CN211038625U - 一种地热井全井段温度测量及实时观测装置 - Google Patents

Abstract

一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，包括地面信号发射与接收单元、井下测温光缆、后台主机、地热井套管，所述地面信号发射与接收单元包括激光脉冲信号发射装置和光信号接收装置，所述脉冲信号发射装置通过井下测温光缆与光信号接收装置连接，井下测温光缆设置在地热井套管外侧，后台主机通过通讯网端连接地面信号发射与接收单元。本实用新型具有设计合理，结构简单，适应性强的特点，可以耐高温高压、抗电磁干扰和不受复杂几何空间等恶劣环境的限制，为无干扰型地热资源开发模式地温场的变化情况提供可靠的研究数据，为该模式的长久稳定运行提供研究基础。

Description

一种地热井全井段温度测量及实时观测装置

技术领域

本实用新型涉及温度测量技术，尤其涉及一种用于地热井全井段温度测量及实时观测装置。

背景技术

地热能是一种绿色、洁净、可再生的清洁能源、具有分布广、储量大等优点。根据其埋藏深度与温度范围可分为浅层地热能与中深层爹能，浅层地热能是指蕴藏在地表以下一般小于200米的深度范围内岩土体、地下水和地表水中的热能，是由地球内部能量传导和太阳辐射共同作用而产生，但主要受太阳辐射影响，且温度随季节变化很小，温度多年几乎无变化，一般低于25℃，为低品质热能，浅层地热能一般是通过热泵技术进行开采利用，地源热泵利用浅层地热能作为冷热源进行热量提取与释放。中深层地热能除了传统的抽采回灌型开发方式外，近年来也兴起一种新型的无干扰地热开发模式：就是取热不取水，通过钻井向地下深部热储层钻孔，然后在孔中放置换热器，通过介质在换热器内循环吸热，经过介质在同心管换热器中的循环，将地层的热量导出，带上地面利用。该模式可以避免地热尾水回灌难、地下水串层污染等问题越来越受到人们的关注。

为掌握无干扰地热开发模式的长期运行情况，监测地热井在运行过程中地温场的温度变化，保证长久开发效果与稳定运行，必须进行地层温度监测工作。当前地热井的测温主要包括测井测温与分散点式测温；前者是通过测井的方式进行温度测量，用电缆将温度仪下入井内，测量记录某一深度对应的井温，测完后将温度仪提升地面回收，该方法所测得的温度仅仅测量工作当下的温度，是一个瞬时温度，不能反应地层温度长期的变化，分散点式是在地热井中布置若干温度传感器，得到相关温度数据；在井深一定的情况下，如果布置传感器间距过大，那么测量结果会比较粗略；如果布置传感器较多的传感器则会加大施工难度，并且测量工作的成本会增加。

发明内容

针对上述背景技术的阐述，本实用新型提供一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，在地热井测温监测中使用，可解决“瞬态”温度测量问题，实现地温场长期监测；解决温度测量精度问题，实现全井段实时远程监测。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，包括地面信号发射与接收单元、井下测温光缆、后台主机、地热井套管，所述地面信号发射与接收单元包括激光脉冲信号发射装置和光信号接收装置，所述脉冲信号发射装置通过井下测温光缆与光信号接收装置连接，井下测温光缆设置在地热井套管外侧，后台主机通过通讯网端连接地面信号发射与接收单元。

上述技术方案中，所述井下测温光缆内芯为光纤，光纤外侧为护套，所述护套由两层无缝钢管中间填充聚四氟乙烯组成，在光纤与护套中间，填充凯夫拉纤维。

上述技术方案中，还包括卡子，所述卡子由连接转轴、卡体和旋钮卡销组成，卡体为两个半圆形环体，半圆形环体一端通过连接转轴连接，另外一端通过旋钮卡销固定，所述卡子将井下测温光缆固定在地热井套管上。

