[发明专利]一种井下光纤压力计及井下压力测量方法

摘要

一种井下光纤压力计及井下压力测量方法，涉及光纤压力计及井下压力测量方法。本发明是要解决现有压力监测仪表存在结构复杂、施工难度大、精度低、稳定性差、带电操作、受光源波动大、在高温高压高腐蚀环境下常规压力计无法使用的问题。一种井下光纤压力计，包括外壳、中心管、密封圈I、密封圈II、上接头、下接头、光栅I、光纤线圈、光栅II、铠装光缆和解调设备；井下压力测量方法流体通过中心管时会对中心管横切面方向产生压力的作用，在中心管环向就会产生应力，应力导致中心管在环向产生应变，光纤光栅Fabry‑Perot腔的反射光强也会随之产生改变，最后通过地面上的解调设备进行测量。本发明应用于石油测井领域。

主权项

一种井下压力测量方法，其特征在于井下压力测量方法按以下步骤实现：一、井下光纤压力计通过如下公式得到压力，其中环向应变与压力的关系为：其中，εθ为中心管(2)管道外壁沿管线环向应变，ν为泊松比，E为管材的弹性模量，K为外径跟内径的比值，p为管道承受的压力；所述井下光纤压力计包括：外壳(1)、中心管(2)、密封圈I(3‑1)、密封圈II(3‑2)、上接头(4)、下接头(5)、光栅I(6)、光纤线圈(7)、光栅II(8)、铠装光缆(9)和解调设备(10)；所述外壳(1)与中心管(2)同轴并通过螺纹连接包裹中心管(2)下部，所述中心管(2)下端固定有四个轴向密封圈I(3‑1)和密封圈II(3‑2)，所述中心管(2)上端固定有四个轴向密封圈I(3‑1)和密封圈II(3‑2)，所述中心管(2)顶端与带有管锥螺纹的上接头(4)通过螺纹连接，所述中心管(2)底端与带有管锥螺纹的下接头(5)通过螺纹连接，所述铠装光缆(9)穿过中心管(2)上端左侧的边孔，并在中心管(2)上端左侧的边孔处焊接固定，所述光栅I(6)、光纤线圈(7)、光栅II(8)通过铠装光缆(9)与外部解调设备(10)相连接，所述光栅II(8)的一端与铠装光缆(9)里的光纤相连，光栅II(8)的另一端与光纤线圈(7)的一端相连，所述光纤线圈(7)的另一端与光栅I(6)相连，所述光纤线圈(7)缠绕在中心管(2)中央位置；中心管横截面对应的周长为：l＝2·π·r                              公式2其中，r为中心管(2)管道外径，l为中心管(2)管道圆周周长；二、假定变形前后横截面保持不变，一匝光纤受到的应变为：L1＝l·εθ                              公式3N匝光纤受到的应变为：LN＝N·L1                             公式4其中，L1为光纤线圈中单匝光纤所受的应变，N为光纤线圈缠绕的匝数，LN为N匝光纤所受的总应变，亦即Fabry‑Perot腔腔长LF‑P的变化量；整理以上各式得到Fabry‑Perot腔腔长LF‑P与压力p之间的关系：三、解调设备(10)探测到的反射光光强为：Ir＝2Rg(1‑cosδ)I0                  公式6其中，Rg为光纤光栅的反射率，δ为相位差，I0为入射光光强，Ir为反射光光强，neff为光纤有效折射率，λ为入射光波长，LF‑P为Fabry‑Perot腔腔长；由公式6、公式7得到反射光光强Ir与Fabry‑Perot腔腔长LF‑P之间的关系：四、将公式5代入到公式8中即得到反射光光强Ir与中心管(2)所受压力p的关系：Ir=2RgI0{1-cos[8Nrπ2neffλ·(2-vEpK2-1+1lnK-2K2-1)]}]]>最后由解调设备(10)反射光光强Ir的变化即可知道中心管所受压力p的大小。