RU2271446C1 - Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта - Google Patents
Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271446C1 RU2271446C1 RU2004122690/28A RU2004122690A RU2271446C1 RU 2271446 C1 RU2271446 C1 RU 2271446C1 RU 2004122690/28 A RU2004122690/28 A RU 2004122690/28A RU 2004122690 A RU2004122690 A RU 2004122690A RU 2271446 C1 RU2271446 C1 RU 2271446C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fiber
- laser
- analog
- radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Устройство содержит лазер, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент, узел спектрального уплотнения, фильтр, оптический вентиль, оптический модулятор и выходной направленный оптический ответвитель. Лазер соединен с узлом спектрального уплотнения. Выходной направленный оптический ответвитель соединен с узлом ввода оптического излучения в чувствительный элемент. Оптический вентиль и выходной направленный волоконно-оптический ответвитель соединены совместно с оптическим модулятором в кольцо и образуют узкополосный непрерывный лазер. Непрерывный лазер соединен с узлом спектрального уплотнения. Выходной направленный оптический волоконно-оптический ответвитель соединен с узлом ввода оптического излучения в чувствительный элемент. Фотоприемник соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и с узлом ввода оптического излучения. АЦП соединен последовательно с буферной памятью, введенной в узел обработки сигнала и соединенной с процессором. Таймер соединен с оптическим модулятором, АЦП и буферной памятью. Технический результат - повышение чувствительности и быстродействия, увеличение рабочей длины датчика и пространственного разрешения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в эксплуатационных (добывающих и нагнетательных) скважинах, при транспортировке продукции скважин на пункты сбора и далее.
Движение продукции скважины по лифтовой колонне, трубопроводу, равно как и нагнетание жидкости в скважину, которые можно рассматривать как протяженные объекты (продольный размер скважины, трубы, трубопровода многократно превышает поперечный размер), сопровождается виброакустическими колебаниями, которые распространяются как в самом потоке, так и в лифтовой колонне, трубопроводе, окружающем пространстве.
В зависимости от характера режима движения потока жидкости, ее параметров, конструктивных особенностей протяженного объекта (лифтовая колонна, кольцевое пространство скважины, трубопровод и т.д.) виброакустические колебания могут иметь те или иные значения, в т.ч. и на различных участках этого объекта, формируя по сути виброакустическую характеристику протяженного объекта.
При нарушении целостности оболочки протяженного объекта, например течи в резьбовом соединении, порыве трубы, образуются т.н. "свищи", которые не регистрируются на дневной поверхности контрольно-измерительной аппаратурой ввиду существенно небольшого расхода этих утечек по сравнению с расходом проходящего по лифтовой колонне или трубопроводу потока.
Известно устройство для обнаружения утечек в протяженном объекте, содержащее источник - импульсный генератор, связанный с датчиком в виде коаксиального кабеля, расположенного продольно снаружи протяженного объекта. Датчик соединен с узлом приема сигнала (авт.свид. №612102).
Недостатком известного устройства является сложность измерительного комплекта и отсутствие возможности использования его в скважинах.
Известна диагностическая система, предназначенная для отслеживания изменения статических деформаций и измерения динамических деформаций. Система включает перестраиваемый узкопосный источник светового излучения, светопроводящее волокно, отражательные датчики, например, типа решеток Брегга, расположенные по длине волокна, и контур обработки сигнала. Система может применяться также по схеме Фабри-Перо (патент РФ №2141102).
Система обеспечивает высокую чувствительность к деформациям, но является очень сложной и не может быть использована в скважинах.
Известно наиболее близкое по технической сути устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, содержащее узкополосный импульсный источник оптического излучения в виде полупроводникового лазера и оптического модулятора, чувствительный элемент в виде оптического волокна, расположенного продольно внутри или снаружи протяженного объекта, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник и узел обработки сигнала с процессором (пат. США №5194847).
Недостатком известного устройства является низкая мощность источника изучения (типично 1 мВт), следовательно, малое отношение сигнал /шум, что приводит к необходимости длительного накопления сигнала и невозможности регистрации малых значений виброакустических колебаний. По этой же причине невозможно использовать протяженные (километры, десятки километров) датчики. Устройство не предназначено для использования в скважинах.
Целью изобретения является повышение чувствительности и быстродействия устройства, увеличение рабочей длины датчика и пространственного разрешения.
