[发明专利]波纹管式三分量光纤光栅地震检波器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种用于对油气资源井中地震勘探的光纤光栅地震检波器。

技术背景

在地震勘探过程中，通过人工方法使用震源激发出地震波，地震波经过地层岩石介质传播后，反射或透射的信号必须使用一种专门的仪器去接收，这种用于接收地震波的专用仪器就是地震检波器。随着井中地震(主要包括垂直地震剖面法和井间地震)勘探技术的迅速发展，对检波器的各项性能参数(如频率、动态范围、分辨率以及精度)要求也随之提高，目前地震勘探中普遍采用的还是传统的电磁式地震检波器。相对而言，它的级数少、检测灵敏度小、精度低、频率范围窄、易受电磁干扰、不耐高温，这些不足之处限制了井中地震勘探的发展，已不能满足高精度、高分辨率现代地震勘探的要求。因此，必须研制出高性能的地震检波器对井中地震波进行探测，以提高勘探质量。光纤光栅传感技术的出现使得这种高性能井间地震检波器的研制成为可能，它与传统的电类地震检波器相比，有不可比拟的优势，如安全防爆、灵敏度高、频率范围宽、抗电磁干扰，易于波分复用而形成传感网络等，用光纤光栅制作的高灵敏三分量检波器将对进一步提高勘探成功率、油藏采收率和延长油田生产寿命具有重要的意义。

目前，虽然关于光纤光栅振动传感器的研究很多，一些性能优秀的传感器也可以拿来作为单分量地震检波器使用。但井中地震勘探中为了得到纵横波资料进行综合解释，往往使用三分量检波器，即能同时接收纵波(P波)和两个横波(SV和SH波)的检波器。通常是将三个单分量检波器按一定方向装在一个外壳内组成。这样，虽能满足一定的需要，但毕竟检波器的特性会有细微的差异，而且三个检波器在空间中有一定距离，严格来说测量的并不是同一个点的三分量，这样就会给地震资料的解释带来误差，影响井中地震勘探的实际效果。另外，文献中也有用六根光纤光栅共质量块三维光纤光栅振动传感器的报道，但是这种方案中由光纤光栅充当了弹性敏感原件，提供了整个传感器的等效刚度，光纤光栅很容易拉断，导致传感器失效，体积大、可靠性差，且固有频率较高，工作频带很难进行调节，灵敏度低。另外，采用6根光纤光栅虽然增加了一倍的灵敏度，测量精度也更高，但也增加了成本与制造的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述传统地震检波器和光纤光栅地震检波器的缺点，提供一种测量结果反映同一个点纵波和横波信息，设计合理、结构简单、测量范围大、加工安装简易、灵敏度高的波纹管式三分量光纤光栅地震检波器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在壳体上端设置有上盖、下端设置有底座，底座上设置有波纹管，波纹管上端设置有质量块，在质量块上表面设置有X向光纤光栅、Y向光纤光栅、Z向光纤光栅，Y向光纤光栅一端尾纤与X向光纤光栅的尾纤熔接、另一端尾纤与Z向光纤光栅的尾纤熔接，X向光纤光栅的另一端尾纤穿出壳体外并用X向光纤接头固定在壳体上，Z向光纤光栅的另一端尾纤穿出上盖外并用Z向光纤接头固定在上盖上。

本发明的波纹管的波形为U形或C形或S形或V形，波纹管的波数为10～20、波距为1～3mm、外径为8～12mm、内径为4～10mm、壁厚0.1～0.2mm。

本发明的质量块的外径与波纹管的内径相同，质量块的质量为1～5g。

本发明的X向光纤光栅的波长为1500～1600nm，Y向光纤光栅的波长为1500～1600nm，Z向光纤光栅的波长为1500～1600nm，X向光纤光栅、Y向光纤光栅、Z向光纤光栅的波长不相同，在波长为1500～1600nm范围内，X向光纤光栅与Y向光纤光栅、Z向光纤光栅相互之间的波长差大于2nm，X向光纤光栅和Y向光纤光栅的栅区长度为2～5mm，Z向光纤光栅的栅区长度为5～10mm。

本发明的X向光纤光栅与Y向光纤光栅的栅区长度相同。

由于本发明采用了波纹管来作为检波器的弹性敏感原件，波纹管的端部设置质量块，质量块上设置X向光纤光栅、Y向光纤光栅、Z向光纤光栅，Y向光纤光栅与X向光纤光栅、Z向光纤光栅串联接，在惯性力作用下，质量块将相对于壳体和底座发生运动，使3个方向的X向光纤光栅、Y向光纤光栅、Z向光纤光栅拉伸或压缩，3个方向的光纤光栅串联。这种结构的波纹管式三分量光纤光栅地震检波器，具有设计合理、结构简单、测量范围大、加工安装简易、灵敏度高等优点，可用于油气井中地震测量。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方式