一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法制造技术

本发明专利技术公开了一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法，由于背向斯托克斯拉曼散射光强与背向反斯托克斯拉曼散射光强之比，只跟温度相关，利用光纤拉曼散射原理及光时域反射原理模拟水平井下测温，由于光纤损耗问题提出了补偿因子进行温度补偿，温度补偿后算法解调出的温度数据更加准确，通过真实水平井数据解调，计算出的温度数据与标准温度数据误差保持在0.40℃(1σ)，验证了本文算法的可靠性。验证了本文算法的可靠性。验证了本文算法的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法


[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及基于拉曼散射的一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法。

技术介绍

[0002]伴随着镀膜技术、自动控制技术、精密机械技术以及计算机软件技术的高速发展，光纤技术也得到了迅猛发展。由于光纤纤径细、柔韧性好，可以适应地下洞窟空间狭长环境的铺设与工作；光纤具有天然的抗辐射、耐高电流高电压、抗电磁干扰能力，不仅能够轻松地工作于导弹发射井这样具有复杂电路控制系统的环境，还可以与电力线路并行铺设、实时监控电力设施沿线及关键电器元件的温度异常。光纤为石英材料，其化学性能稳定，耐酸碱，抗氧化，可以放置在腐蚀性强的环境中，不惧潮湿；光纤本身为无源器件，不需要外部提供能量，因此在易燃易爆的环境中具有独到的优势，是真正免维护的传感元件与系统。
[0003]光纤传感技术是现代传感领域的一个重大突破，是指一种将光波作为载体，通过光纤来实现信息的传输或传感的技术。分布式光纤拉曼温度传感器是近年来迅速发展起来的可以连续监测空间温度场变化的光纤传感技术。与传统的温度传感器相比，此传感技术以光纤作为传感和信号传输介质，具有耐高温、耐腐蚀、抗辐射、适应性强、抗电磁干扰、绝缘性好、可以实现长距离分布式测量等优点。在各种测量领域，温度是必须测量的重要参数之一，许多应用领域都需要对温度进行监测。分布式光纤温度传感技术，是利用光纤的散射与光纤的温度相关的特性感知环境温度，并结合光时域反射技术确定温度变化在光纤上的空间位置，从而同时实现沿光纤长度方向上的温度传感与定位。
[0004]近年来，分布式光纤温度监测(DTS)技术逐步应用于水平井，相较于传统的监测技术，具有集传感与传输于一体、实时监测、节省施工时间等优点，能够准确地提供井下全井段的温度数据，为精准确定产出剖面提供依据。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
所提出的问题，本专利技术的目的是：旨在提供一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法，包括下述步骤：
[0008]S1.使用仪器采集出光纤拉曼散射的斯托克斯和反斯托克斯光的光强数据；
[0009]S2.将一段光纤设定为标定光纤，对分布式光纤传感器进行温度标定；
[0010]S3.根据光时域反射原理对全段光纤进行定位，并结合拉曼散射原理进行模拟数据实验；
[0011]S4.计算出温度补偿因子，建立光纤信号转换成温度曲线算法；
[0012]S5.将解调算法得到的温度数据与标准温度数据进行对比。
[0013]进一步限定，所述步骤二中，将光纤前端部分光纤设为标定光纤，将水平井井口处
温度作为标定温度对分布式光纤传感器进行温度标定。
[0014]进一步限定，所述步骤三中，全段光纤进行定位采用公式，以及折射率定义c＝nv，其中，t是激光脉冲从光纤入射端经过反向散射后再返回入射端的时间、v是激光脉冲在光纤中的传播速度、激光脉冲走过的总路程2L、c是光在真空中的传播速度、n是光纤的纤芯折射率，通过测得激光脉冲到散射点再回到入射端的时间t，定位散射点的位置L。
[0015]进一步限定，所述步骤三中，结合拉曼散射原理进行模拟数据实验，通过将反斯托克斯光作为信号光，斯托克斯光作为参考光，求解反斯托克斯光与斯托克斯光的比值解调出温度信息，该过程利用了光纤拉曼散射中产生的反斯托克斯光对温度十分敏感,而斯托克斯光对温度并不敏感的特点。