Указанная цель достигается тем, что устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, содержащее непрерывный лазер, оптический модулятор, чувствительный элемент в виде оптического волокна, расположенного продольно внутри или снаружи протяженного объекта, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник и узел обработки сигнала с процессором, согласно изобретению снабжено таймером, последовательно соединенными между собой аналого-цифровым преобразователем и введенной в узел обработки сигнала буферной памятью, при этом дополнительно содержит активное оптическое волокно, узел спектрального уплотнения, фильтр на основе брегговской волоконной решетки, оптический вентиль и выходной направленный оптический ответвитель, соединенные совместно с оптическим модулятором в кольцо и образующие узкополосный кольцевой волоконный лазер, причем лазер соединен с узлом спектрального уплотнения, выходной направленный волоконно-оптический ответвитель с узлом ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник с аналого-цифровым преобразователем и с узлом ввода излучения в чувствительный элемент, буферная память - с процессором, а таймер - с оптическим модулятором, аналого-цифровым преобразователем и буферной памятью.
В конкретных воплощениях устройства узел ввода излучения в чувствительный элемент может быть выполнен в виде волоконного циркулятора или направленного волоконно-оптического ответвителя. Процессор может иметь индикатор. Оптический модулятор может быть выполнен амплитудным (электрооптическим) или фазовым.
Использование в устройстве воконного направленного ответвителя вместо волоконного циркулятора, соединенного с остальными элементами таким же образом, отличается по своей работе только дополнительными потерями, которые теоретически могут составлять 6 дБ, что снижает энергетический потенциал устройства и уменьшает возможную максимальную длину чувствительного элемента.
На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.
Устройство включает непрерывный лазер в качестве источника накачки 1, узел спектрального уплотнения 2, активное оптическое волокно 3, например легированное ионами эрбия, вентиль (оптический) 4, оптический модулятор (с электрическим управлением) 5, отражательную брегговскую волоконную решетку 7, выходной направленный волоконно-оптический ответвитель 6, узел ввода излучения (например, волоконно-оптический циркулятор) 8 в чувствительный элемент (оптическое волокно) 9, фотоприемник 10. Элементы 2-6 соединены в кольцо и образуют кольцевой волоконный лазер. Отражательная брегговская волоконная решетка 7 соединена с четвертым входом выходного ответвителя и обеспечивает получение узкополосного оптического излучения. Элементы 2-7, 9, 10 образуют резонатор лазера. Фотоприемник 10 соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 11 и с узлом ввода излучения 8 в чувствительный элемент 9. Буферная память12 введена в узел обработки сигнала и связана с его процессором 13. В устройстве содержится таймер 14, соединенный с оптическим модулятором 5, АЦП 11 и с буферной памятью 12. Лазер накачки 1 может быть полупроводниковым с волоконно-оптическим выходом. Оптический модулятор 5 может быть амплитудным или фазовым. Процессор 13 в конкретном случае имеет индикатор.
Устройство работает следующим образом.
После расположения чувствительного элемента (оптического волокна), представляющего собой по сути оптоволоконный кабель, например, внутри или снаружи лифтовой колонны труб в скважине или вдоль трубопровода известным образом, включают устройство в работу. От лазера накачки 1 в непрерывном режиме излучение поступает для накачки активного оптического волокна 3. Длина волны излучения для накачки ионов эрбия, в частности, может составлять 980 нм. Излучение накачки с помощью узла спектрального уплотнения вводится без существенных потерь в активное оптическое волокно 3. Селекция продольных мод резонатора осуществляется за счет организации однонаправленного режима распространения волн в кольцевом резонаторе применением вентиля (оптического) 4, а также за счет облучения спектра отражательной брегговской решеткой 7.
Функция оптического модулятора 5 заключается в модуляции добротности резонатора. Электрические сигналы управления добротностью поступают с таймера 14. Этот таймер задает необходимую частоту генерации импульсов и синхронизирует всю электрическую схему. Таким образом, пиковая мощность узкополосного импульсного источника оптического излучения существенно превосходит мощность лазера накачки. Это излучение поступает в узел ввода оптического излучения (волоконно-оптический циркулятор) 8, откуда направляется в чувствительный элемент 9. В оптическом волокне излучение претерпевает рассеяние, причем основной компонентой рассеяния является несмещенная по частоте (релевская) компонента. При импульсном возбуждении сигнал обратного рассеяния (рефлектограмма) имеет вид, близкий к экспоненте. Однако благодаря высокой когерентности исходного излучения эта рефлектограмма оказывается изрезанной случайным образом благодаря случайной фазе интерферирующего рассеянного излучения. Если чувствительный элемент не подвергается каким-либо воздействиям, выходящим за рамки нормального (установившегося) технологического процесса, например движения потока в протяженном объекте (например, в лифтовой колонне), то этот случайный сигнал остается довольно стабильным во времени. Напротив, если на каком-либо участке протяженного объекта осуществляется воздействие (например, механическое, термическое или акустическое), приводящее к изменению нормального (установившегося) технологического процесса режима движения потока, например порыв трубы, то меняется виброакустическая характеристика протяженного объекта в этом месте, сигнал локально изменяется, при этом координата этого места однозначно определяется временной задержкой от стартового лазерного импульса.
