用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜的製作方法

2023-04-28 23:34:36

專利名稱：用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測井用分布式傳感光纜，尤其涉及一種用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，具體適用於油層較薄的油井，在油井內側、油管外之間的區域進行溫度和壓力的同時實時監測。
背景技術：
隨著光纖技術的發展，光纖傳感應用技術逐步應用到了油井測試領域。光纜作為光信號的傳輸媒介和傳感媒介，已成為油井光纖測井系統的最核心的組成部分。目前使用的光纜一般均為傳輸光纜，該種傳輸光纜側重於光纜內光纖的保護，但無法使光纜內的光纖對油井內壓力進行感知，也就無法同時完成油井內溫度和壓力的分布式監測。光纖分布式溫度和壓力的監測，需要對光纜的結構進行不同的組合設計，當光纖需要進行溫度監測時，光纖不能受到外界壓力的影響，否則會對溫度監測的準確性發生影響，同時，當光纖需要進行壓力監測時，光纖必須能夠感受到外界壓力的影響，但壓力的監測準確性需要使用溫度監測的數據來加以校正。現有傳輸光纜在實際應用中存在以下缺陷和不足
1、由於使用了金屬加強芯，因而當下井過程中受到外界撞擊時，金屬加強芯將會產生無法恢復的變形，這些變形將會在光纖進行傳感監測時影響測試的準確度；
2、光纜的設計沒有考慮到溫度和壓力同時進行監測的需求，導致對光纖的保護太強而無法感知到外界的壓力。中國專利授權公告號為CN201392418Y，授權公告日為2010年1月27日的實用新型專利公開了一種複合型傳感光纜，其用於檢測應變和溫度的變化，它包括無滷聚烯烴護層、間隔設置在護層內的緊包光纖和松套光纖，所述緊包光纖包括單模光纖、包覆在單模光纖外周且與護層緊密結合的緊包層；所述的松套光纖包括松套管、設置在松套管內的著色光纖以及填充在松套管內的纖膏。雖然該實用新型能結合松套光纖上測出的溫度數值、緊包光纖中測出的應變-溫度參數進行補償計算以得到應變測量值(壓力值)，實現了溫度和壓力的同時實時監測，但其仍舊具有以下缺陷
首先，該實用新型包括的兩個緊包光纖與一個松套光纖在無滷聚烯烴護層上呈一橫列間隔設置，松套光纖位於兩個緊包光纖之間，由於松套光纖與兩個緊包光纖之間的間隔距離較大，造成了緊包光纖、松套光纖之間測量環境的差異，從而導致其分別測得的應變-溫度參數與溫度數值之間的配合性較差，難以通過補償計算獲得較準確的應變測量值，因此其獲得的壓力值的精確度較低；
其次，該實用新型通過松套光纖測得溫度數值，通過緊包光纖測得應變-溫度參數， 但其沒有考慮到松套光纖與緊包光纖並不是同一種光纖，各自測量值的產生上存在差異， 如果僅僅依靠這兩個測量值進行計算，難免會降低最終計算值的準確度，從而再次降低獲得的壓力值的精確度；
再次，該實用新型所依賴的松套光纖與緊包光纖都設置在無滷聚烯烴護層的內部，緊包光纖依賴無滷聚烯烴護層形變對它的衝擊來測得應變-溫度參數，但由於緊包光纖設置在無滷聚烯烴護層的兩端，且與無滷聚烯烴護層之間沒有任何緩衝設計，因而在測量時， 緊包光纖受到的衝擊較大，不僅會影響測量值的精確度，而且會降低其使用壽命；
最後，由於該實用新型的應用環境為土木工程或油氣管道表面，因而其採用的無滷聚烯烴護層、松套光纖、緊包光纖的結構與製作設計都只能滿足普通使用環境的需要，而沒有較強的耐高溫與耐腐蝕性，也沒有較高的機械強度(如彈性)，不適合於高溫、高壓、易碰撞的使用環境(如油層較薄的油井中油井內側與油管外之間的區域，不僅溫度壓力均較高，而且易與井內的巖石發生碰撞)，應用範圍較窄。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的獲得的壓力值的精確度較低，耐高溫、耐腐蝕性、機械強度較差的缺陷與問題，提供一種獲得的壓力值的精確度較高，耐高溫、耐腐蝕性、機械強度較好的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜。為實現以上目的，本發明的技術解決方案是用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，包括高強度高彈性耐高溫外護材料層、一號耐高溫鎧裝松套光纖與耐高溫耐腐蝕緊套光纖，所述一號耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖在高強度高彈性耐高溫外護材料層的內部沿同一水平線橫向布置；
所述傳感光纜還包括二號耐高溫鎧裝松套光纖以及結構一致的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯，且一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯的外徑大於一號耐高溫鎧裝松套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖的外徑；
所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、一號耐高溫鎧裝松套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖與耐高溫耐腐蝕緊套光纖沿同一水平線橫向布置，耐高溫耐腐蝕緊套光纖的兩側分別布置有一號耐高溫鎧裝松套光纖與二號耐高溫鎧裝松套光纖，一號耐高溫鎧裝松套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖的另一側分別布置有一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯；
所述一號耐高溫鎧裝松套光纖包括金屬鎧裝管及其內部設置的至少一根耐高溫單模光纖，二號耐高溫鎧裝松套光纖包括金屬鎧裝管及其內部設置的至少一根耐高溫多模光纖，耐高溫耐腐蝕緊套光纖包括一根耐高溫單模光纖及其外部包覆的耐高溫緊包塑料材料層。所述耐高溫單模光纖、耐高溫多模光纖均包括纖芯及其外部塗覆的塗覆層，纖芯的製造材料為純石英，塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺。所述高強度高彈性耐高溫外護材料層為圓角矩形結構，其四角均為圓角；所述高強度高彈性耐高溫外護材料層的製造材料為熱塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙火布。所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯為實心結構，其製造材料為纖維增強複合塑料或聚氟乙烯。所述金屬鎧裝管的外徑與耐高溫緊包塑料材料層的外徑一致，且比一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯的外徑至少小1毫米。
所述高強度高彈性耐高溫外護材料層的外形尺寸為長14毫米、寬5毫米，所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯的外徑大於3毫米，所述金屬鎧裝管的外徑大於2毫米，所述耐高溫緊包塑料材料層的外徑大於2毫米，所述耐高溫單模光纖、耐高溫多模光纖的外徑為0. 9毫米。與現有技術相比，本發明的有益效果為
1、本發明用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜在高強度高彈性耐高溫外護材料層的內部沿同一水平線依次橫向布置有一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、一號耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯，其中，一號耐高溫鎧裝松套光纖的內部設置有至少一根耐高溫單模光纖以測得應變-溫度參數，二號耐高溫鎧裝松套光纖的內部設置有至少一根耐高溫多模光纖以測得溫度數值，耐高溫耐腐蝕緊套光纖的內部設置有一根耐高溫單模光纖以測得應變-溫度參數，該設計的優點如下首先，耐高溫耐腐蝕緊套光纖位於一號耐高溫鎧裝松套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖之間，結構對稱，便於外界壓力均勻傳導到中間測試壓力的耐高溫耐腐蝕緊套光纖上，有利於提高測試數據的準確度；其次，由於在同一水平線依次橫向布置有兩根加強芯、兩根高溫鎧裝松套光纖與一根耐高溫耐腐蝕緊套光纖，因而使得一號耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖之間的距離很近，具有相同的測量環境，這使得各自的測得值之間具有較強的配合性，有利於提高最終獲得的壓力值的精確度；再次，兩根鎧裝松套光纖分別測得一個溫度數值與一個應變-溫度參數，一根緊套光纖測得一個應變-溫度參數，這就考慮到鎧裝松套光纖與緊套光纖的種類差異，在進行補償計算時，以鎧裝松套光纖測得的溫度數值、緊套光纖測得的應變-溫度參數為主，同時以鎧裝松套光纖測得的應變-溫度參數為輔以進行修正，從而避免了鎧裝松套光纖、緊套光纖之間種類差異所造成的誤差，有利於提高最終獲得的壓力值的精確度；第四，本發明中耐高溫單模光纖、耐高溫多模光纖上塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺，這種製造材料能使光纖測試更大溫度範圍的環境，提供更加完善的測溫方案，從而進一步提高最終獲得的壓力值的精確度。因此本發明最終獲得的壓力值的精確度較高。2、本發明用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜還包括結構一致的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯，該兩個加強芯分別設置在高強度高彈性耐高溫外護材料層的兩端，且加強芯的外徑大於耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖的外徑，該設計的優點如下首先，兩個加強芯位於高強度高彈性耐高溫外護材料層的兩端，且加強芯的外徑大於耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖的外徑，這能夠使得外界的壓力絕大部分都承擔在加強芯上，不僅能對光纜整體起到很好的保護作用，而且對光纜內的傳感光纖具有較強保護作用，能避免光纖直接面對光纜形變的衝擊，有利於提高光纖的安全性與光纖測量值的準確度；其次，由於加強芯為實心結構，其製造材料為纖維增強複合塑料或聚氟乙烯，因而它不僅強度較高、耐高溫，而且具有較強的彈性，不像現有技術使用的金屬加強芯易受到外界彎折、很難恢復原來形狀，它具有較好的韌性，容易恢復，即使在下井的過程中跟井內的巖石發生碰撞，也不會被損害，安全度高，具有很強的保護功能。因此本發明不僅彈性強、安全度高，而且能提高光纖測量值的準確度。
3、本發明用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜中高強度高彈性耐高溫外護材料層為圓角矩形結構、其四角均為圓角的設計能使光纜的矩形長邊和油管外壁較好貼合，降低光纜與油管外、油井內側之間區域中巖石碰撞的機率，從而有效避免光纜被損傷，提高光纜使用的安全性；高強度高彈性耐高溫外護材料層、加強芯、耐高溫緊包塑料材料層與塗覆層製作材料的設計是為了滿足油井內高溫高壓的需求，油井內的溫度和壓力都很高，光纜在高壓下溫度將會上升的更高，若不具有較強的耐高溫與耐腐蝕性，則難以在油井內、油管外對傳感光纖起到很好的保護，並確保傳感光纜長期穩定的工作。因此本發明不僅安全性較高，而且耐高溫、耐腐蝕性較強。4、本發明用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜中對高強度高彈性耐高溫外護材料層、加強芯、耐高溫單模光纖、耐高溫多模光纖、金屬鎧裝管以及耐高溫緊包塑料材料層的大小(外徑、直徑等)都進行了一定的數值限定，該種數值設計可在達到性能的同時，使得光纜外形規則、規格統一，不僅便於製作，也便於施工，還能避免光纜在下井的過程中被損傷。因此本發明規格性較統一，便於製造與施工。


