[发明专利]一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光监测技术领域，具体涉及一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置及监测方法。

背景技术

目前，油田井下温度监测技术长期以来采用单点的温度传感器，在油水井停产的情况下，通过将传感器伸入油套环空内检测某一层段温度，首先这种方法只能检测单点温度，即温度传感器伸入到某一位置，才可得到这一位置的温度；其次检测时须停产，不但影响产量，且检测温度数据并不能如实反映真实生产时的温度信息；再次单点温度监测的传统方法检测温度不能做到实时永久，只能检测某一时刻的温度，无法跟踪油水井井下温度变化的趋势，同时这种方法无法针对洗井等特殊工况温度进行监测

发明内容

为了解决现有油水井井下温度监测只能进行单点温度监测和无法实时在线监测的问题，本发明提供了一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置及监测方法。

本发明的一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置，它包括拉曼散射光时域反射计、放大电路、数据采集器和计算机处理系统，所述拉曼散射光时域反射计包括激光器、波分复用器、拉曼光纤、第一探测器和第二探测器，激光器输出光束至波分复用器信号输入端，所述波分复用器的输出/输入端连接拉曼光纤的一端，所述波分复用器的斯托克斯光信号输出端输出斯托克斯光信号至第一探测器的光信号接收端，所述波分复用器的反斯托克斯光信号输出端输出反斯托克斯光信号至第二探测器的光信号接收端，第一探测器的数据输出端连接放大电路的一个信号输入端，第二探测器的数据输出端连接放大电路的另一个信号输入端，放大电路的信号输出端连接数据采集器的数据输入端，所述数据采集器的数据输出端连接计算机处理系统的数据输入端。

基于上述装置的一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测方法，其特征在于它的监测过程为：

步骤一：拉曼散射光时域反射计开始工作，输出反向散射光功率数据，具体过程为：激光器输出的光信号经波分复用器后被耦合到拉曼光纤中，所述拉曼光纤紧贴油管布设，且所述拉曼光纤的另一端布设在油管底端的外表面，被耦合到拉曼光纤中的光信号在拉曼光纤中传输时产生反向散射光并输入至波分复用器，波分复用器同时输出斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，第一探测器探测斯托克斯光功率并输出斯托克斯光功率数据至放大电路的一个信号输入端，第二探测器探测反斯托克斯光功率并输出反斯托克斯光功率数据至放大电路的另一个信号输入端；

步骤二：放大电路接收反向散射光功率数据并放大输出至数据采集器，所述数据采集器采集数据并输出至计算机处理系统，所述计算机处理系统依据反向散射光的传输速度和反向散射光的光功率与探测位置处的绝对温度的关系公式一进行处理，获得油管井下距离和相应绝对温度值，同时计算机处理系统将温度随距离的变化曲线显示在计算机屏幕上，完成对油水井下温度的实时在线监测，

公式一：T＝-hcΔγ/k{ln[P_a(T)/P_s(T)]-ln(λ_s/λ_a)}，其中，c为光在真空中的传播速度，Δγ为偏移波数，k为波尔兹曼常数，P_a(T)为反斯托克斯光功率，P_s(T)为斯托克斯光功率，λ_s为斯托克斯光波长，λ_a为反斯托克斯光波长。

本发明的有益效果为：本发明结构简单，拉曼光纤实现了全分布式连续传感温度，进而使本发明实现了全分布式温度监测，解决了传统的单点温度监测的问题，大大降低了成本，另外本发明测试精度较高，其测试精度可以达到1℃，空间分辨率能达到0.5m，量程可达4公里，并根据用户需求通过改变光纤封装方式和光纤在测量深度方向的结构尺寸改变测试精度和监测量程；本发明实现了油水井下工况温度的实时在线监测。

附图说明

图1是本发明的一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置的结构示意图；图2是本发明的拉曼散射光纤1-3封装后的横截面的结构示意图，其中，不锈钢无缝管a的直径为1.5mm，双层钢丝b的内层钢丝直径为1.1mm，外层钢丝直径为1.2mm，图3是本发明的拉曼光纤1-3布设于油管H外表面示意图。

具体实施方式