專利名稱：光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及可以通過光纜與地面的解調(diào)器，實時讀取油 井內(nèi)的壓力與溫度的全光纖傳感器。
背景技術(shù)：
智能井技術(shù)始于20世紀(jì)90年代，在當(dāng)時全球石油工業(yè)提高油藏產(chǎn)能的大趨勢下， 智能井技術(shù)得以發(fā)展并商業(yè)化。這一技術(shù)的研發(fā)使許多原來不能開采的邊際油田得到開 發(fā)，為深水、海上、邊遠(yuǎn)地區(qū)及老油田的開發(fā)帶來了希望。所謂智能井就是在井中安裝 了可獲得井下油氣生產(chǎn)信息的傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和控制設(shè)備，并可在地面進(jìn)行數(shù)據(jù) 收集和決策分析的井。通過智能井可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)能的目的。應(yīng)用智能 井技術(shù)可以通過一口井對多個油藏流體的流入和流出進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，避免不同的油藏壓 力帶末的交叉流動。對于多油層合采，智能完井的應(yīng)用允許交替開采上部和下部產(chǎn)層， 加快了整個井的生產(chǎn)速度，也提高了油井的凈現(xiàn)值。油藏的遠(yuǎn)程管理使得作業(yè)人員無需 對井進(jìn)行物理干預(yù)，減少了潛在的修井作業(yè)的成本。在鉆機時間(尤其是在深水或海 底)成本昂貴的條件下，修井成本的降低會帶來顯著的效益，同時也彌補了由于修井而 損失的產(chǎn)量。另外，應(yīng)用智能完井的注入井可以更好地進(jìn)行注水控制，提高油井的最終 采收率。同時，應(yīng)用智能井系統(tǒng)也可以減少地面基建設(shè)施成本。智能井技術(shù)的目的是提 高油井開采率，提高油田自動化控制水平，降低油田操作成本與設(shè)備成本，從而實現(xiàn)長 遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。
智能井技術(shù)中的核心部件是永久式油井傳感器，它負(fù)責(zé)向地面提供壓力溫度數(shù)據(jù)。 隨著油田的不斷開采，油氣井的深度不斷增加，傳感器的工作環(huán)境溫度也越來越高。傳 統(tǒng)電子傳感器已經(jīng)難以滿足需要。根據(jù)國外統(tǒng)計，井下溫度每升高18° C，電子傳感器的 故障率就提高1倍。殼牌石油在1987-1998年間對952個電子永久性油井傳感器的分析 表明，在低于100° C的連續(xù)工作環(huán)境下，12%的傳感器在1年內(nèi)失效，31%在5年內(nèi)失 效。美國Quartzdyne公司對其超過450個高溫電子傳感器在180° C環(huán)境下進(jìn)行測試，3 個月內(nèi)超過60%的傳感器失效，在6個月內(nèi)，全部傳感器失效。因此，電子傳感器一般 用于低于100° C的油井中。一些深海油井的溫度已經(jīng)達(dá)到200—250° C，而稠油注氣井 的、溫度高達(dá)300。 C。在這些^^用環(huán)境中，電子傳感器完全無法滿足要求。
與電子傳感器相比，光纖傳感器的優(yōu)點是耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾、使用安全 不打火、體積小。這些優(yōu)點使得它在20世紀(jì)90年代末逐漸在油田中展開應(yīng)用。2002年 8月，Norsk Hydro ASA公司完成了業(yè)內(nèi)第一口多光纖傳感器智能井。光纖測量系統(tǒng)安裝 在北海挪威海域0seberg東部的E-11C井，包括在井內(nèi)安裝多個光纖壓力和溫度傳感器
