[发明专利]一种油井套管的振动参量和温度参量的测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种油井套管的振动参量和温度参量的测量系统及方法，包括：获取每个位置处的弱光栅的光谱漂移量和相邻光栅之间反射光的相位差值；使用可调谐脉冲激光器和波长扫描法，解调出每个位置处的弱光栅的当前时刻的边缘光谱图，并与光栅在预设温度的下边缘光谱图进行对比，确定下边缘的漂移量，并基于漂移量，确定当前时刻光栅的温度参量；使用窄线宽脉冲激光器结合3×3相位解调算法解调出相邻光栅间反射光的相位差信息，得到振动参量。本发明利用通过解调窄线宽脉冲激光器反射回来的光所携带的相位变化信息来解调振动参数，通过解调可调谐脉冲激光器反射光所携带的下边缘光谱信息来解调温度参数，在同一套系统中同时测量振动和温度两个参量。

技术领域

本发明涉及光纤光栅分布式传感技术领域，尤其涉及一种油井套管的振动参量和温度参量的测量系统及方法。

背景技术

在石油勘探领域中，套管作为石油专用管材之一，在钻井过程完成后一次性被下入井眼内。其作用是在钻井，完井，开采过程中加固井壁，保护井眼；也能够封闭和固定各地层，防止井中的油层，气层，水层彼此间的互相窜流。更加重要的是在油田生产的过程中，通过监测套管表面的温度信号和振动信号的变化，可以反映出此时输油管道中的油，水，气三项流中各项流的状态，从而得到油井中油，水，气三项流的含量，更好指导我们对油气进行开采，节约成本，提升开采效率。

传统的有源电子振动传感器，温度传感器，大多只能测量单一物理量，且其在油井中容易受到腐蚀，难以正常工作，也难以实现大规模大批量的组网复用。近年来，光纤光栅传感器得到了广泛的研究与应用，其是一种无源器件，耐腐蚀，可以在极度恶劣的环境下长期工作。但是目前的光纤传感器存在反射信号弱，系统信噪比低，测量精度不高，动态范围小的问题，而目前光纤光栅传感器大多都只能进行单一参量的测量，不能解决对油井套管表面温度变化信息和振动变化信息的同时在线精准测量。综上，如何同时测量套管的温度变化和振动变化是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种油井套管的振动参量和温度参量的测量系统，用以解决如何同时测量套管的温度变化和振动变化是亟待解决的问题。

本发明提供一种油井套管的振动参量和温度参量的测量系统，包括：信号发生装置、反射光发生装置、温度参量解调装置、振动参量解调装置、数据采集装置，其中：

所述信号发生装置，包括固定波长脉冲激光光源、可调谐脉冲激光光源，其中，所述固定波长激光光源用于产生固定中心波长的第一激光信号，所述可调谐激光光源用于产生中心波长在预设扫描范围内扫频的第二激光信号；

所述反射光发生装置，用于处理所述第一激光信号和所述第二激光信号，产生的复合探测信号注入光栅，生成对应的反射光；

所述温度参量解调装置，使用可调谐脉冲激光器和波长扫描法，得到不同中心波长入射光打到相应位置处的反射光经过光电探测产生的一系列电压强度信号；

所述振动参量解调装置，用于将相邻的光栅之间的反射光进行干涉并注入3×3耦合器中，产生相位相差120°的三路干涉信号；

所述数据采集装置，用于根据所述电压强度信号拼接转换为光栅当前时刻的边缘光谱图，并与光栅在预设温度的下边缘光谱图进行对比，确定下边缘的漂移量，并基于所述漂移量，确定当前时刻光栅的温度参量；还用于使用3×3解调算法，得到相邻光栅反射光的相位差值信号，解调出当前时刻的振动参量。

进一步地，所述反射光发生装置包括第一耦合器、信号放大器、环形器，其中，所述第一耦合器分别与所述固定波长激光光源、所述可调谐激光光源连接，用于进行光电转换；所述信号放大器与所述第一耦合器连接，用于进行信号放大；所述环形器的第一端口与所述信号放大器连接，第二端口与光栅连接，第三端口分别与所述温度参量解调装置、所述振动参量解调装置连接。

进一步地，所述温度参量解调装置包括第二耦合器和第一光电探测器，其中，所述第二耦合器与所述环形器连接，所述第一光电器分别与所述第二耦合器、所述数据采集装置连接。