[发明专利]高灵敏度偏振无关的边孔光纤光栅温度压力传感检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅温度压力传感检测装置。特别是涉及一种可靠、稳定、具有高精度和长寿命，并可用在大压力范围的温度压力检测，适用于高温高压的采油井的温度压力在线检测的高灵敏度偏振无关的边孔光纤光栅温度压力传感检测系统。

背景技术

光栅传感器是近几年正在研发的新型传感器，光纤光栅传感器可集信息的传感与传输于一体，与传统的传感器相比它具有很多优势：如防爆，抗电磁干扰，抗腐蚀，抗震动，耐高温，体积小，重量轻，灵活方便。特别能在恶劣环境下使用。在油田的开发和生产中，人们需要知道在有关地层中，流体(油，气和水)的分布和流动参数(温度，压力，流量等)，以便进行控制从而获得最佳的运行状态。为获得这些参数，需要在多个产油井，注水井和测量井中设置相应的传感器，对地层中(往往涉及多个地层)的油气水流动参数进行连续监控。其测量的准确性和可靠性是非常重要的。

由于油井内测量条件恶劣：温度高，压力大，有腐蚀性物质和电磁干扰等。在这里，因为电子类传感器固有的弱点(体积、重量大，易受电磁干扰，可靠性、安全性隐患多，运行维护费用高，寿命短)，因而这类传感器难以使用。相反，光纤光栅传感器由于其体积小、重量轻、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高温和高压，在油气环境中不会引燃引爆，是一种“本质安全”的传感器，从而，它是一种对油井，地热井中的温度、压力进行测量的理想传感器。

为了更好地对地层的储油层和油层开发的动态进行评价，确定油田开发部署，给工程地质科技人员为精细描述油藏动态提供科学依据，油藏的实时在线监测显得尤其重要。由于技术条件的限制，在过去长期使用的检测方法是进行抽油机起泵测压，既影响生产，又增加成本。环空测试由于外界影响的因素太多，成功率很低，对水平井，稠油井的测试方法不太成熟，油井和水井的分层压力动态无法长期在线检测，油井地层的资料的准确获得成为油田监测工作的一大难题。

采油井的压力变化从一个大气压到数百个大气压，温度高达400度，采用一般的光纤光栅传感器封装工艺十分困难，长期可靠性无法保证，普通的布拉格光纤光栅传感器温度和压力的变化是交错在一起，无法绝对分开，因此对于高精度测量压力困难大。

目前有同时测量温度和压力的光纤光栅传感器，应用的压力范围都小。如：

中国专利CN02156479.公开了一种把一根光纤光栅分成两段，用两种不同的化学聚合物分别对光纤光栅进行封装，在这种封装下的光纤光栅将出现两个不同波长的反射峰，它可以同时测量温度和压力。由于这种封装是化学聚合物，无法承受数百个大气压；虽然它有两个反射峰，但每一个反射峰都是温度和压力的函数，精度、可靠性和寿命都得不到保证。

中国专利CN02148911.4用保偏光敏光纤制作双折射光纤光栅，其性能是用于通讯中的色散补偿。而且用保偏光敏光纤制作双折射光纤光栅传感器的对外界压力的灵敏度小于边孔光敏光纤。

中国专利CN02121327.5公开了一种可以同时测量温度压力的光纤光栅温度-压力传感器，它的基本原理是基于悬臂梁技术；光纤光栅粘接在悬臂梁上，悬臂梁受外力作用伸长或压缩，带动光纤光栅反射波长的变化，由于长期的机械运动，又要承受大范围的压力变化，目前封装工艺无法保证波长稳定不漂移，在低压范围内工作寿命也有限，这种机构不能应用于大的压力变化范围。用普通的布拉格边孔光纤光栅解决了温度和压力交叉敏感的问题，但是普通布拉格光纤光栅的3dB带宽一般为200pm左右，在两个偏振光的峰尖分离距离小于60pm时，两个偏振光的峰尖分离距离很难检测。

习知的技术存在的问题：一是普通光纤光栅传感器存在严重的温度和压力敏感交叉问题，光纤光栅的温度变化极大地影响压力测量的精度：二是使用普通光纤光栅温度压力传感器的封装方法无法保证测量的可靠性和寿命。三是利用悬臂梁等其他具有机械运动的方法不能长期承受大的压力变化。四是用普通布拉格边孔光纤光栅在小的压力下检测困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有可靠、稳定、高精度和长寿命，由可以在高温下，从低于一个大气压到几百个大气压下的压力变化范围内，准确地测量温度和压力的封装简单、无机械运动的长寿命光纤光栅温度、压力传感器，以及高精度边孔光纤光栅解调仪构成的，可用于高温高压采油井的温度压力在线检测的高灵敏度偏振无关的边孔光纤光栅温度压力传感检测系统。