及地面操縱智能完井流量控制裝置。所有光纖傳感器都由Weatherford公司生產(chǎn)。目前 國外進(jìn)行智能井光纖壓力溫度傳感器傳感器開發(fā)的公司有還有美國Sabeus公司，美國 Baker-Hughs公司，加拿大FISO公司，巴西Gavea公司等等。這些公司目前的產(chǎn)品都是 面向智能井單點測溫測壓應(yīng)用的。
目前，智能井單點壓力和溫度光纖傳感器的結(jié)構(gòu)主要是基于一種以光纖光柵和光纖 法布里-帕羅干涉腔相隔一定距離依次串聯(lián)在同一根光纖上的級聯(lián)結(jié)構(gòu)。其中，光纖光柵
用于測量環(huán)境溫度，光纖法布里-帕羅干涉腔用于測量環(huán)境壓力。由于光纖法布里-帕羅 干涉腔具有較大的溫度串?dāng)_，因此需要用光纖光柵測量出的環(huán)境溫度來補償光纖法布里-帕羅干涉腔的壓力測量結(jié)果，從而得到正確的環(huán)境壓力值。
這種結(jié)構(gòu)存在以下兩個主要問題L由于智能井光纖傳感器采用的都是高相干性、
長相干距離的激光光源，因此如果光線光柵與光纖法布里-帕羅干涉腔的間距過小，則光 纖光柵的反射光與光纖法布里-帕羅干涉腔的反射光在同一根光纖中將發(fā)生干涉，極大的 影響溫度測量精度，進(jìn)而影響壓力環(huán)溫補償?shù)木?，從而影響壓力值的精度。為了避?兩個傳感器之間的干涉，必須使得兩個傳感器之間的間距大于激光光源的相干距離，其 典型值為600mm。但是當(dāng)兩個傳感器相隔一定距離，則無法保證兩個傳感器感受到的環(huán)境 溫度為同一值。因此，對光纖壓力傳感器的環(huán)溫補償會出現(xiàn)偏差，從而影響壓力值的精 度；2.光纖法布里-帕羅干涉腔是基于石英玻璃以及金屬材料的，因此可以長期工作在 較高溫度，如300° C。光纖光柵的工作原理是基于用紫外線固化在光纖中的一種折射率 周期性調(diào)制的結(jié)構(gòu)。而這種折射率的結(jié)構(gòu)在長期的高溫運行中會弱化以至于消失，大大 的降低了傳感器的信噪比，從而影響測溫測壓精度。因此光纖光柵可以長期工作的最高 溫度一般不超過150° C。
以上兩個問題使得這類光纖傳感器的尺寸偏大、精度不高以及最高工作溫度偏低。 從目前油田的發(fā)展趨勢來看，有限的井下空間內(nèi)要容納越來越多的控制管道和儀器線 纜，因此對傳感器的尺寸要求會逐漸苛刻。另外，隨著油井的深度逐漸加深，作業(yè)溫度 將越來越高，高于150° C的油井?dāng)?shù)量在逐步增加。綜上所述，基于光纖光柵的光纖智能 井傳感器因為性能的影響，直接限制了它在智能井系統(tǒng)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在解決在高溫環(huán)境下、有限的井下作業(yè)空間內(nèi)，光纖傳感器長期測 量井下壓力與溫度的問題，提出一種光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器，具有體 積小，可在高溫環(huán)境下長期使用，可同時監(jiān)測油井中壓力和溫度的特點。適用于油田、 化工等領(lǐng)域的壓力與溫度測量。
本發(fā)明提出的光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器，其特征在于，該傳感器包
括寬帶光源、模塊化光譜儀、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)處理器、第一段光纖、第二段光纖、 光纖耦合器、光纜及光纖溫度傳感器頭和壓力傳感器頭；所述寬帶光源通過第一段光纖 與光纖耦合器的輸入端相連，該光纖賴合器的一個輸出端與光纜相連，另一輸出端通過 第二段光纖與模塊化光譜儀的輸入端相連，該模塊化光譜儀通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理 器相連；所述一個或一個以上的光纖溫度傳感器頭和壓力二參量傳感器頭分布在光纜的
另一端。
所述光纖溫度傳感器頭主要由一段光纖構(gòu)成，在該段光纖的芯中構(gòu)造相隔一段距離 的兩個l一2微米的微小氣泡；或在該段光纖的芯中構(gòu)造一個l一2微米的微小氣泡與該 光纖的反射端面相隔一段距離。
