[发明专利]一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装技术，尤其涉及一种适合油气井下测温的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构和方法。

背景技术

在油藏工业中，对产油井温度的实时、动态、在线、分布式监测，了解井下油层的物理状态，是优化采油技术方案，提高油气产量和采收率的重要措施之一。在某些油田的生产过程中，为了提高石油产量，需要对油井注入高温蒸汽或者火烧加热，井下温度高达300℃以上。由于传统的电子式温度测量仪器在高温高压环境中可靠性差、抗干扰能力弱和寿命短，不能满足井下测量的需要。

光纤光栅(FBG)传感技术是近年来在工业界被证实的一种高精度、高可靠性、抗干扰和适用恶劣工作环境的新型传感技术，基于FBG的光纤传感器具有能够大规模复用的特点，即可以在一根信号传输光纤上级联多支传感器，实现多传感器或多参数测量。将多支FBG温度传感器级联用于油井下重要区段的多点温度测量，相对电子温度测量方法，具有耐高温(可达300℃)、测量温度点多，以及可做永久性温度测量的优点；相对基于拉曼散射的光纤连续温度测量方法(DTS)，具有测量精度高，耐高温，长期稳定性好的特点，特别适合应用于有针对性的高温井下重点区段的永久性监测。

但是由于光纤光栅本身脆弱，容易折断，在实际应用中，未做任何防护的光纤光栅温度传感器容易受到外力的挤压和剪力而被破坏；光纤光栅还存在一定的温度-应变交叉敏感性，在进行精确温度测量时必须屏蔽掉外界应力或者光纤受拉伸引起的光栅布拉格波长的变化；另外，在石油生产井中，光纤光栅温度传感器要工作在高温、高压、酸、碱、水汽等恶劣环境中。因此，必须寻找一种有效的封装方式来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、耐久性好、能消除应力影响、能适应恶劣环境中测温需要的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构和方法。特别是适应石油生产井中高温、高压、强腐蚀等恶劣环境的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构和方法。

为实现上述目的，本发明的准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构由多个光纤光栅温度传感器串联而成，每个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接端容置于石英玻璃毛细管中并密封固定。

进一步，所述光纤光栅温度传感器之间焊接连接。

进一步，所述封装结构设置一个或多个石英毛细管。

进一步，所述封装结构设置多个石英毛细管，每一石英毛细管中容置一所述光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接端。

进一步，所述石英毛细管中能够容置多个光纤光栅温度传感器的光纤光栅和光纤光栅温度传感器的连接端。

进一步，所述石英玻璃毛细管的长度为50mm-100mm，内径130-170um，壁厚100-300um。

进一步，所述封装结构的外侧包覆一不锈钢管，该不锈钢管外侧包覆铝层，铝层外侧再包覆一不锈钢管。

本发明的准分布式光纤光栅温度传感器的封装方法，具体为：1)剪切石英玻璃毛细管备用；2)将光纤光栅栅区一侧的尾纤剪短，去涂覆；将石英玻璃毛细管由光纤光栅剪短的短尾纤侧套至长尾纤侧；3)将光栅的短尾纤侧与下一个光纤光栅的长尾纤侧熔接，熔接过程中保证光栅栅区及其两侧的裸纤区的总长度小于石英毛细管长度；4)将石英毛细管套回至光栅短尾纤侧；5)将石英毛细管的两端与光纤固定密封。

进一步，所述石英玻璃毛细管的长度为50mm-100mm，内径130-170um，壁厚100-300um。

进一步，步骤3)熔接过程采用光纤熔接机熔接。

进一步，步骤5)采用CO2激光束热熔或者用耐高温高强度胶将石英毛细管的两端与光纤固定密封。

进一步，对封装好的多个光纤光栅串联而成的准分布式测温结构进一步封装，采用壁厚0.2-0.3mm的不锈钢管进行一次包覆；然后，进行与一次包覆不锈钢管紧密结合的铝层包覆；再采用穿套方法，将经过两次包覆的传感器穿套入厚壁耐压不锈钢管中。