CN102354036B - 用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆 - Google Patents

Abstract

用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，包括高强度高弹性耐高温外护材料层及其内部沿同一水平线依次横向布置的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、一号耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤、二号耐高温铠装松套光纤与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯，加强芯的外径大于松套光纤、紧套光纤的外径，松套光纤、紧套光纤中涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺，高强度高弹性耐高温外护材料层为圆角矩形结构，其四角均为圆角。本设计不仅最终获得的压力值的精确度较高、弹性强、安全度高，而且耐高温耐腐蚀性较强、规格性统一、便于制造与施工。

Description

用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆

技术领域

本发明涉及一种测井用分布式传感光缆，尤其涉及一种用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，具体适用于油层较薄的油井，在油井内侧、油管外之间的区域进行温度和压力的同时实时监测。

背景技术

随着光纤技术的发展，光纤传感应用技术逐步应用到了油井测试领域。光缆作为光信号的传输媒介和传感媒介，已成为油井光纤测井***的最核心的组成部分。目前使用的光缆一般均为传输光缆，该种传输光缆侧重于光缆内光纤的保护，但无法使光缆内的光纤对油井内压力进行感知，也就无法同时完成油井内温度和压力的分布式监测。

光纤分布式温度和压力的监测，需要对光缆的结构进行不同的组合设计，当光纤需要进行温度监测时，光纤不能受到外界压力的影响，否则会对温度监测的准确性发生影响，同时，当光纤需要进行压力监测时，光纤必须能够感受到外界压力的影响，但压力的监测准确性需要使用温度监测的数据来加以校正。

现有传输光缆在实际应用中存在以下缺陷和不足：

1、由于使用了金属加强芯，因而当下井过程中受到外界撞击时，金属加强芯将会产生无法恢复的变形，这些变形将会在光纤进行传感监测时影响测试的准确度；

2、光缆的设计没有考虑到温度和压力同时进行监测的需求，导致对光纤的保护太强而无法感知到外界的压力。

中国专利授权公告号为CN201392418Y，授权公告日为2010年1月27日的实用新型专利公开了一种复合型传感光缆，其用于检测应变和温度的变化，它包括无卤聚烯烃护层、间隔设置在护层内的紧包光纤和松套光纤，所述紧包光纤包括单模光纤、包覆在单模光纤外周且与护层紧密结合的紧包层；所述的松套光纤包括松套管、设置在松套管内的着色光纤以及填充在松套管内的纤膏。虽然该实用新型能结合松套光纤上测出的温度数值、紧包光纤中测出的应变–温度参数进行补偿计算以得到应变测量值（压力值），实现了温度和压力的同时实时监测，但其仍旧具有以下缺陷：

首先，该实用新型包括的两个紧包光纤与一个松套光纤在无卤聚烯烃护层上呈一横列间隔设置，松套光纤位于两个紧包光纤之间，由于松套光纤与两个紧包光纤之间的间隔距离较大，造成了紧包光纤、松套光纤之间测量环境的差异，从而导致其分别测得的应变–温度参数与温度数值之间的配合性较差，难以通过补偿计算获得较准确的应变测量值，因此其获得的压力值的精确度较低；

其次，该实用新型通过松套光纤测得温度数值，通过紧包光纤测得应变–温度参数，但其没有考虑到松套光纤与紧包光纤并不是同一种光纤，各自测量值的产生上存在差异，如果仅仅依靠这两个测量值进行计算，难免会降低最终计算值的准确度，从而再次降低获得的压力值的精确度；

再次，该实用新型所依赖的松套光纤与紧包光纤都设置在无卤聚烯烃护层的内部，紧包光纤依赖无卤聚烯烃护层形变对它的冲击来测得应变–温度参数，但由于紧包光纤设置在无卤聚烯烃护层的两端，且与无卤聚烯烃护层之间没有任何缓冲设计，因而在测量时，紧包光纤受到的冲击较大，不仅会影响测量值的精确度，而且会降低其使用寿命；