所述光纖壓力傳感器頭可包括一段毛細(xì)管，兩段光纖分別從該毛細(xì)管兩端插入并與 毛細(xì)管密封封裝成一體，該兩段光纖的端面在該毛細(xì)管內(nèi)相隔形成長度一定的空腔。
在所述光纖壓力傳感器頭的基礎(chǔ)上，可在所述的一段光纖的芯中構(gòu)造有相隔一段距 離的一個或兩個l一2微米的微小氣泡，集成為溫度和壓力二參量傳感器頭
所述光纖壓力傳感器頭還可包括由金屬外套和金屬保護(hù)套管構(gòu)成封裝結(jié)構(gòu)，該集成
的溫度和壓力二參量傳感器頭放置于該金屬外套內(nèi)，通過密封與固定點封裝為一體；該 光纖傳感頭的尾部光纖置于金屬保護(hù)套管內(nèi)。金屬保護(hù)套管與封裝金屬外套筒'通過密封 連接。
所述的光纖可采用石英玻璃制造的光纖。
所述的光纖溫度傳感器頭和壓力傳感器頭可分布在所述光纜中的同一根光纖上。 本發(fā)明的特點及效果本發(fā)明提出的壓力與溫度二參量智能井傳感器突破了基于光 纖光柵原理的光纖傳感器的長期工作溫度為150° C、最高瞬時工作溫度為300° C的工作 溫度限制。經(jīng)過實際測量，本發(fā)明提出的傳感器可以長期穩(wěn)定工作在400° C，而最高瞬 時工作溫度達(dá)到了 600° C。因此，本發(fā)明的光纖傳感器適用于石油勘探和開采中的高溫 高壓環(huán)境。另外，該傳感器相比基于光纖光柵的傳感器更加小型化。其軸向尺寸從基于 光纖光柵的傳感器的600鵬左右下降到20,左右，因此適合安裝于油井的套筒和油管之 間的狹小空間內(nèi)。另外，本發(fā)明的傳感器的尺寸的減小將有效的克服因為溫度不均勻性 對壓力傳感器的溫度補償帶來的影響，因此將進(jìn)一步提高壓力傳感器的精度與分辨率。 基于布拉格光柵的光纖傳感器對模塊化光譜儀的光譜分辨率有很高的要求，達(dá)到10pm的 量級，從而帶來成本的提高。而本發(fā)明的測量精度對模塊化光譜儀的分辨率依賴性大大 降低，只需要100pm的分辨率即可達(dá)到同樣的精度，從而使得成本下降，適于商業(yè)上的 推廣。另外，該傳感器的核心部件采用非金屬非有機材料，具有高溫高壓穩(wěn)定性好、耐 腐蝕、使用壽命長、測量準(zhǔn)確、不打火及使用安全等優(yōu)點。該傳感器在石油化工領(lǐng)域存 在廣泛的應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2A為本發(fā)明的光纖溫度傳感器實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2B為圖2A的光纖溫度傳感器的反射譜。 圖2C為本發(fā)明的光纖溫度傳感器實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3A為為本發(fā)明的光纖壓力傳感器實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3B為圖3A的光纖壓力傳感器的反射譜。
圖4A為本發(fā)明的光纖溫度與壓力二參量傳感器集成實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4B為本發(fā)明的光纖溫度與壓力二參量傳感器集成實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為圖4B的傳感頭封裝的一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的光纖智能井壓力與溫度二參量傳感器，結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如
下
本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括寬帶光源1、模塊化光譜儀2、數(shù)據(jù)傳輸線
3、數(shù)據(jù)處理器4、光纖5、光纖6、光纖耦合器7、光纜8及光纖溫度與壓力二參量傳感 器頭14;所述寬帶光源1通過光纖6與光纖耦合器7的輸入端相連，該光纖耦合器7的 一個輸出端與光纜8相連，另一輸出端通過光纖5與模塊化光譜儀2的輸入端相連，該 模塊化光譜儀2通過數(shù)據(jù)傳輸線3與數(shù)據(jù)處理器4相連；所述光纖溫度與壓力二參量傳 感器頭14分布在光纜8的另一端。上述光纖溫度傳感器與光纖壓力傳感器可分布在光纜 中同一根光纖上。