[0016]进一步限定，所述步骤五中，将解调算法得到的温度数据与标准温度数据进行对比，包括，将解调出的温度数据减去标准的温度数据，得到温度的误差曲线，根据此误差曲线来进行对比，从而验证算法可靠性。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1.本专利技术的一种用于水平井的分布式光纤测温算法，在原有的基础上加入了线性补偿因子，使得解调出的温度数据与标准温度数据相差在1℃左右，从而使其能够完全适用于水平井的温度测量。
附图说明
[0019]本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
[0020]图1为本专利技术一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法实施例中分布式光纤测温算法流程图；
[0021]图2为本专利技术一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法实施例中光时域反射原理(OTDR)示意图；
[0022]图3为本专利技术一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法实施例中无补偿因子温度曲线；
[0023]图4为本专利技术一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法实施例中添加补偿因子计算后的温度曲线；
[0024]图5为本专利技术一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法实施例中温度误差曲线；
具体实施方式
[0025]为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。
[0026]本专利技术的一种用于水平井的分布式光纤测温算法，如图1所示的算法流程图，包括以下几个步骤，
[0027]步骤S1：使用仪器采集出光纤拉曼散射的斯托克斯和反斯托克斯光的光强数据。
[0028]步骤S2：将一段光纤设定为标定光纤，对分布式光纤传感器进行温度标定。
[0029]在本实施例中，将光纤前端部分光纤作为标定光纤，井口处温度作为标定温度进
行温度标定。
[0030]步骤S3：根据光时域反射原理对全段光纤进行定位，并结合拉曼散射原理进行模拟数据实验。
[0031]在本实施例中，如图2所示，根据光时域反射原理(OTDR)，假设激光脉冲从光纤入射端射入后经过反向散射在回到入射端的时间为t，激光脉冲在光纤中的传播速度为v，入射端到散射点之间的距离为L，则便可根据下式进行散射点定位：
[0032][0033]结合折射率定义c＝nv，其中c为光在真空中的传播速度，n为光纤的纤芯折射率，所以只需要测得激光脉冲到散射点再回到入射端的时间t，便可以定位散射点的位置L；
[0034]根据拉曼散射原理，假设背向反斯托克斯拉曼散射光强与背向斯托克斯拉曼散射光强之比K(T)为：
[0035][0036][0037]其中h为普朗克常数，h＝6.626
×
10
‑
34
J
·
s；Δf＝1.32
×
10
13
Hz；k
B
为玻尔兹曼常数，k
B
＝1.38
×
10
‑
23
J
·
K
‑1、T是热力学温度；f
anti
、f
st
分别为反斯托克斯和斯托克斯拉曼散射光的频率；P
anti
(T)、P
st
(T)分别为待测温度下的反斯托克斯、斯托克斯拉曼散射光分量的光强；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法，其特征在于：包括下述步骤，S1.使用仪器采集出光纤拉曼散射的斯托克斯和反斯托克斯光的光强数据；S2.将一段光纤设定为标定光纤，对分布式光纤传感器进行温度标定；S3.根据光时域反射原理对全段光纤进行定位，并结合拉曼散射原理进行模拟数据实验；S4.计算出温度补偿因子，建立光纤信号转换成温度曲线算法；S5.将解调算法得到的温度数据与标准温度数据进行对比。2.根据权利要求1所述的一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法，其特征在于：所述步骤二中，将光纤前端部分光纤设为标定光纤，将水平井井口处温度作为标定温度对分布式光纤传感器进行温度标定。3.根据权利要求2所述的一种用于石油水平井的分布式光纤测温算法，其特征在于：所述步骤三中，全段光纤进行定位采用公式，以及折射率定义c＝nv，其中，t是激光脉冲从光纤入射端经过反向散射后再返回...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭林峰，曹栋，曹玲俊，朱翔，毕研钊，叶欣，
申请(专利权)人：无锡博联特光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：