Fiber-Optic Pressure and Temperature Sensor System for Down-Hole Measurement”、专利“光纤温度与压力二参量永久式油井传感器”(专利申请号200710178421. 3)以及专利“一种新型光纤温度压力传感器”(专利申请号200910230529. I)中都提出了基于复用技术的光纤温度、压力同时测量的方案。然而这些方案中实现的温度及压力测量均是单点式测量。对于在油田测试中具有更重要意义的分布式温度测量与压力测量的优化方案尚未见涉及。因而，寻找一种结构简单、成本低廉的能同时进行分布式温度及定点压力测量的技术方案具有十分重要的意义。

发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单的适用于油气井中分布式温度与定点压力同时测量的方法，旨在降低光纤传感器测井系统的成本，为光纤传感器在油气田中的应用拓展新的空间。本发明所采用的技术方案是针对目前成熟的光纤分布式温度传感器及光纤压力传感器所使用光源波段不同且带宽较宽的问题，通过使用宽带光纤波分复用器来实现用单根光纤进行油气井中分布式温度与定点压力同时测量；由基于光纤拉曼散射原理的分布式温度感测光纤和光端机构成油井分布式温度传感器；由在该测温光纤的井下尾端连接的光纤压力传感头和井上的压力传感解调仪构成定点压力传感器；测井光纤在井上通过光纤波分复用器将在不同波段进行测量的温度与压力信号分开，分别进入测温光端机和压力传感解调仪，从而通过单根光纤实现分布式温度与定点压力的同时测量；测温光端机与压力传感解调仪通过数据线与计算机进行通信，温度及压力测量结果通过计算机进行显示及存储。所述光纤波分复用器两个端口的带宽范围均在80_120nm之间。所述压力传感头是基于光纤法布里-珀罗干涉仪结构的。所述压力传感头前端还串联有光纤光栅进行单点温度测量，用于对压力测量结果进行温度补偿和对分布式测温系统进行温度校准。本发明的效果和益处是，通过采用光纤波分复用器，实现了用单根光纤对油气井中的分布式温度与定点压力的同时测量，相对于现有测量方法能节省一根光纤的成本。该技术方案结构简单，操作方便，在油气田测井领域有着广阔的应用前景。另外，在本方案基础上还可以结合时分复用与空分复用技术来实现多口油气井的同时测量，进一步降低光纤传感器测井成本，为光纤传感器在油气田中的大规模应用奠定基础。


附图是光纤分布式温度与定点压力同时测试系统示意图。图中1压力传感解调仪；2室内软光缆；3计算机；4数据传输线；5测温光端机；6 光纤波分复用器；7测井光纤；8光纤压力传感头。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本发明的最佳实施例。本发明的工作原理为由压力传感解调仪I发出的波长范围在长波段1510_1590nm 的扫描激光束及测温光端机5发出的波长在短波段950nm的脉冲光束分别通过室内软光缆
2到达光纤波分复用器6，由光纤波分复用器6将两束光同时耦合进测井光纤7，两束光在测井光纤7中同时传播,其中950nm短波光脉冲在传输过程中产生的背向拉曼散射光再经光纤波分复用器6传回给测温光端机5进行分布式温度测试，同时长波激光经光纤压力传感头8调制反射后也经过光纤波分复用器6传回给压力传感解调仪I进行压力测试。由于从测井光纤7返回的长、短波光信号经过光纤波分复用器6时互不干扰，分别由各自的端口输出，测温光端机5与压力传感解调仪I能够根据返回的光信号分别进行温度与压力信息的解调，其解调结果经数据传输线4传给计算机3，计算机3通过测试软件进行温度与压力信息的显示与存储。本发明的最佳实施例为压力传感解调仪I采用美国Micron Optics公司生产的光纤光栅传感解调仪sml25,测温光端机5米用美国SensorTran公司生产的光纤分布式测温光端机DTS5100，光纤波分复用器6为根据两台仪器发射激光中心波长和带宽定制的波分复用器，测井光纤7采用日本住友电气公司生产的耐高温特种光纤，光纤压力传感头8采用大连理工大学研制的光纤F-P腔压力传感器，数据传输线采用普通RS-232串口 /以太网通信线。
权利要求
1.一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法，其特征是由基于光纤拉曼散射原理的分布式温度感测光纤和光端机构成油井分布式温度传感器；由连接在测温光纤井下尾端的光纤压力传感头和井上的压力传感解调仪构成定点式压力传感器；测井光纤在井上通过一个光纤波分复用器将在不同光波段测试的温度与压力信号分开，分别进入测温光端机和压力传感解调仪，测温光端机与压力传感解调仪通过数据线与计算机相连，温度及压力测量信息通过计算机显示及存储。
2.根据权利要求I所述的一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法，其特征是所述光纤波分复用器两个端口带宽范围均在80-120nm之间。
3.根据权利要求I所述的一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法，其特征是所述光纤压力传感头是基于光纤法布里-珀罗干涉仪结构的。
4.根据权利要求I所述的一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法，其特征是在所述光纤压力传感头前端还串联有光纤光栅进行单点温度测量，测温结果对压力测量结果进行温度补偿和对分布式测温系统进行温度校准。
全文摘要
一种单光纤分布温度和定点压力同时测量的方法，属于光纤传感技术领域。其特征是由基于光纤拉曼散射原理的分布式温度感测光纤和光端机构成油井分布式温度传感器；由连接在分布测温光纤井下尾端的光纤压力传感头和井上的压力传感解调仪构成定点压力传感器；测井光纤在井上通过一个光纤波分复用器将处在不同光波段的温度与压力信号分开，分别进入测温光端机和压力传感解调仪，从而通过单根光纤实现分布式温度与定点压力的同时测量。本发明的效果和益处是结构简单、运行可靠、能有效降低光纤传感器测井系统的成本，在油气田光纤测井领域有广阔的应用前景。
文档编号G01K11/32GK102587892SQ20121003675
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月18日 优先权日2012年2月18日
发明者于清旭, 周新磊, 彭伟 申请人:大连理工大学