圖1是本發明的結構示意圖。圖中高強度高彈性耐高溫外護材料層1，一號耐高溫鎧裝松套光纖2，二號耐高溫鎧裝松套光纖3，耐高溫耐腐蝕緊套光纖4，一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5，二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6，金屬鎧裝管7，耐高溫單模光纖8，耐高溫多模光纖9，耐高溫緊包塑料材料層10。
具體實施例方式以下結合

和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。參見圖1，用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，包括高強度高彈性耐高溫外護材料層1、一號耐高溫鎧裝松套光纖2與耐高溫耐腐蝕緊套光纖4，所述一號耐高溫鎧裝松套光纖2、耐高溫耐腐蝕緊套光纖4在高強度高彈性耐高溫外護材料層1 的內部沿同一水平線橫向布置；
所述傳感光纜還包括二號耐高溫鎧裝松套光纖3以及結構一致的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6，且一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6的外徑大於一號耐高溫鎧裝松套光纖2、二號耐高溫鎧裝松套光纖3、耐高溫耐腐蝕緊套光纖4的外徑；
所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6、 一號耐高溫鎧裝松套光纖2、二號耐高溫鎧裝松套光纖3與耐高溫耐腐蝕緊套光纖4沿同一水平線橫向布置，耐高溫耐腐蝕緊套光纖4的兩側分別布置有一號耐高溫鎧裝松套光纖2 與二號耐高溫鎧裝松套光纖3，一號耐高溫鎧裝松套光纖2、二號耐高溫鎧裝松套光纖3的另一側分別布置有一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6 ；
所述一號耐高溫鎧裝松套光纖2包括金屬鎧裝管7及其內部設置的至少一根耐高溫單模光纖8，二號耐高溫鎧裝松套光纖3包括金屬鎧裝管7及其內部設置的至少一根耐高溫多模光纖9，耐高溫耐腐蝕緊套光纖4包括一根耐高溫單模光纖8及其外部包覆的耐高溫緊包塑料材料層10。所述耐高溫單模光纖8、耐高溫多模光纖9均包括纖芯及其外部塗覆的塗覆層，纖芯的製造材料為純石英，塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺。所述高強度高彈性耐高溫外護材料層1為圓角矩形結構，其四角均為圓角；所述高強度高彈性耐高溫外護材料層1的製造材料為熱塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙火布ο所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6為實心結構，其製造材料為纖維增強複合塑料或聚氟乙烯。所述金屬鎧裝管7的外徑與耐高溫緊包塑料材料層10的外徑一致，且比一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6的外徑至少小1毫米。所述高強度高彈性耐高溫外護材料層1的外形尺寸為長14毫米、寬5毫米，所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6的外徑大於3毫米，所述金屬鎧裝管7的外徑大於2毫米，所述耐高溫緊包塑料材料層10的外徑大於2毫米，所述耐高溫單模光纖8、耐高溫多模光纖9的外徑為0. 9毫米。實施例1
用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，包括高強度高彈性耐高溫外護材料層1及其內部沿同一水平線依次橫向布置的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、一號耐高溫鎧裝松套光纖2、耐高溫耐腐蝕緊套光纖4、二號耐高溫鎧裝松套光纖3與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6，且一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯5、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯6的外徑大於一號耐高溫鎧裝松套光纖2、二號耐高溫鎧裝松套光纖3、耐高溫耐腐蝕緊套光纖4的外徑，耐高溫鎧裝松套光纖與耐高溫耐腐蝕緊套光纖4中塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺，高強度高彈性耐高溫外護材料層1為圓角矩形結構，其四角均為圓角。由上可見，本設計不僅最終獲得的壓力值的精確度較高、彈性強、安全度高，而且耐高溫耐腐蝕性較強、規格性統一、便於製造與施工。
權利要求
1.用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，包括高強度高彈性耐高溫外護材料層(1)、一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)與耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)，所述一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)、耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)在高強度高彈性耐高溫外護材料層 (1)的內部沿同一水平線橫向布置，其特徵在於所述傳感光纜還包括二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)以及結構一致的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6)，且一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6)的外徑大於一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)、二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)、耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)的外徑；所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯 (6)、一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)、二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)與耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)沿同一水平線橫向布置，耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)的兩側分別布置有一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)與二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)，一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)、二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)的另一側分別布置有一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6)；所述一號耐高溫鎧裝松套光纖(2)包括金屬鎧裝管(7)及其內部設置的至少一根耐高溫單模光纖(8)，二號耐高溫鎧裝松套光纖(3)包括金屬鎧裝管(7)及其內部設置的至少一根耐高溫多模光纖(9)，耐高溫耐腐蝕緊套光纖(4)包括一根耐高溫單模光纖(8)及其外部包覆的耐高溫緊包塑料材料層(10)。
2.根據權利要求1所述的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜， 其特徵在於所述耐高溫單模光纖(8)、耐高溫多模光纖(9)均包括纖芯及其外部塗覆的塗覆層，纖芯的製造材料為純石英，塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺。
3.根據權利要求1或2所述的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，其特徵在於所述高強度高彈性耐高溫外護材料層(1)為圓角矩形結構，其四角均為圓角；所述高強度高彈性耐高溫外護材料層(1)的製造材料為熱塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯。
4.根據權利要求1或2所述的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，其特徵在於所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6)為實心結構，其製造材料為纖維增強複合塑料或聚氟乙烯。
5.根據權利要求1或2所述的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，其特徵在於所述金屬鎧裝管(7)的外徑與耐高溫緊包塑料材料層(10)的外徑一致，且比一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6)的外徑至少小1毫米。
6.根據權利要求5所述的用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜， 其特徵在於所述高強度高彈性耐高溫外護材料層(1)的外形尺寸為長14毫米、寬5毫米， 所述一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(5)、二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯(6) 的外徑大於3毫米，所述金屬鎧裝管(7)的外徑大於2毫米，所述耐高溫緊包塑料材料層 (10)的外徑大於2毫米，所述耐高溫單模光纖(8)、耐高溫多模光纖(9)的外徑為0. 9毫米。
全文摘要
用於油井內油管外耐高溫耐高壓的測井用分布式傳感光纜，包括高強度高彈性耐高溫外護材料層及其內部沿同一水平線依次橫向布置的一號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯、一號耐高溫鎧裝松套光纖、耐高溫耐腐蝕緊套光纖、二號耐高溫鎧裝松套光纖與二號非金屬高強度耐高溫彈性加強芯，加強芯的外徑大於松套光纖、緊套光纖的外徑，松套光纖、緊套光纖中塗覆層的製造材料為聚丙烯酸樹脂、矽橡膠或聚醯亞胺，高強度高彈性耐高溫外護材料層為圓角矩形結構，其四角均為圓角。本設計不僅最終獲得的壓力值的精確度較高、彈性強、安全度高，而且耐高溫耐腐蝕性較強、規格性統一、便於製造與施工。
文檔編號G02B6/44GK102354036SQ201110298619
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者黃莎 申請人:武漢鑫光年光電技術有限公司