最后，由于该实用新型的应用环境为土木工程或油气管道表面，因而其采用的无卤聚烯烃护层、松套光纤、紧包光纤的结构与制作设计都只能满足普通使用环境的需要，而没有较强的耐高温与耐腐蚀性，也没有较高的机械强度（如弹性），不适合于高温、高压、易碰撞的使用环境（如油层较薄的油井中油井内侧与油管外之间的区域，不仅温度压力均较高，而且易与井内的岩石发生碰撞），应用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的获得的压力值的精确度较低，耐高温、耐腐蚀性、机械强度较差的缺陷与问题，提供一种获得的压力值的精确度较高，耐高温、耐腐蚀性、机械强度较好的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，包括高强度高弹性耐高温外护材料层、一号耐高温铠装松套光纤与耐高温耐腐蚀紧套光纤，所述一号耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤在高强度高弹性耐高温外护材料层的内部沿同一水平线横向布置；

所述传感光缆还包括二号耐高温铠装松套光纤以及结构一致的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯，且一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯的外径大于一号耐高温铠装松套光纤、二号耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤的外径；

所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯、一号耐高温铠装松套光纤、二号耐高温铠装松套光纤与耐高温耐腐蚀紧套光纤沿同一水平线横向布置，耐高温耐腐蚀紧套光纤的两侧分别布置有一号耐高温铠装松套光纤与二号耐高温铠装松套光纤，一号耐高温铠装松套光纤、二号耐高温铠装松套光纤的另一侧分别布置有一号非金属高强度耐高温弹性加强芯与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯；

所述一号耐高温铠装松套光纤包括金属铠装管及其内部设置的至少一根耐高温单模光纤，二号耐高温铠装松套光纤包括金属铠装管及其内部设置的至少一根耐高温多模光纤，耐高温耐腐蚀紧套光纤包括一根耐高温单模光纤及其外部包覆的耐高温紧包塑料材料层。

所述耐高温单模光纤、耐高温多模光纤均包括纤芯及其外部涂覆的涂覆层，纤芯的制造材料为纯石英，涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺。

所述高强度高弹性耐高温外护材料层为圆角矩形结构，其四角均为圆角；所述高强度高弹性耐高温外护材料层的制造材料为热塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯。

所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯为实心结构，其制造材料为纤维增强复合塑料或聚氟乙烯。

所述金属铠装管的外径与耐高温紧包塑料材料层的外径一致，且比一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯的外径至少小1毫米。

所述高强度高弹性耐高温外护材料层的外形尺寸为长14毫米、宽5毫米，所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯的外径大于3毫米，所述金属铠装管的外径大于2毫米，所述耐高温紧包塑料材料层的外径大于2毫米，所述耐高温单模光纤、耐高温多模光纤的外径为0.9毫米。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆在高强度高弹性耐高温外护材料层的内部沿同一水平线依次横向布置有一号非金属高强度耐高温弹性加强芯、一号耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤、二号耐高温铠装松套光纤、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯，其中，一号耐高温铠装松套光纤的内部设置有至少一根耐高温单模光纤以测得应变–温度参数，二号耐高温铠装松套光纤的内部设置有至少一根耐高温多模光纤以测得温度数值，耐高温耐腐蚀紧套光纤的内部设置有一根耐高温单模光纤以测得应变–温度参数，该设计的优点如下：首先，耐高温耐腐蚀紧套光纤位于一号耐高温铠装松套光纤、二号耐高温铠装松套光纤之间，结构对称，便于外界压力均匀传导到中间测试压力的耐高温耐腐蚀紧套光纤上，有利于提高测试数据的准确度；其次，由于在同一水平线依次横向布置有两根加强芯、两根高温铠装松套光纤与一根耐高温耐腐蚀紧套光纤，因而使得一号耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤、二号耐高温铠装松套光纤之间的距离很近，具有相同的测量环境，这使得各自的测得值之间具有较强的配合性，有利于提高最终获得的压力值的精确度；再次，两根铠装松套光纤分别测得一个温度数值与一个应变–温度参数，一根紧套光纤测得一个应变–温度参数，这就考虑到铠装松套光纤与紧套光纤的种类差异，在进行补偿计算时，以铠装松套光纤测得的温度数值、紧套光纤测得的应变–温度参数为主，同时以铠装松套光纤测得的应变–温度参数为辅以进行修正，从而避免了铠装松套光纤、紧套光纤之间种类差异所造成的误差，有利于提高最终获得的压力值的精确度；第四，本发明中耐高温单模光纤、耐高温多模光纤上涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺，这种制造材料能使光纤测试更大温度范围的环境，提供更加完善的测温方案，从而进一步提高最终获得的压力值的精确度。因此本发明最终获得的压力值的精确度较高。

