一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，包括蓝宝石传感器(1)，所述蓝宝石传感器(1)包括蓝宝石传感器单元(1－0)，蓝宝石传感器单元(1－0)采用蓝宝石构成法布里－帕罗腔结构，包括蓝宝石耐压膜片(1－0－1)、蓝宝石耐压腔体(1－0－2)、蓝宝石耐温膜片(1－0－3)、蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)、准直器(1－0－5)以及与准直器连接的高温光纤(1－6)，蓝宝石耐压膜片与蓝宝石耐温膜片的各自一侧分别通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石耐压腔体的两端，由此形成压感腔(1－0－6)，蓝宝石耐温膜片的另一侧通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石帕罗腔主体的一端，准直器固定在蓝宝石帕罗腔主体的内部腔室中。腔主体的内部腔室中。腔主体的内部腔室中。

A sapphire optical fiber sensor for underground operation

【技术实现步骤摘要】
一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器


[0001]本专利技术涉及石油勘探
，更具体涉及一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器。

技术介绍

[0002]在开采石油的过程中，井下的温度和压力是必不可少的测量参数，准确的井下温度和压力测量对于油井监测等都具有重要的作用。油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层压力不断下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产。为了弥补原油采出后造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，利用注水井把水/气注入油层，以补充和保持油层压力。然而采取这些操作时一定要在对井下条件有全面了解之后才能进行。
[0003]也即，在油田的开发过程中，人们需要知道在产液或注水过程中有关井内流体的持性与状态的详细资料，这就要用到石油测井，其可靠性和准确性是至关重要的。
[0004]针对目前对于井下温度压力的监测系统，井下温度和压力参数的测量主要是依赖于毛细管测压以及电子传感技术。但是，电子类传感器其寿命短，容易电打火，每年的地面标定等问题，使它只能应用于常规测井及短期测井作业中，无法适应储气库井下长期监测的需要。对于毛细管的测压方式来说，其只能测量压力值而不能测量温度值，这是其最大的缺点所在。另外由于毛细管测压系统在下井作业的过程中需要不断补充氮气，来保证毛细管内充满氮气，这样大大增加了作业的时间和相应作业费用；井下的温度变化使毛细管氮气桶内及毛细管内氮气密度发生变化，需要地面温度校正，来及时调整地面增补氮气，采取办法多为滞后的地面温度补偿和同时加入热电偶的方式来对温度检测，复杂结构不利于设备的安全稳定运行；安装作业过程中判断安装是否正常仅靠观察回压来确定，如果在较深位置发生损坏很难进行判断。
[0005]因此，需要的新的设备和技术，以克服现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0006]研究表明，光纤传感器具有一些优势，例如其对电磁干扰不敏感而且能承受极端条件，包括高温、高压以及强烈的冲击与振动，可以高精度地测量井筒和井场环境参数的同时，光纤传感器具有分布式测量能力，可以用来测量某些参量的空间分布，给出剖面信息。除此之外，光纤传感器横截面积小，外形短，在井筒中只需要占据极小的空间。
[0007]更具体地，蓝宝石光纤传感器具有寿命长、传感距离长、耐高温、测量点多和可扩展性好、抗震性强，抗干扰、安全隐患小等特点。
[0008]蓝宝石光纤传感器比电子传感器的使用寿命明显增长，一般蓝宝石光纤传感器温度压力传感器的使用寿命都能达到10－15年，而电子传感器的平均寿命只有1到3年。因此往往在油井还没有枯竭之前传感器就已经失效了，如果想要继续获得温度和压力数据，便需要更换新的传感设备。在几百米至几千米深的油气井中把旧设备取出再安装新设备，其
工作量和成本是巨大的，同时还会影响到生产，而且多增加的施工次数也使得发生事故的风险加大，再加上购买新设备的成本，使得电子传感器在纵观全局来说经济性上不如蓝宝石光纤传感器。
[0009]蓝宝石传感器比电子传感器传输距离长，电子传感器由于信号在电缆中的衰减比较厉害，其最大的传感距离一般小于5Km。对于井深超过 5Km的深井，不得不加装复杂的有源器件进行信号放大以保证信号质量。这限制了电子传感器在深井中的使用，特别是如今深井广泛存在的油气井中的使用。由于光信号在光缆中的信号衰减很小，所以光学传感器的有效传感距离可以达到20km，适合于深井的传感，大大超越了电子传感的使用范围。
[0010]对于电子类传感器来说，由于受电子元件工作温度的限制，电子类传感器的工作温度一般低于175℃，对于温度高于175℃的高温油气井无法长期使用，电子类传感器在高温下长期使用时，失效概率较高，所以高温对于电子类传感器来说是一个瓶颈，石英传感器也是一样的问题。而对于蓝宝石光纤传感器来说，传感器在井下的部分用的是集测温和测压一体的蓝宝石法帕腔光学器件，而这种器件在高温情况下性能优异。所以对于高温油井广泛存在的今天，蓝宝石传感设备可以长期正常工作在高温条件下的性能大大超过了电子类传感器和石英传感器，比较适合高温井。
[0011]电子传感器的测量点一般不超过10个，否则系统会变得复杂和庞大，安装会发生困难。对于普通的单点电子式温度压力传感器来说，需要4根铜线来进行传感器信号的传输；而蓝宝石光纤传感器同样是完成温度压力信号的传输仅需要一根单模光纤。除此之外，光缆还可以作为一个可扩展的技术平台，同时完成温度压力单点测量、分布式测温、多向流流量、分布式声波等的测量，达到一缆多用的目的，增加了设计的灵活性。
[0012]蓝宝石传感器传感头较小，这样振动时产生的冲击也就相对较小，导致其抗震性能卓越。而电子类传感器由于其中有大量的电子元器件且核心部件的体积和重量相对蓝宝石传感器来说均较大，这样在振动和冲击的过程中这些元器件也就会承受更大的冲击，所以在抗震指标上光纤类传感器要更加优越。因为传感器运输安装以及井下使用的过程中，震动是不可避免的，所以这也是传感器性能是否优异的一项指标。
