[发明专利]一种用于油气井井下温度和振动监测系统和方法

权利要求书

1.一种用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，包括：激光发射模块、弱光栅阵列、CCD模块、干涉耦合模块和采集模块，

所述激光发射模块，用于发射脉冲光信号，并将所述脉冲光信号输入所述弱光栅阵列；

所述弱光栅阵列，用于对脉冲光信号进行反射，产生反射光信号；

所述CCD模块，用于接收一部分所述反射光信号，并将其传输至采集模块；

所述干涉耦合模块，用于接收另一部分所述反射光信号，产生FBG-FP干涉信号，并将所述FBG-FP干涉信号传输至采集模块；

所述采集模块，用于通过所述反射光信号获得井下温度和/或应力特征，通过所述FBG-FP干涉信号获得振动特征。

2.如权利要求1所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述激光发射模块包括宽带光源、带通滤波器和第一半导体激光放大器，

所述宽带光源，用于产生光信号；

所述带通滤波器，用于对所述光信号进行带通滤波，以生成窄带光；

所述第一半导体激光放大器，用于对所述窄带光进行放大，生成脉冲光信号。

3.如权利要求2所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述第一半导体激光放大器包括半导体激光器和掺铒光纤激光放大器，经过半导体激光器调制成为脉冲光并且进行第一级放大，然后经过掺铒光纤激光放大器进行第二级放大。

4.如权利要求3所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述激光发射模块产生的脉冲光信号通过光环形器照射所述弱光栅阵列，所述弱光栅阵列的反射光经过光环形器进入第二半导体激光放大器，所述第二半导体激光放大器用于对弱光栅阵列的反射光进行第三级放大。

5.如权利要求4所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述弱光栅阵列第i个弱光栅阵列的反射光返回时间τ_i的计算公式为：

τ_i＝2n_effL_i/c，

其中，L_i近似于第i个弱光栅到光环形器的距离，c是光速，n_eff是有效折射率。

6.如权利要求1-5任一项所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述产生FBG-FP干涉信号的方法为：接收另一部分所述反射光信号，所述反射光信号经过干涉仪两臂后被反射为四束，当干涉仪两臂与FP腔长匹配时，时序上位于中间的两束光在3×3耦合器上相遇，并产生干涉信号。

7.如权利要求6所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述采集模块包括探测器、采集卡和上位机，所述探测器用于对所述3×3耦合器输出的3路干涉信号进行采集，所述采集卡用于对所述探测器的信号进行采集，所述上位机用于采集所述探测器和CCD模块的FBG-FP干涉信号和反射光信号，并对所述FBG-FP干涉信号和所述反射光信号进行解调。

8.如权利要求7所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述3路干涉信号的计算公式为：

其中，A为直流量参数，B为交流量幅度参数，I₁、I₂和I₃分别为第一、第二和第三个干涉信号，φ(t)是光信号随时间的相位。

9.如权利要求6所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，其特征在于，所述3×3耦合器连接若干法拉第旋转镜，所述法拉第旋转镜用于消除偏振衰落。

10.一种用于油气井井下温度和振动监测方法，其特征在于，用于如权利要求1-9任一项所述的用于油气井井下温度和振动监测系统，包括以下步骤：

以弱光栅阵列为传感单元，根据每个弱光栅反射信号时间间隔不同，对目标光栅的反射信号进行筛选，从而实现对目标光栅的定位；

通过脉冲激光照射所述弱光栅阵列，生成所述目标光栅位置处的发射光；

将所述反射光分为两份，采集第一份反射光，并将采集的信号传输至上位机进行波长解调，获得井下温度和/或应力特征；

将另一份反射光引入干涉仪，所述反射光信号经过干涉仪两臂后被反射为四束，当干涉仪两臂与FP腔长匹配时，时序上位于中间的两束光在3×3耦合器上相遇，并产生三组干涉信号；

通过采集卡采集所述三组干涉信号，并对所述三组干涉信号进行相位解调，获得井下振动特征。