基于分布式光纤的油井温度场测量系统设计

2011-10-08 23:30:00来源: 互联网
0 引 言
    在石油的开采过程中,井下温度的测量是必不可少的测量参数,准确的井下温度测量对于地质资料解释和油井监测等都具有重要的作用。尤其在重质油热采工艺中,需要监测井下温度场变化情况。在传统的测量井温过程中,使用了红外测温仪、红外热成像仪、温度传感器阵列等,但由于井下恶劣环境将对测试仪器产生很大的影响,容易造成测试误差,且对于温度场的测量有很多不足。而现代的分布式光纤温度传感器具有测量点多,精度高,轻巧且能承受井下恶劣环境等优点,可以获取整个光纤分布区域的温度场信息。目前分布式光纤温度传感器已实现井下温度场等参数的测量,在重质油热采过程中温度场的测量具有广阔的应用前景。


1 分布式光纤温度传感器原理
1.1 分布式测量的原理
    分布式温度传感器借助光时域后向散射(ODTR)技术实现分布式测量。当光脉冲从O点注入光纤,并在光纤中传播时会产生散射。经过一段时间,后向散射光返回到O点。设光脉冲注入的时刻为时间原点那么光纤中散射点与O点距离L和该点散射光返回时间t的关系为:

   
式中:c为真空中的光速;n为光纤的折射率;t为信号从发射到接收所用的时间。
    由式(1)可知,不同时刻的回波对应于不同距离点产生的散射,根据测量不同时间的回波来实现测温点的定位。
1.2 分布式测温的原理
    温度的感知和度量基于光纤背向喇曼散射原理。当波长为λ0。的激光注入光纤时,它在光纤中向前传输的同时不断产生后向散射光,这些后向散射光中除了与入射光相同波长λ0。的中心谱线外,在其两侧,还存在着λ0一Δλ和λ0+Δλ的两条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线,低频一侧波长为λs=λ0+Δλ的谱线称为斯托克斯线(Stokes);高频一侧波长为λa=λ0-Δλ的谱线称为反斯托克斯线(Anti—Stokes)。由实验可以发现,反斯托克斯散射光对温度敏感,其强度受温度调制,而斯托克斯散射光基本上与温度无关。两者光强的比值只与散射光的温度有关,即:


式中:h为普朗克常数;c为真空中光速;k为波尔兹曼常数;T为绝对温度;Δγ为偏移波数。
    因此,以反斯托克斯光作为信号通道,斯托克斯光作为参考通道,检测两者光强的比值,就可以解调出散射区的温度信息。将后向拉曼散射信号的测量与OT-DR技术相结合,就可以实现基于后向拉曼散射的分布式光纤测温系统。
1.3 测温算法实现
    对于式(2),对其两边同时取对数函数,有:

   
    通过变换可以得到:

   
    在实际测试过程中,将光纤传感器放置于温度为T0恒温箱中进行标定,通过标定可以得知:

   
    由上面的式子可以得知,在进行标定后,通过测量光强的比值R(T)就可以推导出分布式光纤各点的温度值。

[1] [2]

关键字:布式光纤  温度场测量  喇曼散射  LabVIEW

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1008/article_3650.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
布式光纤
温度场测量
喇曼散射
LabVIEW

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved