專利名稱：稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于采油測(cè)試儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高溫高壓稠油熱采井的，通過(guò)高溫光纜和地面光電解調(diào)設(shè)備，能夠直接實(shí)時(shí)讀取稠油油井井下溫度、壓力、流體干度和流體流量的全光纖傳感器。
背景技術(shù)：
在稠油注蒸汽熱采過(guò)程中，需要對(duì)注采過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程(注汽、放噴、燜井、采油)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的相應(yīng)的傳感器或測(cè)試儀器，均采用電子傳感和電子解調(diào)方式，井下采集的數(shù)據(jù)和解調(diào)結(jié)果直接存儲(chǔ)于井下儀器內(nèi)。由于在高溫高壓條件下，電子器件本身的耐溫性能的限制，普遍采用保溫瓶保溫的措施，因此在數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、測(cè)量時(shí)間、下井方式、井溫限制和設(shè)備維護(hù)等方面存在弊端。光纖式傳感器由于其特有的耐高溫、抗干擾等特性，特別是在油井的惡劣環(huán)境下具有優(yōu)勢(shì)。而目前研制的光纖式稠油熱采測(cè)試儀器，沒(méi)有脫離井下采集、井下解調(diào)存儲(chǔ)的模式，沒(méi)有完全發(fā)揮光纖傳感器的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。上述的光纖傳感器主要有光纖光柵或光纖空腔制成。光纖光柵由于光柵本身的原因，在稠油熱采的高溫條件下很容易失效或不穩(wěn)定，而光纖空腔在制作空腔時(shí)通常采用化學(xué)黏結(jié)的方法，由于黏結(jié)劑的抗高溫、抗老化性能的限制，同樣很難使其穩(wěn)定工作。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠用于稠油熱采全過(guò)程的，可以在高溫條件下測(cè)量溫度、壓力、蒸汽干度和蒸汽流量的全光纖傳感器。解決了光信號(hào)通過(guò)耐高溫光纜的傳導(dǎo)和地面光電儀器的解調(diào)，直接讀取井下的溫度、壓力、蒸汽干度和蒸汽流量數(shù)據(jù)的問(wèn)題。
本實(shí)用新型所述的稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，它包括依次設(shè)置在圓筒殼體內(nèi)的光纖空腔溫度傳感器、光纖空腔壓力傳感器和/或光纖開(kāi)放空腔干度傳感器和/或光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器；所述光纖空腔溫度傳感器是由密封在高溫密封材料內(nèi)的兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙；所述光纖空腔壓力傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙，焊接后的兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管鑲嵌在壓力膜盒內(nèi)，并進(jìn)行高溫密封。
光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器是由光學(xué)編碼器和渦輪組成；光學(xué)編碼器中的碼盤(pán)上設(shè)有鋸齒狀凹槽。
所述渦輪所處的殼體部分的直徑大于非渦輪所處的殼體部分的直徑，所述渦輪的直徑與該處殼體的直徑配合一致。
所述光纖開(kāi)放空腔干度傳感器是由兩根藍(lán)寶石光纖和帶有縫隙的石英毛細(xì)管激光焊接連接，兩根藍(lán)寶石光纖中間留有間隙，其中一根藍(lán)寶石光纖與傳導(dǎo)光纖相連。
光纖空腔溫度傳感器和光纖空腔壓力傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光環(huán)形焊接而成。
本實(shí)用新型由于采用上述方案，能夠用于稠油熱采全過(guò)程，可以在高溫高壓條件下測(cè)量溫度、壓力、蒸汽干度和蒸汽流量。本實(shí)用新型具有高溫高壓穩(wěn)定性好、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、測(cè)量準(zhǔn)確、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于下井部分沒(méi)有電子器件和保溫措施，因此設(shè)計(jì)的傳感器殼體比較細(xì)，可以適合更窄的下井空間。


圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的光纖空腔溫度傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的光纖空腔壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的光纖開(kāi)放空腔干度傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型的光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的光學(xué)編碼器中的碼盤(pán)正視圖。
圖7是本實(shí)用新型的光學(xué)編碼器中的碼盤(pán)凹槽斷面圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的技術(shù)方案稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器由設(shè)置于圓筒殼體內(nèi)的光纖空腔溫度傳感器、光纖空腔壓力傳感器、光纖開(kāi)放空腔干度傳感器、光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器組成。
光纖空腔溫度傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光精密焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙，整個(gè)傳感器由高溫密封材料密封，保持其壓力密閉狀態(tài)，消除壓力對(duì)溫度的影響。
光纖空腔壓力傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光精密焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙。通過(guò)焊接間距和腔長(zhǎng)的控制，消除壓力對(duì)溫度的敏感性。外界壓力通過(guò)一個(gè)壓力膜盒的裝置傳導(dǎo)給光纖空腔壓力傳感器。
光纖開(kāi)放空腔干度傳感器是由兩根藍(lán)寶石光纖和帶有縫隙的石英毛細(xì)管激光焊接，兩根藍(lán)寶石光纖中間留有間隙，其中一根藍(lán)寶石光纖與傳導(dǎo)光纖相連。這樣做的傳感器不僅可以避免因傳感器直接與蒸汽的接觸造成石英傳導(dǎo)光纖的性能下降，同時(shí)在地面的光電儀器可以采用穩(wěn)定的波長(zhǎng)解調(diào)的方法。
光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器是由光學(xué)碼盤(pán)和渦輪組成。光學(xué)碼盤(pán)刻有鋸齒狀凹槽構(gòu)成，使得解調(diào)器能夠判斷渦輪的正反轉(zhuǎn)。由于渦輪采用與傳感器外殼的凸出設(shè)計(jì)，保證流體的流動(dòng)與渦輪的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實(shí)用新型由光纖空腔溫度傳感器4、光纖空腔壓力傳感器5、光纖開(kāi)放空腔干度傳感器6、光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器7、9組成。它們通過(guò)與鋼絲鎧裝或不銹鋼管1中的不銹鋼毛細(xì)管2中的高溫光纖束3分別進(jìn)行熔接，與地面的寬帶光源和光解調(diào)儀器相連接。為保證高溫渦輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)與井下流體的流動(dòng)同步，將高溫渦輪9凸出設(shè)計(jì)。所有光纖傳感器都合理的設(shè)置在一個(gè)高溫不銹鋼材質(zhì)的外殼8內(nèi)。
光纖空腔溫度傳感器4的剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示，光纖空腔溫度傳感器4是由兩根傳導(dǎo)光纖41和45，以及石英毛細(xì)管43經(jīng)激光精密環(huán)形焊接形成焊接點(diǎn)47，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙稱為光纖空腔44，整個(gè)傳感器由高溫密封材料42和不銹鋼密封護(hù)套46密封，保持其壓力密閉狀態(tài)，消除壓力對(duì)溫度的影響。
光纖空腔壓力傳感器5的剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示，光纖空腔壓力傳感器5是由兩根傳導(dǎo)光纖51和54以及石英毛細(xì)管52經(jīng)激光精密環(huán)形焊接形成焊接點(diǎn)58，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙，稱為空腔53。通過(guò)焊接間距和空腔53腔長(zhǎng)的控制，消除壓力對(duì)溫度的敏感性。外界壓力通過(guò)一個(gè)壓力膜片57和高溫硅油介質(zhì)55的護(hù)套56裝置傳導(dǎo)給光纖空腔壓力傳感器5。
光纖開(kāi)放空腔干度傳感器6的剖面結(jié)構(gòu)如圖4所示，光纖開(kāi)放空腔干度傳感器6是由兩根藍(lán)寶石光纖62和65以及帶有縫隙的石英毛細(xì)管63進(jìn)行激光焊接，兩根藍(lán)寶石光纖中間留有間隙，稱為開(kāi)放空腔64，其中一根藍(lán)寶石光纖62與高溫傳導(dǎo)光纖61相連。這樣做的傳感器不僅可以避免因傳感器直接與蒸汽的接觸造成石英傳導(dǎo)光纖的性能下降，同時(shí)在地面的光電儀器不僅可以采用強(qiáng)度解調(diào)方法，也可以采用穩(wěn)定的波長(zhǎng)解調(diào)方法。
光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)由光學(xué)編碼器7和渦輪9組成。
光纖光學(xué)編碼器如圖5所示，光纖光學(xué)編碼器7是由高溫傳導(dǎo)光纖71和光學(xué)碼盤(pán)72組成。光學(xué)碼盤(pán)的正視圖及凹槽形狀見(jiàn)圖6、7所示，光學(xué)碼盤(pán)上設(shè)有鋸齒狀凹槽73，使得解調(diào)器能夠判斷渦輪的正反轉(zhuǎn)。
按照以上實(shí)施方案制作的稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器在熱采稠油井的高溫高壓條件下能夠穩(wěn)定工作。其中制得的直讀式溫度和壓力雙參數(shù)全光纖傳感器直徑小于2cm，可以適應(yīng)各種下井條件。制得的稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，經(jīng)過(guò)地面解調(diào)儀器解調(diào)和測(cè)試，其適用范圍溫度0-400℃，壓力0-40Mpa，干度0-100％，流量2-30t/h。其中溫度誤差＜0.5℃，壓力精度0.1Mpa，流體干度精度為0.5％，流體流量精度為0.1t/h。滿足稠油油藏注采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)需要。通過(guò)本實(shí)用新型還可以設(shè)計(jì)出稠油注汽鍋爐出口的監(jiān)測(cè)裝置。
權(quán)利要求1.一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，其特征在于它包括依次設(shè)置在圓筒殼體內(nèi)的光纖空腔溫度傳感器、光纖空腔壓力傳感器和/或光纖開(kāi)放空腔干度傳感器和/或光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器；所述光纖空腔溫度傳感器是由密封在高溫密封材料內(nèi)的兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙；所述光纖空腔壓力傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光焊接而成，兩根傳導(dǎo)光纖之間有空隙，焊接后的兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管鑲嵌在壓力膜盒內(nèi)，并進(jìn)行高溫密封。
2.如權(quán)利要求1所述的一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，其特征在于所述的光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器是由光學(xué)編碼器和渦輪組成；光學(xué)編碼器中的碼盤(pán)上設(shè)有鋸齒狀凹槽。
3.如權(quán)利要求1所述的一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，其特征在于所述的光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器是由光學(xué)編碼器和渦輪組成；渦輪所處的殼體部分的直徑大于非渦輪所處的殼體部分的直徑，所述渦輪的直徑與該處殼體的直徑配合一致。
4.如權(quán)利要求1所述的一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，其特征在于所述光纖開(kāi)放空腔干度傳感器是由兩根藍(lán)寶石光纖和帶有縫隙的石英毛細(xì)管激光焊接連接，兩根藍(lán)寶石光纖中間留有間隙，其中一根藍(lán)寶石光纖與傳導(dǎo)光纖相連。
5.如權(quán)利要求1所述的一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，其特征在于光纖空腔溫度傳感器和光纖空腔壓力傳感器是由兩根傳導(dǎo)光纖和石英毛細(xì)管經(jīng)激光環(huán)形焊接而成。
專利摘要一種稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器，能夠用于稠油熱采全過(guò)程，可以在高溫條件下實(shí)時(shí)測(cè)量溫度、壓力、蒸汽干度和蒸汽流量。該稠油熱采井高溫直讀四參數(shù)全光纖傳感器由光纖空腔溫度傳感器、光纖空腔壓力傳感器、光纖開(kāi)放空腔干度傳感器、光纖光學(xué)編碼渦輪流量傳感器組成。并且它們可以單獨(dú)或任意組合構(gòu)成新的測(cè)試裝置。本實(shí)用新型由于沒(méi)有電子器件，具有高溫高壓穩(wěn)定性好、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、測(cè)量準(zhǔn)確、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于設(shè)計(jì)的傳感器殼體比較細(xì)，可以適合更窄的下井空間，滿足稠油油藏注采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)需要。
文檔編號(hào)E21B47/06GK2761839SQ20052000053
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者張建華 申請(qǐng)人:張建華