Таким образом, из анализа временных изменений рефлектограммы делаются выводы о наличии и интенсивности того или иного возмущения, воздействия и его координате (местоположении). Фотоприемник 10 служит для получения рефлектограммы в виде электрического сигнала, который затем оцифровывается АЦП 11, откуда поступает в буферную память 12 и процессор 13, который должен анализировать сигнал и иметь средства индикации или передачи информации в систему более высокого уровня. Таймер 14 определяет частоту следования импульсов лазера, управляя оптическим модулятором 5, а также задавая тактовые импульсы АЦП 11 и буферной памяти 12.
Использование изобретения позволяет оперативно выявлять нарушения целостности оболочки протяженного объекта, либо фиксировать какие-либо воздействия изнутри или извне на протяженный объект. При этом устройство позволяет определить координаты места дефекта или точки воздействия на объект.
Claims (4)
1. Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, содержащее непрерывный лазер, оптический модулятор, чувствительный элемент в виде оптического волокна, расположенного продольно внутри или снаружи протяженного объекта, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник, и узел обработки сигнала с процессором, отличающееся тем, что оно снабжено таймером, последовательно соединенными между собой аналого-цифровым преобразователем и введенной в узел обработки сигнала буферной памятью, при этом дополнительно содержит активное оптическое волокно, узел спектрального уплотнения, фильтр на основе брегговской волоконной решетки, оптический вентиль и выходной направленный оптический ответвитель, соединенные совместно с оптическим модулятором в кольцо и образующие узкополосный волоконный кольцевой лазер, причем непрерывный лазер соединен с узлом спектрального уплотнения, выходной направленный оптический ответвитель - с узлом ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник - с аналого-цифровым преобразователем и с узлом ввода излучения в чувствительный элемент, буферная память - с процессором, а таймер - с оптическим модулятором, аналого-цифровым преобразователем и буферной памятью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел ввода излучения в чувствительный элемент выполнен в виде волоконного циркулятора.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел ввода излучения в чувствительный элемент выполнен в виде волоконного направленного ответвителя.
4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что процессор имеет индикатор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004122690/28A RU2271446C1 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004122690/28A RU2271446C1 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2271446C1 true RU2271446C1 (ru) | 2006-03-10 |
Family
ID=36116170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004122690/28A RU2271446C1 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2271446C1 (ru) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463590C1 (ru) * | 2011-05-30 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия" | Способ обнаружения изменений параметров среды в окружении заглубленного магистрального продуктопровода |
RU2511228C2 (ru) * | 2008-08-21 | 2014-04-10 | Оптасенс Холдингз Лимитед | Мониторинг канала |
RU2516346C1 (ru) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
RU2523043C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального продуктопровода |
RU2550768C1 (ru) * | 2013-10-23 | 2015-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
RU2568416C1 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ контроля поля вибраций и устройство для его осуществления |
RU2568417C1 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ контроля поля вибраций и устройство для его осуществления |
RU2568652C2 (ru) * | 2009-05-27 | 2015-11-20 | Оптасенс Холдингз Лимитед | Мониторинг скважины с помощью средства распределенного измерения |
RU2576730C2 (ru) * | 2013-07-26 | 2016-03-10 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ обнаружения несанкционированных работ по доступу к подземным трубопроводам |
RU2637722C1 (ru) * | 2016-07-05 | 2017-12-06 | Акционерное общество "Омега" | Волоконно-оптическое устройство мониторинга трубопроводов |
RU2650799C2 (ru) * | 2016-04-04 | 2018-04-17 | Олег Викторович Горбачев | Оптоволоконный акустико-эмиссионный способ определения пластических деформаций больших инженерных сооружений |
RU2676386C1 (ru) * | 2018-01-23 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод |
RU2695058C1 (ru) * | 2018-12-19 | 2019-07-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Многоканальное волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий с одним приёмным модулем регистрации |
RU2818663C1 (ru) * | 2024-01-23 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Магнито-оптическое устройство контроля безопасности эксплуатации буровых установок |
