摘 要：隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，而目前作為最成熟穩(wěn)定的光纖測溫技術(shù)基本已在電力安全領(lǐng)域開始應(yīng)用。光纖測溫作為一種新型無源測溫技術(shù)，與傳統(tǒng)的測溫技術(shù)相比，具有不可比擬的優(yōu)勢和特點(diǎn)。它不受外界磁場干擾、無電傳感、化學(xué)性能穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)、可用于對外界參量的絕對測量，這種特性在傳感器領(lǐng)域中引起了革命。開展的套管內(nèi)光纖連續(xù)測溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了利用光纖對井筒內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測，真實(shí)反映了井筒內(nèi)溫度分布情況，準(zhǔn)確的井溫資料為與溫度參數(shù)相關(guān)的分析研究提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分布式光纖；連續(xù)測溫；應(yīng)用

1 拉曼散射光纖測溫技術(shù)原理

1.1 光纖測溫的基本原理

當(dāng)光波傳輸通過光纖光柵時(shí)，滿足布喇格條件的光波將被反射回來，這樣入射光就分成透射光和反射光。光纖光柵的反射波長或透射波長取決于反向耦合模的有效折射率和光柵周期，任何使這兩個(gè)參量發(fā)生改變的物理過程都將引起光柵布喇格波長的漂移，測量此漂移量就可直接或間接地感知外界物理量的變化。

光纖的材料為石英，由芯層和包層組成。通過對芯層摻雜，使芯層折射率n1比包層折射率n2大，形成波導(dǎo)，光就可以在芯層中傳播。當(dāng)芯層折射率受到周期性調(diào)制后，即成為光柵。光柵會對入射的寬帶光進(jìn)行選擇性反射，反射一個(gè)中心波長與芯層折射率調(diào)制相位相匹配的窄帶光刺中心波長為布喇格波長。

1.2 分布式光纖測溫系統(tǒng)

分布式線型光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)測量空間溫度場的傳感系統(tǒng)，在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體也是傳感媒體。利用光纖的喇曼光譜效應(yīng)，光纖所處空間各點(diǎn)溫度場調(diào)制了光纖中傳輸?shù)墓廨d波，經(jīng)解調(diào)后實(shí)時(shí)地顯示光纖所在空間的溫度值（類似于光通信系統(tǒng)）；利用光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)，由光纖中的光傳播速度和背向光回波時(shí)間，能對所測各溫度點(diǎn)定位（類似于光雷達(dá)系統(tǒng)）。

2 光纖性能測試

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)選用的是多模石英系材質(zhì)拉曼光纖，取3根長度300mm的試樣，放在壓力裝置上進(jìn)行檢測，壓力達(dá)到某一值保持10min，試驗(yàn)后試樣的光纖及其它組件無結(jié)構(gòu)性破壞。

2.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

取3根長度300mm的試樣，放在拉力裝置上進(jìn)行檢測，拉力達(dá)到某一值保持10min，試驗(yàn)后試樣的光纖及其它組件無結(jié)構(gòu)性破壞，因此現(xiàn)場試驗(yàn)選用耐高溫型鎧裝光纜。

2.3 高低溫試驗(yàn)

把試樣放在智能溫控儀中，光纖按圖中溫度及時(shí)間進(jìn)行高低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)后試樣仍留在裝置中3小時(shí)，等到與室溫相同時(shí)，查看實(shí)驗(yàn)樣品，而表面沒有變形且整體結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞，因此，光纖的工作溫度能夠達(dá)到零下40度到零上120度之間，滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

在X油田A井下入拉曼光纖，該井日產(chǎn)液量18t/d，含水96.7%，泵深815.17米，光纖下入長度928.9米。

從不同日期測得的正常生產(chǎn)井溫來看，光纖測溫穩(wěn)定性比較好，井筒內(nèi)溫度在26-46.5℃。從同一日期不同時(shí)間測得的正常生產(chǎn)井溫來看，光纖測溫重復(fù)性比較好。

3.1 水泥車熱洗溫度監(jiān)測結(jié)果

11月13日進(jìn)行了水泥車熱洗溫度監(jiān)測。9時(shí)6分開始進(jìn)行熱水洗井，提高溫度，洗井溫度介質(zhì)平均溫度85度左右，熱水從套管慢慢流入油套環(huán)形空間，井口平均注入壓力3MPa。熱洗開始后，井筒內(nèi)溫度隨時(shí)間增加而上升。測得各階段溫度分布曲線如圖3所示。

3.2 高壓蒸汽熱洗溫度監(jiān)測效果

11月10日進(jìn)行了高壓蒸汽熱洗溫度監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。9時(shí)15分開始熱洗，高溫?zé)崴畯奶坠苈魅胗吞篆h(huán)形空間，熱水溫度維持90℃以上，用水24m3，隨熱洗時(shí)間的推移，井筒內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度開始上升，井筒內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度達(dá)到一定數(shù)值后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。測得各階段溫度分布曲線如圖4所示現(xiàn)場監(jiān)測得到了隨熱洗時(shí)間變化的溫度分布曲線，溫度測試精度達(dá)到±0.1℃，空間分辨率達(dá)到0.5m。

4 結(jié)束語

（1）分布式光纖連續(xù)測溫技術(shù)，相對于傳統(tǒng)監(jiān)測手段取得了重大技術(shù)突破。

（2）拉曼光纖測溫技術(shù)性能穩(wěn)定，可以連續(xù)監(jiān)測正常生產(chǎn)時(shí)井筒內(nèi)溫度分布情況，可在錄取測井資料的同時(shí)隨時(shí)了解井溫情況。

（3）能夠滿足不同方式熱洗過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測井筒溫度變化的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：丁玉柱，男，成人大學(xué)，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。