2、本发明用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆还包括结构一致的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯，该两个加强芯分别设置在高强度高弹性耐高温外护材料层的两端，且加强芯的外径大于耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤的外径，该设计的优点如下：首先，两个加强芯位于高强度高弹性耐高温外护材料层的两端，且加强芯的外径大于耐高温铠装松套光纤、耐高温耐腐蚀紧套光纤的外径，这能够使得外界的压力绝大部分都承担在加强芯上，不仅能对光缆整体起到很好的保护作用，而且对光缆内的传感光纤具有较强保护作用，能避免光纤直接面对光缆形变的冲击，有利于提高光纤的安全性与光纤测量值的准确度；其次，由于加强芯为实心结构，其制造材料为纤维增强复合塑料或聚氟乙烯，因而它不仅强度较高、耐高温，而且具有较强的弹性，不像现有技术使用的金属加强芯易受到外界弯折、很难恢复原来形状，它具有较好的韧性，容易恢复，即使在下井的过程中跟井内的岩石发生碰撞，也不会被损害，安全度高，具有很强的保护功能。因此本发明不仅弹性强、安全度高，而且能提高光纤测量值的准确度。

3、本发明用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆中高强度高弹性耐高温外护材料层为圆角矩形结构、其四角均为圆角的设计能使光缆的矩形长边和油管外壁较好贴合，降低光缆与油管外、油井内侧之间区域中岩石碰撞的几率，从而有效避免光缆被损伤，提高光缆使用的安全性；高强度高弹性耐高温外护材料层、加强芯、耐高温紧包塑料材料层与涂覆层制作材料的设计是为了满足油井内高温高压的需求，油井内的温度和压力都很高，光缆在高压下温度将会上升的更高，若不具有较强的耐高温与耐腐蚀性，则难以在油井内、油管外对传感光纤起到很好的保护，并确保传感光缆长期稳定的工作。因此本发明不仅安全性较高，而且耐高温、耐腐蚀性较强。

4、本发明用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆中对高强度高弹性耐高温外护材料层、加强芯、耐高温单模光纤、耐高温多模光纤、金属铠装管以及耐高温紧包塑料材料层的大小（外径、直径等）都进行了一定的数值限定，该种数值设计可在达到性能的同时，使得光缆外形规则、规格统一，不仅便于制作，也便于施工，还能避免光缆在下井的过程中被损伤。因此本发明规格性较统一，便于制造与施工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：高强度高弹性耐高温外护材料层1，一号耐高温铠装松套光纤2，二号耐高温铠装松套光纤3，耐高温耐腐蚀紧套光纤4，一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5，二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6，金属铠装管7，耐高温单模光纤8，耐高温多模光纤9，耐高温紧包塑料材料层10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，包括高强度高弹性耐高温外护材料层1、一号耐高温铠装松套光纤2与耐高温耐腐蚀紧套光纤4，所述一号耐高温铠装松套光纤2、耐高温耐腐蚀紧套光纤4在高强度高弹性耐高温外护材料层1的内部沿同一水平线横向布置；

所述传感光缆还包括二号耐高温铠装松套光纤3以及结构一致的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6，且一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6的外径大于一号耐高温铠装松套光纤2、二号耐高温铠装松套光纤3、耐高温耐腐蚀紧套光纤4的外径；

所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6、一号耐高温铠装松套光纤2、二号耐高温铠装松套光纤3与耐高温耐腐蚀紧套光纤4沿同一水平线横向布置，耐高温耐腐蚀紧套光纤4的两侧分别布置有一号耐高温铠装松套光纤2与二号耐高温铠装松套光纤3，一号耐高温铠装松套光纤2、二号耐高温铠装松套光纤3的另一侧分别布置有一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6；

所述一号耐高温铠装松套光纤2包括金属铠装管7及其内部设置的至少一根耐高温单模光纤8，二号耐高温铠装松套光纤3包括金属铠装管7及其内部设置的至少一根耐高温多模光纤9，耐高温耐腐蚀紧套光纤4包括一根耐高温单模光纤8及其外部包覆的耐高温紧包塑料材料层10。

所述耐高温单模光纤8、耐高温多模光纤9均包括纤芯及其外部涂覆的涂覆层，纤芯的制造材料为纯石英，涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺。

所述高强度高弹性耐高温外护材料层1为圆角矩形结构，其四角均为圆角；所述高强度高弹性耐高温外护材料层1的制造材料为热塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯。