-
2004
- 2004-07-27 RU RU2004122690/28A patent/RU2271446C1/ru active
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2511228C2 (ru) * | 2008-08-21 | 2014-04-10 | Оптасенс Холдингз Лимитед | Мониторинг канала |
RU2693087C2 (ru) * | 2009-05-27 | 2019-07-01 | Оптасенс Холдингз Лимитед | Мониторинг скважины |
RU2568652C2 (ru) * | 2009-05-27 | 2015-11-20 | Оптасенс Холдингз Лимитед | Мониторинг скважины с помощью средства распределенного измерения |
RU2463590C1 (ru) * | 2011-05-30 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия" | Способ обнаружения изменений параметров среды в окружении заглубленного магистрального продуктопровода |
RU2516346C1 (ru) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
RU2523043C1 (ru) * | 2013-04-05 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" | Способ обнаружения предвестников чрезвычайных ситуаций на линейной части подземного магистрального продуктопровода |
RU2576730C2 (ru) * | 2013-07-26 | 2016-03-10 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ обнаружения несанкционированных работ по доступу к подземным трубопроводам |
RU2550768C1 (ru) * | 2013-10-23 | 2015-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта |
RU2568417C1 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ контроля поля вибраций и устройство для его осуществления |
RU2568416C1 (ru) * | 2014-07-31 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ контроля поля вибраций и устройство для его осуществления |
RU2650799C2 (ru) * | 2016-04-04 | 2018-04-17 | Олег Викторович Горбачев | Оптоволоконный акустико-эмиссионный способ определения пластических деформаций больших инженерных сооружений |
RU2637722C1 (ru) * | 2016-07-05 | 2017-12-06 | Акционерное общество "Омега" | Волоконно-оптическое устройство мониторинга трубопроводов |
RU2676386C1 (ru) * | 2018-01-23 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод |
RU2695058C1 (ru) * | 2018-12-19 | 2019-07-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Многоканальное волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий с одним приёмным модулем регистрации |
RU2818663C1 (ru) * | 2024-01-23 | 2024-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Магнито-оптическое устройство контроля безопасности эксплуатации буровых установок |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2017230721B2 (en) | Measuring downhole temperature by combining DAS/DTS data | |
US5499313A (en) | Distributed and spatially averaged fiber optic temperature sensors and method using same | |
RU2562927C2 (ru) | Способ и устройство бриллюэновского оптоэлектронного измерения | |
US5963680A (en) | Fiber optic refrigerator | |
US5928222A (en) | Fiber optic sensing techniques in laser medicine | |
CN108120525B (zh) | 光纤光栅温度/应变传感***及其解调方法 | |
US7859654B2 (en) | Frequency-scanned optical time domain reflectometry | |
US20170176221A1 (en) | Non-linear interactions with backscattered light | |
RU2271446C1 (ru) | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта | |
CA2946279C (en) | Distributed acoustic sensing using low pulse repetition rates | |
US9410903B2 (en) | Incoherent reflectometry utilizing chaotic excitation of light sources | |
EA039291B1 (ru) | Специально разработанное распределенное усиление для измерений с помощью волоконных линий | |
US9989425B2 (en) | Attenuation correction for distrbuted temperature sensors using antistokes to rayleigh ratio | |
EA032547B1 (ru) | Оптоволоконная система для измерения вибраций в многофазных потоках и соответствующий способ контроля многофазных потоков | |
CA2941246C (en) | Distributed temperature sensor enhancement by stimulated raman suppression | |
US11920963B2 (en) | Method and system for optical fiber sensing | |
Handerek et al. | Improved optical power budget in distributed acoustic sensing using enhanced scattering optical fibre | |
RU2287131C1 (ru) | Способ мониторинга состояния протяженных объектов, преимущественно продуктопроводов, и устройство для его осуществления | |
CN107764461B (zh) | 基于布里渊动态光栅的分布式液压传感器*** | |
Wu et al. | Formation of fiber tapers by chemical etching for application in chaotic correlation fiber loop ring down sensing | |
RU140707U1 (ru) | Волоконно-оптический бриллюэновский анализатор | |
RU2566603C1 (ru) | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий | |
Karamehmedovic | Incoherent optical frequency domain reflectometry for distributed thermal sensing | |
GB2547520A (en) | Non-linear interactions with backscattered light | |
RU2221225C1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20100406 |
|
RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20171204 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180119 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20100406 Effective date: 20180525 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180530 Effective date: 20180530 |