本实用新型通过激光脉冲信号发射装置向井下测温光缆中发射特定波长和宽度的激光脉冲，在井下测温光缆中激光发生发生后向拉曼散射，生成斯托克斯光和反斯托克斯光两束不同波长的光，沿井下测温光缆原路返回到光信号接收装置，利用拉曼散射的强度与光缆的绝对温度有关的特性，经过一系列处理后，计算出沿着井下测温光缆的温度分布，将数据远程传输到后台主机***，经过专业软件解析，将整根井下测温光缆上的温度分布实时显示出来，实现对地热井全井段温度的实时观测，解决普通分散点式测温法简单粗放的问题，此外通过无线传输***进行信号传送，将数据传送至科研人员的办公室进行相关数据的解析，减少了科研人员去往现场的次数，提高了科研人员的工作效率，特别是在一些野外的地热井更具有推广性，本实用新型具有设计合理，结构简单，适应性强的特点，可以耐高温高压、抗电磁干扰和不受复杂几何空间等恶劣环境的限制，为无干扰型地热资源开发模式地温场的变化情况提供可靠的研究数据，为该模式的长久稳定运行提供研究基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是用于地热井全井段温度测量***示意图。

图2是井下测温光缆横截面结构示意图。

图3是用于固定井下测温光缆的卡子。

其中：1地面信号发射与接收单元，12脉冲信号发射装置，13 光信号接收装置，2井下测温光缆，21光纤，22无缝钢管，23聚四氟乙烯纤维，24凯夫拉纤维，3后台主机，4固井水泥，5地热井套管，6卡子，61转轴，62卡体，63旋钮卡销，7通讯网端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利的附图，对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护的范围。

根据图1所示，作为实施例所示的一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，分为地面和井下两部分。

根据图3所示，井下部分包括井下测温光缆、地热井套管和卡子，卡子由连接转轴、卡体和旋钮卡销组成，卡体为两个半圆形环体，半圆形环体一端通过连接转轴连接，另外一端通过旋钮卡销固定，卡体固定在地热井套管上，通过旋钮卡销固定锁定。安装时，井下测温光缆通过若干个卡子固定在地热井套管上，与地热井套管一同置入地热井中，地热井套管通过固井水泥固定在地热井的井壁上。

地面部分包括地面信号发射与接收单元和后台主机，地面信号发射与接收单元包括激光脉冲信号发射装置和光信号接收装置，脉冲信号发射装置通过井下测温光缆与光信号接收装置连接，脉冲信号发射装置发射特定频率与波长的激光脉冲进入井下测温光缆，在井下测温光缆中激光发生后向散射，生成斯托克斯光和反斯托克斯光两束不同波长的光，沿井下测温光缆原路返回到光信号接收装置，在信号接收装置中进行信号光电转换，将带有温度信息的光信号转化为可传输的电压信号，电压信号通过通讯网端的远程无线传输到后台主机，后台主机装有专业解析软件，进行降噪、累加、平均、解调等处理程序后在软件中计算转换为温度信号并显示与储存，因本专利技术方案仅涉及结构部分，故对于解析软件不再赘述，且该软件对于普通的编程人员，根据技术需求很容易实现。

经测试验证，在激光脉冲进入井下测温光缆后发生多种散射，如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼散射等，其中向后散射的拉曼散斯托克斯光与反斯托克斯光对温度具有敏感性，因此根据此特性可以得到井下测温光缆到相应的温度分布。

根据图2所示，井下测温光缆内芯为光纤，光纤外侧为保护光纤的护套，护套由两层无缝钢管中间填充聚四氟乙烯组成，可以密闭保护光纤，在光纤与护套中间，填充的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，俗称凯夫拉纤维，具有隔热的效果，井下测温光缆护套的无缝钢管可以耐高压、抗电磁干扰，因此井下测温光缆具有耐高温高压、抗电磁干扰和不受复杂几何空间等恶劣环境的限制等特点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，其特征在于：包括地面信号发射与接收单元、井下测温光缆、后台主机、地热井套管，所述地面信号发射与接收单元包括激光脉冲信号发射装置和光信号接收装置，所述脉冲信号发射装置通过井下测温光缆与光信号接收装置连接，井下测温光缆设置在地热井套管外侧，后台主机通过通讯网端连接地面信号发射与接收单元。

2.根据权利要求1所述的一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，其特征在于：所述井下测温光缆内芯为光纤，光纤外侧为护套，所述护套由两层无缝钢管中间填充聚四氟乙烯组成，在光纤与护套中间，填充凯夫拉纤维。

3.根据权利要求2所述的一种地热井全井段温度测量及实时观测装置，其特征在于：还包括卡子，所述卡子由连接转轴、卡体和旋钮卡销组成，卡体为两个半圆形环体，半圆形环体一端通过连接转轴连接，另外一端通过旋钮卡销固定，所述卡子将井下测温光缆固定在地热井套管上。

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