[0013]电子类传感器由于使用了电子器件和线路，电子类传感器易受电磁干扰。而蓝宝石传感器完全不受电磁干扰的影响。并且，在井下易燃易爆环境中工作的电子类传感器是有源带电设备，虽然可以采取提高防护等级，设计更安全的电路等措施，但是由于设备损坏而产生电打火的可能性总还是存在的，而蓝宝石传感器所有的有源器件全部在井口的设备间内，这也就使得蓝宝石传感器完全没有电打火的风险。
[0014]根据本专利技术的一方面，提供了一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，包括蓝宝石传感器(1)，所述蓝宝石传感器(1)包括蓝宝石传感器单元(1－0)，所述蓝宝石传感器单元(1－0)采用蓝宝石构成法布里－帕罗腔结构，包括蓝宝石耐压膜片(1－0－1)、蓝宝石耐压腔体(1－0－2)、蓝宝石耐温膜片(1－0－3)、蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)、准直器(1－0－5) 以及与准直器(1－0－5)连接的高温光纤(1－6)，
[0015]其中，蓝宝石耐压膜片(1－0－1)与蓝宝石耐温膜片(1－0－3)分别通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石耐压腔体(1－0－2)的两端，由此形成压感腔(1－0－6)，蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)的一端通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石耐温膜片(1－0－3)上，由此蓝宝石耐温膜片(1－0－3)设置在蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)与蓝宝石耐压腔体(1－0－2)之
间，准直器(1－0－5)固定在蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)的内部腔室中。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述蓝宝石传感器(1)还包括蓝宝石传感器主体(1－2)，所述蓝宝石传感器主体(1－2)包括出口端和压力入口端，所述蓝宝石传感器单元(1－0)设置在蓝宝石传感器主体(1－2)内腔之中，蓝宝石耐压膜片(1－0－1)面向所述压力入口端，蓝宝石帕罗腔主体 (1－0－4)密封性地固定在所述出口端一侧的内腔之中。
[0017]根据本专利技术的实施方案，所述蓝宝石传感器(1)还包括与所述蓝宝石传感器主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于：包括蓝宝石传感器(1)，所述蓝宝石传感器(1)包括蓝宝石传感器单元(1－0)，所述蓝宝石传感器单元(1－0)采用蓝宝石构成法布里－帕罗腔结构，包括蓝宝石耐压膜片(1－0－1)、蓝宝石耐压腔体(1－0－2)、蓝宝石耐温膜片(1－0－3)、蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)、准直器(1－0－5)以及与准直器(1－0－5)连接的高温光纤(1－6)，其中，蓝宝石耐压膜片(1－0－1)与蓝宝石耐温膜片(1－0－3)分别通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石耐压腔体(1－0－2)的两端，由此形成压感腔(1－0－6)，蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)的一端通过陶瓷粉末烧结焊接在蓝宝石耐温膜片(1－0－3)上，由此蓝宝石耐温膜片(1－0－3)设置在蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)与蓝宝石耐压腔体(1－0－2)之间；准直器(1－0－5)固定在蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)的内部腔室中。2.根据权利要求1所述的用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于，所述蓝宝石传感器(1)还包括蓝宝石传感器主体(1－2)，所述蓝宝石传感器主体(1－2)包括出口端和压力入口端，所述蓝宝石传感器单元(1－0)设置在蓝宝石传感器主体(1－2)内腔之中，蓝宝石耐压膜片(1－0－1)面向所述压力入口端，蓝宝石帕罗腔主体(1－0－4)密封性地固定在所述出口端一侧的内腔之中。3.根据权利要求2所述的用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于，所述蓝宝石传感器(1)还包括与所述蓝宝石传感器主体(1－2)的压力入口端连接的传感器压力入口件(1－1)。4.根据权利要求2所述的用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于，所述蓝宝石传感器(1)还包括连接件，高温光纤(1－6)经所述出口端并穿过连接件，所述连接件包括连接轴(1－5)、两个传感器连接螺柱(1－4)以及两个限位环(1－3)，两个传感器连接螺柱(1－4)分别套在连接轴(1－5)两侧且两个传感器连接螺柱的螺纹方向分别朝向两侧，所述连接轴(1－5)两端通过螺纹连接所述两个限位环(1－3)，所述连接件的一端通过一个传感器连接螺柱(1－4)的螺纹连接而密封性地连接所述蓝宝石传感器主体(1－2)的出口端。5.根据权利要求4所述的用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于，还包括传感器保护器(2)，所述传感器保护器(2)密封性地连接所述连接件的另一端，由此高温光纤(1－6)与穿过传感器保护器(2)的铠装光缆(5)中的光纤(5－1)二者熔接的熔接点(5－2)能够位于所述传感器保护器(2)之中得到保护。6.根据权利要求5所述的用于井下作业的蓝宝石光纤传感器，其特征在于，所述传感器保护器(2)包括密封性地连接所述连接件的另一端连接的传感器焊点保护器前端接头(2－1)、传感器焊点保护器中间管(2－2)以及密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锦兵，张瀛馨，尹华港，
申请(专利权)人：北京昊锐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：