[发明专利]一种基于光纤光栅传感的井筒弯曲和倾斜变形测量方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅传感的井筒弯曲和倾斜变形测量方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一、安装所需测量系统

所述的测量系统包括数据处理装置、光纤光栅应变传感器和传输光缆，在待安置光纤光栅应变传感器和传输光缆的井壁位置开槽，将串有若干个光纤光栅应变传感器的传输光缆嵌入槽中，采用密封材料对其进行密封，并修复井壁；

步骤二、在上井口处安装数据处理装置，所述的数据处理装置与所述的传输光缆连接；

步骤三、按光纤光栅应变传感器个数并以两个相邻的光纤光栅应变传感器连线的中点作为分界点来确定测区数和测区长度，每个测区包括一个光纤光栅应变传感器，在首测区和末测区中，以对应测区内的光纤光栅应变传感器向外延伸一半测区长度，将首测区和末测区分别补充为完整的测区；通过数据处理装置收集测量数据，所述的数据处理装置收集到测量应变信息后，先将一段范围的应变信息转化为该范围的长度变化，再连同井筒参数带入步骤四公式进行计算；

步骤四、井筒变形前有式(1)内参数关系：

式(1)中：D——井筒内部直径，m；

a——每个测区长度，即：测区所在井段上下两端中心连线长度，m；

L_i——第i个测区长度，i为1到n的数，m；

b——测区所在井段下端中心与测区上分界点连线长度，m；

c——井筒内部半径，m；

α——测区所在井段下端中心与测区上分界点连线与该井段上下端中点连线的夹角，°；

井筒变形后，有式(2)参数关系：

式(2)中：ε_i——第i个测区应变值；

L_i'——变形后第i个测区长度，m；

β_i'——测区上下分界点与测区所在井段下端中心所构成的三角形中，上下分界点连线的对角，°；

γ_i——第i个测区中心线倾斜值，°，γ₁＝0°；

H_i'——变形后各测区中心线垂直高度，m；

M_i'——变形后各测区顶部中心水平移动值，mm；

按照式(3)计算ΔH、ΔM、tanγ_总：

式(3)中：ΔH——上井口中心沉降值，mm；

ΔM——上井口中心水平移动值，mm；

tanγ_总——上井口中心相对下井口中心的倾斜度，‰；

步骤五、结合步骤四计算所得数据进行井筒弯曲和倾斜分析，当井筒的整体倾斜tanγ_总超过1‰时，则可判定井筒发生的弯曲和倾斜变形影响到井筒安全运行；

所述的测量方法适用于井筒从未发生变形到变形阶段，且井筒发生的变形同时满足下列三个条件：

a、测区端点所在位置井筒内径不变；

b、测区端点所在井筒截面中心距离不变；

c、最下部测区处于不变形井段。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感的井筒弯曲和倾斜变形测量方法，其特征在于：在测量设备安装过程阶段，若干个光纤光栅应变传感器连成的直线平行于井筒的轴线，并固定在井壁的内壁中，在测量阶段，每个光纤光栅应变传感器将得到的周围岩体应变特征转化为光信号，所述的光信号通过传输光缆传输至数据处理装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感的井筒弯曲和倾斜变形测量方法，其特征在于：所述的数据处理装置包括宽带光源、光纤光栅调制解调器和数据分析器。