[发明专利]基于光纤传感的煤层气井液位监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气测井领域，尤其涉及一种用于煤层气井的光纤传感液位监测系统。

背景技术

煤层气主要以吸附形式吸附在煤基质的表面上，当地层压力下降至煤层的解析压力，煤层中甲烷才解析出来。煤层气的开采是一个排水降压的过程，煤层的压降是通过排采来实现的，即利用排采设备，油管排水，套管产气。随着排液的进行，环空液面在下降，煤层压力也在下降。煤层气井在排采期间，液面深度过大不仅会影响煤层的产气量、产气高峰期，而且易引起煤层颗粒的运移，导致地层渗透率下降；抽排强度过小，使排采周期延长，所以操作者准确的了解煤层气井液位信息从而采用合理的生产压差进行煤层气排采，而环空液位的测定是煤层气排采工作中一项重要又频繁的工作。

目前，我国的煤层气井基本上是进行多煤层合采，用回声仪定时测量液面。但是当液面降到主产水层上下时，回声仪测不到真正的液面深度，所测得是液面上部某个主产水层的深度，这给指导生产带来了很大的困难。

因此，如何发明出一种煤层气井液位监测系统，将上述技术问题加以解决，即为本领域技术人员所研究的方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于光纤传感器的煤层气井液位监测系统，其是通过在对煤层气井液位进行测量时，煤层气井水压力均匀地作用于圆形平膜片表面，使圆形平膜片发生挠度弯曲；同时圆形平膜片将均匀压力转化为集中力，通过传力杆作用于等强度悬臂梁自由端，使等强度悬臂梁发生变形；粘贴在等强度悬臂梁上表面的光纤光栅与等强度悬臂梁协调变形，中心波长发生变化，此时应用光纤光栅解调仪测量其波长，即可计算出煤层气井液位值。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于光纤传感器的煤层气井液位监测系统，其包括：

液位光纤光栅传感器，其布设于油管外表面，通过感受油管外压力而使光纤光栅的中心波长发生变化；

激光器，其用于输出光束；

耦合器，其输入端接收所述激光器的输出光束，并将其传给所述的液位光纤光栅传感器；

解调仪，其信号输入端与所述的耦合器的光信号输出端相连，用于监测所述液位光纤光栅传感器中心波长的变化，进而测得煤层气井液位。

较佳的实施方式中，所述的液位光纤光栅传感器包括：

壳体，其上设置一盖板，上述的盖板上端设置有圆形平膜片，一压力实施于所述盖板的圆形平膜片上，所述的盖板下端连接一传力杆；

等强度悬臂梁，其设置于所述壳体内，并与所述传力杆相啮合，所述的等强度悬臂梁上表面具有一凹槽，所述凹槽上设置有光纤光栅，所述的光纤光栅引出一引出光纤至所述壳体外，所述引出光纤连接所述耦合器。

较佳的实施方式中，所述的等强度悬臂梁通过高性能粘结剂固定于所述壳体内。

较佳的实施方式中，所述的盖板与所述壳体之间的接触面均匀涂抹高耐久性密封胶。

较佳的实施方式中，所述壳体上具有一光纤引出孔，所述的引出光纤通过所述光纤引出孔引出，所述的光纤引出孔通过高耐久性密封胶密封。

较佳的实施方式中，所述的液位光纤光栅传感器测量下沉H处，利用如下公式求得煤层气井液位H₀：

H0=H-k(ΔλBE2αϵv-P0)]]>

其中，P₀为给定煤层气井气体压力，k为煤层气井水位压力影响系数，k＝102.04；α_ε为光栅轴向应变与中心波长变化关系的灵敏度系数；E为光纤光栅弹性模量；ν为光纤光栅泊松比；Δλ_B为光纤光栅中心波长，其由所述解调仪测出。