在實際應(yīng)用中光纜8分為地面部分10與井下部分，這兩部分的分界線為井頭9;井 頭內(nèi)置有井頭光纜密封器，用于防止井內(nèi)的壓力泄漏；光纖溫度與壓力二參量傳感器頭 14分布在井下光纜8上插入油層12，油井護(hù)管13用于防止土壤11落入井內(nèi)。
本發(fā)明的工作原理為從寬帶光源1發(fā)出的光經(jīng)耦合注入光纖，經(jīng)由光纖耦合器7 注入由光纖構(gòu)成的光纜8;光纜8上分布有光纖溫度傳感器與光纖壓力傳感器；光纖壓力 傳感器與光纖溫度傳感器在外界的壓力與溫度作用下，分別調(diào)制其反射光譜；由光纖溫 度傳感器與光纖壓力傳感器分別反射的光譜逆向再次經(jīng)過光纜8，經(jīng)由光纖耦合器7注入 模塊化光譜儀2;模塊化光譜儀2將輸入光譜轉(zhuǎn)化為光譜數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)處理器4;數(shù) 據(jù)處理器得到以下光譜數(shù)據(jù)光纖壓力傳感器的反射光譜數(shù)據(jù)，光纖溫度傳感器的反射 光譜數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理器對這兩類光譜數(shù)據(jù)分別分析處理，得到每一個光纖傳感器的特征 參量；數(shù)據(jù)處理器將得到的每一個光纖傳感器的特征參量與存儲在數(shù)據(jù)處理器中的每一 個光纖傳感器的特征參量標(biāo)定曲線對比，從而得到每一個光纖傳感器的溫度或壓力讀 數(shù)。 —
本發(fā)明的一種實施例為..寬帶光源1采用美國Honeywell公司的HFE4854高功率 LED;模塊化光譜儀采用美國Ocean Optics公司的USB4000微型光譜儀；數(shù)據(jù)傳輸線3 使用USB傳輸線；數(shù)據(jù)處理器4使用帶有USB接口的微型計算機；光纖5和光纖6采用
石英玻璃制造的單模光纖，如美國Corning公司的SMF28單模光纖；光纖耦合器7使用 上海瀚宇公司的A級三端口光環(huán)行器；光纜8可以采用特制的油井專用光纜。
本發(fā)明的光纖溫度傳感器包括雙氣泡式結(jié)構(gòu)或單氣泡式結(jié)構(gòu)兩種實施例構(gòu)造如圖2 所示。第一種為雙氣泡式結(jié)構(gòu)如圖2A所示光纖傳感器的輸入光纖15與光纖傳感器的 光纖18為石英玻璃單模光纖或者是石英玻璃多模光纖。光纖15與光纖18可以為同種或 者不同種光纖。以光纖15與光纖18均為美國Corning公司的SMF28普通石英玻璃單模 光纖為例，光纖的外徑為125微米，光纖傳感器輸入光纖的芯徑16的徑向直徑為8微米 左右。由在光纖內(nèi)制作有軸向厚度為l一2微米、徑向直徑為8微米左右的微小氣泡17 與19。兩個氣泡之間為光纖18，其長度可選擇從600微米至10mm的任意值。其工作原 理為由寬帶光源1發(fā)出的光通過光纜8，經(jīng)由光纖15入射到光纖溫度傳感器。光能量 聚集在光纖的芯徑16內(nèi)前向傳播。在芯徑16中傳輸?shù)墓饽芰繉⒈坏谝粋€微小氣泡17反 射，并且在芯徑16內(nèi)反向傳輸。剩余的光能量將進(jìn)入光纖18，繼續(xù)向前傳播。前向傳播 的光能量將繼而被微小氣泡19反射。這部分反射能量將進(jìn)入光纖芯徑16。兩次反射的光 將發(fā)生雙光束千涉，其干涉光譜即為光纖溫度傳感器的信號光譜，并且被模塊化光譜儀 接收。其典型光譜如圖2b所示。圖中可見，由于光纖溫度傳感器的兩束反射光始終在光 纖芯徑16中傳播，第二束反射光的能量與第一束反射光的能量相當(dāng)，因此光纖溫度傳感 器的干涉光譜的條紋對比度也較高。其中，干涉條紋對比度的定義由公式l描述
