分布式光纤连续测温技术的研究与应用

摘 要：随着光纤技术的不断发展，光纤技术的应用领域也在不断扩大，而目前作为最成熟稳定的光纤测温技术基本已在电力安全领域开始应用。光纤测温作为一种新型无源测温技术，与传统的测温技术相比，具有不可比拟的优势和特点。它不受外界磁场干扰、无电传感、化学性能稳定、传输距离远、可用于对外界参量的绝对测量，这种特性在传感器领域中引起了革命。开展的套管内光纤连续测温技术，实现了利用光纤对井筒内温度的实时连续在线监测，真实反映了井筒内温度分布情况，准确的井温资料为与温度参数相关的分析研究提供了重要依据。

关键词：分布式光纤；连续测温；应用

1 拉曼散射光纤测温技术原理

1.1 光纤测温的基本原理

当光波传输通过光纤光栅时，满足布喇格条件的光波将被反射回来，这样入射光就分成透射光和反射光。光纤光栅的反射波长或透射波长取决于反向耦合模的有效折射率和光栅周期，任何使这两个参量发生改变的物理过程都将引起光栅布喇格波长的漂移，测量此漂移量就可直接或间接地感知外界物理量的变化。

光纤的材料为石英，由芯层和包层组成。通过对芯层掺杂，使芯层折射率n1比包层折射率n2大，形成波导，光就可以在芯层中传播。当芯层折射率受到周期性调制后，即成为光栅。光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光刺中心波长为布喇格波长。

1.2 分布式光纤测温系统

分布式线型光纤温度监测系统是一种用于实时测量空间温度场的传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的喇曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后实时地显示光纤所在空间的温度值（类似于光通信系统）；利用光时域反射（OTDR）技术，由光纤中的光传播速度和背向光回波时间，能对所测各温度点定位（类似于光雷达系统）。

2 光纤性能测试

2.1 抗压强度试验

试验选用的是多模石英系材质拉曼光纤，取3根长度300mm的试样，放在压力装置上进行检测，压力达到某一值保持10min，试验后试样的光纤及其它组件无结构性破坏。

2.2 抗拉强度试验

取3根長度300mm的试样，放在拉力装置上进行检测，拉力达到某一值保持10min，试验后试样的光纤及其它组件无结构性破坏，因此现场试验选用耐高温型铠装光缆。

2.3 高低温试验

把试样放在智能温控仪中，光纤按图中温度及时间进行高低温试验，试验后试样仍留在装置中3小时，等到与室温相同时，查看实验样品，而表面没有变形且整体结构没有遭到破坏，因此，光纤的工作温度能够达到零下40度到零上120度之间，满足实际应用要求。

3 现场试验

在X油田A井下入拉曼光纤，该井日产液量18t/d，含水96.7%，泵深815.17米，光纤下入长度928.9米。

从不同日期测得的正常生产井温来看，光纤测温稳定性比较好，井筒内温度在26-46.5℃。从同一日期不同时间测得的正常生产井温来看，光纤测温重复性比较好。

3.1 水泥车热洗温度监测结果

11月13日进行了水泥车热洗温度监测。9时6分开始进行热水洗井，提高温度，洗井温度介质平均温度85度左右，热水从套管慢慢流入油套环形空间，井口平均注入压力3MPa。热洗开始后，井筒内温度随时间增加而上升。测得各阶段温度分布曲线如图3所示。

3.2 高压蒸汽热洗温度监测效果

11月10日进行了高压蒸汽热洗温度监测实验。9时15分开始热洗，高温热水从套管慢慢流入油套环形空间，热水温度维持90℃以上，用水24m3，随热洗时间的推移，井筒内各节点温度开始上升，井筒内各节点温度达到一定数值后趋于平稳状态。测得各阶段温度分布曲线如图4所示现场监测得到了随热洗时间变化的温度分布曲线，温度测试精度达到±0.1℃，空间分辨率达到0.5m。

4 结束语

（1）分布式光纤连续测温技术，相对于传统监测手段取得了重大技术突破。

（2）拉曼光纤测温技术性能稳定，可以连续监测正常生产时井筒内温度分布情况，可在录取测井资料的同时随时了解井温情况。

（3）能够满足不同方式热洗过程中实时监测井筒温度变化的要求。

参考文献

[1]张万成.分布式光纤温度传感器的系统设计及关键技术[J].电子工艺技术，2008，7：231-234.

[2]姚善化.光纤拉曼散射效应在传感和通信技术中的应用[J].光电子技术与信息，2003，4：24-27.

作者简介：丁玉柱，男，成人大学，1997年毕业于大庆石油学院石油工程专业，现从事设备管理工作。