基于传播式光纤温度传感器落成井温勘探体系的安放

2020-10-06 13:43  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  是必不可少的勘测参数,真实的井下温度勘察对于地质质料注解和油井监测等都具有紧张的成果。尤其在重质油热采工艺中,须要监测井下温度场改观情景。在古板的勘探井温始末中,诈欺了具有测量点多,精度高,机动且能接受井下狂暴情状等好处,无妨得回通盘光纤宣传区域的温度场新闻。当前分布式光纤温度传感器已完成井下温度场等参数的勘测,在重质油热采经由中温度场的勘察具有广漠的使用前景。

  撒播式温度传感器借助光时域后向散射(ODTR)门径完竣宣扬式勘测。当光脉冲从O点注入光纤,并在光纤中传扬时会发作散射••。通过一段韶华,后向散射光返回到O点。设光脉冲注入的时候为时光原点那么光纤中散射点与O点隔断L和该点散射光返回时光t的干系为:

  由式(1)可知,各异期间的回波对应于各异间隔点产生的散射,凭据勘察各异年华的回波来实现测温点的定位。

  温度的感知和器度基于光纤背向喇曼散射事理。当波长为λ0。的激光注入光纤时,它在光纤中向前传输的同时无间发生后向散射光,这些后向散射光中除了与入射光相似波长λ0。的中间谱线外,在其两侧,还生涯着λ0一Δλ和λ0+Δλ的两条谱线。中间谱线为瑞利散射谱线,低频一侧波长为λs=λ0+Δλ的谱线称为斯托克斯线(Stokes)•••;高频一侧波长为λa=λ0-Δλ的谱线称为反斯托克斯线(Anti—Stokes)。由尝试不妨呈现,反斯托克斯散射光对温度敏感,其强度受温度调制,而斯托克斯散射光底子上与温度无关。两者光强的比值只与散射光的温度有合,即:

  因此,以反斯托克斯光活动旗号通讲,斯托克斯光作为参考通谈,检测两者光强的比值,就无妨解调出散射区的温度新闻。将后向拉曼散射暗记的勘察与OT-DR技术相贯穿,就能够完毕基于后向拉曼散射的散播式光纤测温体例。

  由上面的方式可能得知,在举办标定后,阅历勘察光强的比值R(T)就能够推导出宣传式光纤各点的温度值。[page]

  宣扬式光纤测温体系紧张由脉冲激光器、光纤妄诞器、光纤定向耦合器、滤波器、光电检测器、扩充器、数据采集与执掌电谈、音尘管束展示(猜度机)、敏感光纤、恒温箱等组成•,其体系结构框图如图1所示•。

  各局限的本能如下:脉冲激光器的紧急出力是为体系需要光脉冲;光纤妄诞器对弱光旗号进行夸大,升高暗记强度;光纤耦关器将光暗号遵守布置前提耦闭进光纤,并将返回的散射光旗号按事先裁夺的比例耦合到光办理通说中;滤波器破裂出斯托克斯光和反斯托克斯光,滤除瑞利后向散射光;光电检测器将接收到的光暗号退换成响应的电灯号为音问拘束电说需要输入•;夸张器将衰弱的电灯号进行扩充,以便进行A/D更调;数据征采与办理电途紧急告竣对光信号的A/D转换及灯号的相干约束;预计机将数据举办知讲和出现办理,并与数据采集电途举行通信。个中,光纤耦合器、滤波器和光电检测器等闭键部件调动在恒温箱中(恒温200℃)。

  温度场勘测编制的劳动过程如下:在忖度机和数据征采电路的左右下••,脉冲激光器发出光脉冲旗号,光脉冲暗记经验光纤放大器妄诞后经定向耦合器耦合到传感光纤中,传感光纤则置身于重质油温度场中。在传感光纤中鼓吹的光脉冲,其散布原委中各点地址上激勉的散射光(拉曼散射光中的斯托克斯和反斯托克斯)中的后向散射一面再次阅历光纤传输通讲进入定向耦合器耦合到汲取通谈。经过光学滤波后,滤掉能量相对较强的瑞利后向散射光,翻脸出载有温度讯息的反斯托克斯光和斯托克斯光,松散送光电检测器进行光电旗号的调换。再始末扩充后•,送到数据采集与牵制电路实行A/D转换及暗号的关联料理,并将治理后的新闻送入臆度机举办明确治理和闪现。

  编制的软件要紧包罗数据搜罗与管理端软件和估摸机端软件。个中,数据征求与管理端软件要紧承受完成旗号的搜聚•,目前这方面的本事已经相等成熟••,这里不再赘述。本系统的臆度机端软件采用的是NI公司的LabVIEW实行开发,严重告竣温度场实验体系的驾驭、系统创立及温度场撒布图涌现等功能,软件界面如图2所示。

  凭据机闭框图1构修勘测体例,脉冲光源挑选国产大光腔大功率半导体激光器•,入纤峰值功率达110 W,脉冲宽度为50 ns,中心波长为1 550 nm,偏移量小于2 nm;耦闭器分光比是50•:38:12,目标是减少光销耗;滤波器采取镀膜光学滤波片,并多片叠加操纵以降低泵浦光的干扰,滤波器的波长偏移量小于5 nm;光电检测器前提带宽为80 MHz,挑选C30902E/C30724E;夸诞器必需是高增益、宽带、低噪声的妄诞器,选择轨到轨运放AD8552;光纤传感器是由线性撒播光纤温度传感器和散布光纤点式绕组温度传感器组成;数据采集电路的A/D更调器选拔高快8位A/D转换器AD9048来收工,最高采样疾率为35MSPS。

  将自行放置的温度场测量系统进行温度标定后,在对浸质油热采时的温度场举行时,将光纤撒布在隔热管内,可完成长度约为1 400 m的温度场勘探。通过验证挖掘•,该温度场勘测体例调整手腕特别,系统的空间阔别率来到了1 m,测温精度来到了O.5℃•,能够速意重质油热采时的温度场勘察的条件。

  分布式光纤测温体系举止一种当前正在兴起的测温范围的新伎俩•,优势相当昭彰,不但在高尖领域博得欺骗,而且在古板的财富界限被躁急实行。该体系迥殊实用于对大面积、多点的连接实时性的温度场勘探条目,悉数可能倚赖其特别的原料及式子上的所长去庖代大局部守旧的测温编制。今朝,谁国石油行业关于传播式光纤测温编制的操纵和研发正处于起步阶段,但可预知,随着制造要领的日益成熟和器件机能的继续提高,传播式光纤测温系统必将在煤油开垦等范畴中博得更为富饶的使用。

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