所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6为实心结构，其制造材料为纤维增强复合塑料或聚氟乙烯。

所述金属铠装管7的外径与耐高温紧包塑料材料层10的外径一致，且比一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6的外径至少小1毫米。

所述高强度高弹性耐高温外护材料层1的外形尺寸为长14毫米、宽5毫米，所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6的外径大于3毫米，所述金属铠装管7的外径大于2毫米，所述耐高温紧包塑料材料层10的外径大于2毫米，所述耐高温单模光纤8、耐高温多模光纤9的外径为0.9毫米。

实施例1：

用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，包括高强度高弹性耐高温外护材料层1及其内部沿同一水平线依次横向布置的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、一号耐高温铠装松套光纤2、耐高温耐腐蚀紧套光纤4、二号耐高温铠装松套光纤3与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6，且一号非金属高强度耐高温弹性加强芯5、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯6的外径大于一号耐高温铠装松套光纤2、二号耐高温铠装松套光纤3、耐高温耐腐蚀紧套光纤4的外径，耐高温铠装松套光纤与耐高温耐腐蚀紧套光纤4中涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺，高强度高弹性耐高温外护材料层1为圆角矩形结构，其四角均为圆角。

由上可见，本设计不仅最终获得的压力值的精确度较高、弹性强、安全度高，而且耐高温耐腐蚀性较强、规格性统一、便于制造与施工。 

Claims (6)

1.用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，包括高强度高弹性耐高温外护材料层（1）、一号耐高温铠装松套光纤（2）与耐高温耐腐蚀紧套光纤（4），所述一号耐高温铠装松套光纤（2）、耐高温耐腐蚀紧套光纤（4）在高强度高弹性耐高温外护材料层（1）的内部沿同一水平线横向布置，其特征在于：

所述传感光缆还包括二号耐高温铠装松套光纤（3）以及结构一致的一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6），且一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）的外径大于一号耐高温铠装松套光纤（2）、二号耐高温铠装松套光纤（3）、耐高温耐腐蚀紧套光纤（4）的外径；

所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）、一号耐高温铠装松套光纤（2）、二号耐高温铠装松套光纤（3）与耐高温耐腐蚀紧套光纤（4）沿同一水平线横向布置，耐高温耐腐蚀紧套光纤（4）的两侧分别布置有一号耐高温铠装松套光纤（2）与二号耐高温铠装松套光纤（3），一号耐高温铠装松套光纤（2）、二号耐高温铠装松套光纤（3）的另一侧分别布置有一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）与二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）；

所述一号耐高温铠装松套光纤（2）包括金属铠装管（7）及其内部设置的至少一根耐高温单模光纤（8），二号耐高温铠装松套光纤（3）包括金属铠装管（7）及其内部设置的至少一根耐高温多模光纤（9），耐高温耐腐蚀紧套光纤（4）包括一根耐高温单模光纤（8）及其外部包覆的耐高温紧包塑料材料层（10）。

2.根据权利要求1所述的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，其特征在于：所述耐高温单模光纤（8）、耐高温多模光纤（9）均包括纤芯及其外部涂覆的涂覆层，纤芯的制造材料为纯石英，涂覆层的制造材料为聚丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺。

3.根据权利要求1或2所述的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，其特征在于：所述高强度高弹性耐高温外护材料层（1）为圆角矩形结构，其四角均为圆角；所述高强度高弹性耐高温外护材料层（1）的制造材料为热塑性聚氨脂、聚氟乙烯或可溶性聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1或2所述的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，其特征在于：所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）为实心结构，其制造材料为纤维增强复合塑料或聚氟乙烯。

5.根据权利要求1或2所述的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，其特征在于：所述金属铠装管（7）的外径与耐高温紧包塑料材料层（10）的外径一致，且比一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）的外径至少小1毫米。

6.根据权利要求5所述的用于油井内油管外耐高温耐高压的测井用分布式传感光缆，其特征在于：所述高强度高弹性耐高温外护材料层（1）的外形尺寸为长14毫米、宽5毫米，所述一号非金属高强度耐高温弹性加强芯（5）、二号非金属高强度耐高温弹性加强芯（6）的外径大于3毫米，所述金属铠装管（7）的外径大于2毫米，所述耐高温紧包塑料材料层（10）的外径大于2毫米，所述耐高温单模光纤（8）、耐高温多模光纤（9）的外径为0.9毫米。