一、      概述

在油田的開發(fā)過程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過程中有關(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)，可以高精度地測量井筒和井場環(huán)境參數(shù)，同時(shí)，光纖光柵傳感器具有準(zhǔn)分布式測量能力，可以在不干擾油井參數(shù)場的情況下同時(shí)測出井下的溫度、壓力，并可以測出井下的溫度、壓力剖面，可以獲得傳統(tǒng)測試方式無法獲取的數(shù)據(jù)，為油井動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供了一種更理想的手段，是其它測井不可替代的一種測試方式，是測試技術(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，為測試技術(shù)提供了一套全新的思路，該監(jiān)測系統(tǒng)如果與控制技術(shù)相結(jié)合，對提高油氣采收率、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，如圖3。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λ_B，λ_B經(jīng)耦合器到波長檢測裝置測出其波長，然后在轉(zhuǎn)換成壓力或溫度值。λ_B的波長值與光柵本身有關(guān)，圖中四個(gè)光纖光柵，反射回四個(gè)不同的波長，就可檢測出四個(gè)波長。

圖3光纖光柵傳感系統(tǒng)示意圖

二、      技術(shù)指標(biāo)要求

1.        六級壓力/溫度傳感器串接，每級包括一個(gè)溫度和一個(gè)壓力測試點(diǎn)；

2.        溫度測試指標(biāo)：范圍-10℃～175℃，精度±0.5℃；

3.        壓力測試指標(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.        傳感器置于井下長期監(jiān)測，工作3～5年。

三、      系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，每個(gè)傳感器內(nèi)有兩根光纖光柵，一根用于測量溫度，一根測量壓力，傳感器兩端引出1m左右的光纜。傳感器的引出光纜通過連接器與下井光纜連接，按這樣將六個(gè)傳感器通過下井光纜串接起來，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。傳感器的上面通過光纜連接到地面監(jiān)測室中的解調(diào)儀上。解調(diào)儀采集信號計(jì)算壓力和溫度，然后保存數(shù)據(jù)并在顯示器上顯示。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

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信號，是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。我們設(shè)計(jì)的傳感器（外形如圖2）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*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)，*多可達(dá)6級（每級包括一個(gè)壓力和一個(gè)溫度測試組件）

⑹使用壽命長：3~5年

圖2 傳感器外形圖

五、      解調(diào)儀特性

解調(diào)儀是用來采集分析光纖光柵信號、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

波長范圍：  1525～1565nm

分辨率：   1pm

重復(fù)性：    ±5pm

動(dòng)態(tài)范圍：  >30dB

*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

圖1中的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)，能夠滿足的井下長期使用。

圖3 井下專用光纜

       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)間一長就會(huì)對傳感器造成傷害，這就需要專門的連接器來保護(hù)連接點(diǎn)。我們?yōu)榫率褂锰貏e設(shè)計(jì)了連接器，如下圖。

圖4 光纜連接器