其中Z為干涉條紋的對比度，/_為干涉條紋的最大光強，/自為干涉條紋的最小光強。 y的取值范圍為0-1。 y越靠近1，干涉條紋的信噪比越高，測量值的精度也就越高。對 應(yīng)圖2B顯示的干涉條紋，/=0.98。圖2C所示的結(jié)構(gòu)與圖2A的結(jié)構(gòu)類似，只是微小氣泡 19被替換為光纖端面20，其工作原理與參數(shù)也與圖2A的結(jié)構(gòu)一致。光纖端面20可以用 光纖切割刀切割得到，也可以通過研磨得到。光纖端面20的反射率一般在3-4%左右。
光纖溫度傳感器基于雙光束干涉原理。光纖15將寬帶光源的光能量導(dǎo)向光纖溫度傳 感器，并且收集其反射光譜。微小氣泡17的石英玻璃與空氣的界面用于形成第一個面的 反射，微小氣泡19或者光纖端面20產(chǎn)生第二個面的反射。則光纖18的光學(xué)長度M即為 雙光束干涉的腔長。光纖溫度傳感器的光纖長度h與光纖18的折射率n都會在外界溫度 的變化下變化，因此傳感器的腔長M在外界溫度的作用下會發(fā)生長度變化，其變化關(guān)系 由公式2表述
m = w = w0[i+a ( r— r。服i+aA( r— r0)] (2)
其中n、 no、 h、 ho、 T、 To為當(dāng)前折射率、初始折射率、當(dāng)前光纖長度、初始光纖長度、 當(dāng)前溫度、初始溫度，c^-^^是光纖材料折射率熱膨脹系數(shù)，a,，-S^^是光纖材料
熱膨脹系數(shù)。光纖溫度傳感器的反射光譜如圖2B所示，其與等效腔長M的變化關(guān)系由公 式3表述<formula>formula see original document page 8</formula> (3)
其中2為波長，/(義)為反射光譜，/,(義)為寬帶光源光譜，M傳感器的等效腔長，y為干
涉條紋對比度。因此，可以通過對光纖溫度傳感器的反射光譜/(;i)的處理，得到當(dāng)前等
效腔長M。由于光纖溫度傳感器的光能量始終被限制在光纖芯徑16中傳播與反射，因此 該光纖溫度傳感器的能量利用率很高，插入損耗可降低到0.2dB左右，條紋對比度y可以 達(dá)到0.95以上，從而得到高信噪比的光譜信號，便于后續(xù)的信號處理。等效腔長M與外 界溫度存在單一的函數(shù)關(guān)系，這個函數(shù)關(guān)系通常是非線性的。由等效腔長M與預(yù)先的腔 長一溫度標(biāo)定曲線，可以得到光纖溫度傳感器的溫度讀數(shù)。
光纖壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3A所示，由光纖15與光纖壓力傳感器的反射光纖24相 隔一定距離G插入光纖壓力傳感器的毛細(xì)管22中構(gòu)成。其中，光纖15與光纖24為石英 玻璃單模光纖或者是石英玻璃多模光纖。光纖15與光纖24可以為同種或者不同種光 纖。以光纖15與光纖24均為美國Corning公司的SMF28普通石英玻璃單模光纖為例， 光纖的外徑為125微米，光纖芯區(qū)16的徑向直徑8微米左右。毛細(xì)管可以是金屬毛細(xì) 管，也可以是石英玻璃毛細(xì)管，也可以是單晶晶體毛細(xì)管。光纖15與毛細(xì)管22通過密 封處21密封。光纖24與毛細(xì)管22通過密封處29密封。密封處21與密封處29可以選 用耐高溫環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封，如美國Epotek公司的353ND高溫環(huán)氧樹脂。光纖15伸入 毛細(xì)管22內(nèi)部有端面20。光纖端面20可以用光纖切割刀切割得到，也可以通過研磨得 到。光纖端面20的反射率一般在3-4%左右。光纖24伸入毛細(xì)管22內(nèi)部有端面23。光 纖端面23可以用光纖切割刀切割得到，也可以通過研磨得到。光纖端面23的反射率一 般在3-4%左右。光纖端面20與光纖端面23相隔距離G。 G —般為10微米至300微米之 間的任意值。光纖端面20與光纖端面23將分別反射從光纖15入射的光能量。兩束反射 光將在光纖15中反向傳播并且形成雙光束干涉。通過處理反射的雙光束干涉光譜，可以 得到兩個反射端面的間距G。而這個間距在毛細(xì)管的帶動下隨環(huán)境壓力變化而變化。間距 G與外界壓力P存在單一的函數(shù)關(guān)系，由公式4表述。
