[实用新型]一种光纤温度-压力二参量测井传感器

说明书

本实用新型涉具体涉及一种光纤温度‑压力二参量测井传感器，解决现有光纤传感器由于尺寸偏大、精度不高以及最高工作温度偏低，难以满足智能井系统应用的技术问题。该光纤温度‑压力二参量测井传感器，包括端盖、温度传感头、第一石英管、本体、膜片、尾柄、碟形弹簧以及光纤；端盖连接在本体的后端，膜片设置在本体的前端；光纤的前端端面与膜片的内端面之间形成第一F‑P腔；温度传感头的一端穿过端盖设置于本体内；第一石英管设置于本体内部，第一石英管的尾部通过尾柄与碟形弹簧连接；碟形弹簧通过固定件设置于本体的后端；光纤的一端从后端向前端依次穿过端盖、碟形弹簧、尾柄、第一石英管至本体前端与第一F‑P腔连接。

技术领域

本实用新型具体涉及一种光纤温度-压力二参量测井传感器。

背景技术

光纤传感器是以光信号作为被测对象的信号载体，以光纤光路作为信号传输的传输单元。光纤传感器的基本工作原理是利用外界的被测参数，如压力、温度、声波、液位、应力应变、折射率等与光纤传感器中的光纤或连接到光纤上的调制器相互作用转变为可以进行测量的光信号，通过测量光纤中传输光信号的光学性质的变化，如光强度、波长、频率、相位、偏振态等，从而得到被测参数的信息。在石油化工领域中，由于光纤传感器本身具有不带电，体积小，抗电磁干扰和辐射能力强等特点，在油气勘探、油井流量测量、天然气温度及压强测量中发挥着重要作用。

在整个光纤传感器家族中，存在着最具有代表性的三种以干涉仪为传感部件和基本工作原理的干涉光纤传感器，分别为：迈克尔逊(Michelson)干涉仪、法布里-珀罗干涉仪(Fabry-PerotInterferometer,FPI)和马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪，其中法布里-珀罗干涉仪以其灵敏度高，结构简单，加工工艺成本较低等优点被广泛研究与应用。而光纤干涉仪的工作原理是外界物理场的变化使得光纤内部传输的光波的光程发生变化，引起干涉光谱相位信息的变化，通过对这种相位变化信息的采集和分析来实现传感。

目前，智能井单点压力和温度光纤传感器的结构主要是基于一种以光纤光栅和光纤F-P干涉腔相隔一定距离依次串联在同一根光纤上的级联结构。其中，光纤光栅用于测量环境温度，光纤F-P干涉腔用于测量环境压力。由于F-P干涉腔具有较大的温度串扰，因此需要用光纤光栅测量出的环境温度来补偿光纤F-P干涉腔的压力测量结果，从而得到正确的环境压力值。这种结构存在两个主要问题：1.由于智能井光纤传感器采用的都是高相干性、长相干距离的激光光源，因此如果光纤光栅与光纤F-P干涉腔的间距过小，则光纤光栅的反射光与光纤F-P干涉腔的反射光在同一根光纤中将发生干涉，极大地影响温度测量精度，进而影响压力环温补偿的精度，从而影响压力值的精度。为了避免两个光纤传感器之间的干涉，必须使得两个光纤传感器之间的间距大于激光光源的相干距离，其典型值为600mm。但是当两个光纤传感器相隔一定距离，则无法保证两个光纤传感器感知到的环境温度为同一值。因此，对光纤传感器的环温补偿会出现偏差，从而影响压力值的精度。2.光纤F-P干涉腔是基于石英玻璃及金属材料制作而成，因此可以长期工作在较高温度，如300℃。光纤光栅的工作原理是基于紫外线固化在光纤中的一种折射率周期性调制的结构，而这种折射率的结构在长期高温工况下会弱化甚至消失，大大降低了光纤传感器的信噪比，从而影响测温测压精度。因此光纤光栅长期工作的最高温度一般不超过150℃。

综上所述，以上两个问题使得同类光纤传感器的尺寸偏大、精度不高以及最高工作温度偏低。从目前油田的发展趋势来看，有限的井下空间要容纳越来越多的控制管道和仪器线缆，因此对光纤传感器的尺寸要求会逐渐苛刻。随着油井的深度逐渐增加，作业温度将越来越高，高于150℃的油井数量在逐步增加；而基于光纤光栅的光纤传感器因为性能的影响，直接限制了其在智能井系统中的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有光纤传感器由于尺寸偏大、精度不高以及最高工作温度偏低，难以满足智能井系统应用的技术问题，而提供一种光纤温度-压力二参量测井传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：