一、 概述
在油田的開發(fā)過(guò)程中,人們需要知道在產(chǎn)液或注水過(guò)程中有關(guān)井內(nèi)流體的持性與狀態(tài)的詳細(xì)資料,這就要用到石油測(cè)井,其可靠性和準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的,而傳統(tǒng)的電子基傳感器無(wú)法在井下惡劣的環(huán)境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作。光纖光柵感器可以克服這些困難,其對(duì)電磁干擾不敏感而且能承受極端條件,包括高溫、高壓(幾十兆帕以上)以及強(qiáng)烈的沖擊與振動(dòng),可以高精度地測(cè)量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數(shù),同時(shí),光纖光柵傳感器具有準(zhǔn)分布式測(cè)量能力,可以在不干擾油井參數(shù)場(chǎng)的情況下同時(shí)測(cè)出井下的溫度、壓力,并可以測(cè)出井下的溫度、壓力剖面,可以獲得傳統(tǒng)測(cè)試方式無(wú)法獲取的數(shù)據(jù),為油井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種更理想的手段,是其它測(cè)井不可替代的一種測(cè)試方式,是測(cè)試技術(shù)的一個(gè)突破。該技術(shù)非常適合油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),為測(cè)試技術(shù)提供了一套全新的思路,該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如果與控制技術(shù)相結(jié)合,對(duì)提高油氣采收率、油藏的戰(zhàn)略管理具有極大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
光纖光柵傳感系統(tǒng)主要包括傳感部分、傳輸光纖和光纖光柵解調(diào)儀三大部分。解調(diào)儀寬帶光源發(fā)射寬帶光λ,經(jīng)耦合器到光纖光柵傳感器后,反射回一窄帶的光λB,λB經(jīng)耦合器到波長(zhǎng)檢測(cè)裝置測(cè)出其波長(zhǎng),然后在轉(zhuǎn)換成壓力或溫度值。λB的波長(zhǎng)值與光柵本身有關(guān),圖中四個(gè)光纖光柵,反射回四個(gè)不同的波長(zhǎng),就可檢測(cè)出四個(gè)波長(zhǎng)。
二、 技術(shù)指標(biāo)要求
1. 六級(jí)壓力/溫度傳感器串接,每級(jí)包括一個(gè)溫度和一個(gè)壓力測(cè)試點(diǎn);
2. 溫度測(cè)試指標(biāo):范圍-10℃~175℃,精度±0.5℃;
3. 壓力測(cè)試指標(biāo):范圍0~40MPa,精度±0.5%F.S.;
4. 光纜直徑:<Φ15mm;
5. 傳感器直徑:≤Φ35mm;
6. 傳感器置于井下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),工作3~5年。
三、 系統(tǒng)組成
每個(gè)傳感器內(nèi)有兩根光纖光柵,一根用于測(cè)量溫度,一根測(cè)量壓力,傳感器兩端引出1m左右的光纜。傳感器的引出光纜通過(guò)連接器與下井光纜連接,按這樣將六個(gè)傳感器通過(guò)下井光纜串接起來(lái),傳感器之間的間距可根據(jù)需要確定。在傳感器的下面加30kg左右的配重,以保證傳感器及光纜豎直下井。傳感器的上面通過(guò)光纜連接到地面監(jiān)測(cè)室中的解調(diào)儀上。解調(diào)儀采集信號(hào)計(jì)算壓力和溫度,然后保存數(shù)據(jù)并在顯示器上顯示。
四、 壓力/溫度傳感器特性
壓力/溫度傳感器的作用是將壓力和溫度轉(zhuǎn)化為光纖光柵的波長(zhǎng)信號(hào),是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。我們?cè)O(shè)計(jì)的傳感器有如下特性:
⑴傳感器技術(shù)指標(biāo)為:壓力:范圍0~40MPa,精度±0.5%F.S.,分辯率0.1%F.S.。溫度:范圍-10℃~175℃,精度±0.5℃,分辨力0.1℃。(當(dāng)?shù)孛娼庹{(diào)儀的分辨率為1pm,精度為±5pm時(shí))
⑵采用全不銹鋼結(jié)構(gòu),耐壓耐腐蝕
⑶井下傳感器最高工作溫度:175℃
⑷傳感器的外徑:Φ30mm
⑸傳感器為雙端光纖,可以串聯(lián),最多可達(dá)6級(jí)(每級(jí)包括一個(gè)壓力和一個(gè)溫度測(cè)試組件)
⑹使用壽命長(zhǎng):3~5年
五、 解調(diào)儀特性
解調(diào)儀是用來(lái)采集分析光纖光柵信號(hào)、計(jì)算和顯示溫度壓力的儀器。它包括大功率寬帶光源、高精度光譜分析儀、耦合器、用于數(shù)據(jù)分析與計(jì)算的計(jì)算機(jī)等其它配件。它的解調(diào)精度直接影響系統(tǒng)的測(cè)試精度。
我們公司的解調(diào)儀技術(shù)指標(biāo):
通道數(shù): 1、2、4、8等
波長(zhǎng)范圍: 1525~1565nm
分辨率: 1pm
重復(fù)性: ±5pm
動(dòng)態(tài)范圍: >30dB
最小分辨間隔: 0.6nm
掃描頻率: 1Hz
工作溫度: -10~60℃
環(huán)境濕度: 90%
六、 光纜及連接器
光纜是為油井下使用而定制的專用雙芯光纜(只用一根,另一根備用),采用直徑為3.5mm,厚0.4mm的不銹鋼管保護(hù),有抗壓,抗拉,耐腐蝕及耐高溫的特點(diǎn),能夠滿足的井下長(zhǎng)期使用。
由于傳感器與光纜需連接,傳感器中的光纖與光纜中的光纖可以熔接,但是外界油水會(huì)順著光纜的熔接處進(jìn)入傳感器,時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)對(duì)傳感器造成傷害,這就需要專門的連接器來(lái)保護(hù)連接點(diǎn)。我們?yōu)榫率褂锰貏e設(shè)計(jì)了連接器。