<formula>formula see original document page 8</formula> (4)
其中G為腔長，G。為初始腔長，P為環(huán)境壓力，P。為初始壓力，L為兩個固定點的間 距，E為毛細(xì)管的楊式模量，v為毛細(xì)管的泊松比，^為毛細(xì)管的外徑，/;為毛細(xì)管的內(nèi) 徑。光纖壓力傳感器的空腔腔長的變化將影響其反射光譜的形狀。其典型的反射光譜如 圖4B所示，光纖壓力傳感器的第二束反射光出射于光纖端面20，經(jīng)傳播到達(dá)光纖端面 23，再反射回光纖端面20，再次耦合入光纖。由于第二束光在自由空間中發(fā)散傳播，因 此它耦合入光纖時的能量相比第一束由光纖端面20直接反射的光的能量有較大的下降。 光纖壓力傳感器的反射光譜與腔長的關(guān)系由公式5表述
<formula>formula see original document page 8</formula>(5)
其中義為波長，/(義)為反射光譜，/,.(/1)為寬帶光源光譜，G為壓力傳感器的腔長，y為
壓力傳感器的干涉條紋對比度。因此，可以通過對光纖壓力傳感器的反射光譜/(;i)的處
理，得到當(dāng)前腔長G。但是，造成腔長G改變的不只是外界壓力P —個變量。由于毛細(xì) 管22、光纖15與24存在不可忽略的熱膨脹系數(shù)，因此外界溫度的變化會引起腔長G的 變化。腔長G與外界溫度T的關(guān)系由公式6描述 G = G0 +[(& -"j丄。+"AG0](r-r0) (6)
其中G、 G。、 《,、 ^、 ；、 T、 r。分別是腔長當(dāng)前值、腔長初始值、毛細(xì)管熱膨脹系 數(shù)、光纖熱膨脹系數(shù)、兩個固定點的間距、當(dāng)前外界溫度、初始外界溫度。這樣，由公 式5由光譜處理得到當(dāng)前的空腔腔長值G。用溫度傳感器得到的當(dāng)前溫度值代入公式6， 得到溫度串?dāng)_。由排除串?dāng)_后的空腔腔長值G與外界壓力存在單一的函數(shù)關(guān)系，這個函 數(shù)關(guān)系通常是線性的。由腔長G與腔長一壓力標(biāo)定曲線，可以得到光纖壓力傳感器的壓 力讀數(shù)。
上述的光纖溫度傳感器頭和壓力傳感器頭可分布在光纜中的同一根光纖上；且本發(fā) 明還提出兩種光纖溫度傳感器與光纖壓力傳感器集成的實施例結(jié)構(gòu)，如圖4所示；其 中，圖4A為雙氣泡式結(jié)構(gòu)，圖4B為單氣泡式結(jié)構(gòu)。對于雙氣泡式結(jié)構(gòu)，光纖溫度傳感 器的兩個反射端面17與19和光纖壓力傳感器的反射端面20與23分別構(gòu)成雙光束干 涉。光纖溫度傳感器與光纖壓力傳感器在空間上是分離的。對于單氣泡式結(jié)構(gòu)，光纖溫 度傳感器與光纖壓力傳感器共用一個反射面20，因此兩個光纖傳感器都處于毛細(xì)管22之
內(nèi)，傳感器尺寸更小，溫度補償效果更好。
上述單氣泡式結(jié)構(gòu)的光纖傳感器的一種封裝實施例如圖5所示，封裝金屬外套25 和金屬保護(hù)套管27構(gòu)成。光纖溫度、壓力傳感器放置于傳感器的封裝金屬外套25內(nèi)， 通過密封與固定點28封裝為一體。光纖傳感器的尾部光纖位于金屬保護(hù)套管27內(nèi)。金 屬保護(hù)套管27與封裝金屬外套筒25通過密封結(jié)構(gòu)26相連接。其中26可以是焊接點， 也可以通過螺紋連接的形式。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，只要不背離本發(fā)聽構(gòu)思，可以對上述實例進(jìn)行各種 變化。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所說公開的特定實施例，對本發(fā)明的精祌和范疇 內(nèi)的各種修改，均落在由本發(fā)明,的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器，其特征在于，該傳感器包括寬帶光源、模塊化光譜儀、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)處理器、第一段光纖、第二段光纖、光纖耦合器、光纜及光纖溫度傳感器頭和壓力傳感器頭；所述寬帶光源通過第一段光纖與光纖耦合器的輸入端相連，該光纖耦合器的一個輸出端與光纜相連，另一輸出端通過第二段光纖與模塊化光譜儀的輸入端相連，該模塊化光譜儀通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理器相連；所述一個或一個以上的光纖溫度傳感器頭和壓力二參量傳感器頭分布在光纜的另一端。
2、 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述光纖溫度傳感器頭主要由一段光 纖構(gòu)成，在該段光纖的芯中構(gòu)造相隔一段距離的兩個l一2微米的微小氣泡。
3、 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述光纖溫度傳感器頭主要由具有一 個反射端面的一段光纖構(gòu)成，在該段光纖的芯中構(gòu)造一個l一2微米的微小氣泡與該光纖 的反射端面相隔一段距離。
4、 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述光纖壓力傳感器頭包括一段毛細(xì) 管，兩段光纖分別從該毛細(xì)管兩端插入并與毛細(xì)管密封封裝成一體，該兩段光纖的端面 在該毛細(xì)管內(nèi)相隔形成長度一定的空腔。
5、 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述的一段光纖的芯中構(gòu)造有相隔一 段距離的兩個l一2微米的微小氣泡，集成為溫度和壓力二參量傳感器頭。
6、 如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于，所述的一段光纖的芯中構(gòu)造有一個1 一2微米的微小氣泡，集成為溫度和壓力二參量傳感器頭。
7、 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，還包括由金屬外套和金屬保護(hù)套管構(gòu) 成封裝結(jié)構(gòu)，該集成的溫度和壓力二參量傳感器頭放置于該金屬外套內(nèi)，通過密封與固 定點封裝為一體；該光纖傳感頭的尾部光纖置于金屬保護(hù)套管內(nèi)。金屬保護(hù)套管與封裝 金屬外套筒通過密封連接。
8、 如權(quán)利要求2、 3、 4或5所述的傳感器，其特征在于，所述的光纖采用石英玻璃 制造的光纖。
9、 如權(quán)利要求2、 3、 4或5所述的傳感器，其特征在于，所述的光纖溫度傳感器頭 和壓力傳感器頭分布在所述光纜中的同一根光纖上。
10、 如權(quán)利要求2、 3、 4或5所述的傳感器，其特征在于，600微米至10mm 。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖溫度與壓力二參量永久式油井傳感器，屬于智能井技術(shù)領(lǐng)域，該傳感器包括寬帶光源、模塊化光譜儀、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)處理器、第一段光纖、第二段光纖、光纖耦合器、光纜及光纖溫度傳感器頭和壓力傳感器頭；所述寬帶光源通過第一段光纖與光纖耦合器的輸入端相連，該光纖耦合器的一個輸出端與光纜相連，另一輸出端通過第二段光纖與模塊化光譜儀的輸入端相連，該模塊化光譜儀通過數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理器相連；所述一個或一個以上的光纖溫度傳感器頭和壓力二參量傳感器頭分布在光纜的另一端。本發(fā)明具有體積小，可在高溫環(huán)境下長期使用，可同時監(jiān)測油井中壓力和溫度的特點。適用于油田、化工等領(lǐng)域的壓力與溫度測量。
文檔編號E21B47/06GK101178006SQ20071017842
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者黃正宇 申請人:北京蔚藍(lán)仕科技有限公司