專利名稱：一種準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的 封裝技術(shù)，尤其涉及一種適合油氣井下測(cè)溫的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
在油藏工業(yè)中，對(duì)產(chǎn)油井溫度的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、在線、分布式監(jiān)測(cè)，了解井下油 層的物理狀態(tài)，是優(yōu)化采油技術(shù)方案，提高油氣產(chǎn)量和采收率的重要措施之一。在某些 油田的生產(chǎn)過程中，為了提高石油產(chǎn)量，需要對(duì)油井注入高溫蒸汽或者火燒加熱，井下 溫度高達(dá)300°C以上。由于傳統(tǒng)的電子式溫度測(cè)量?jī)x器在高溫高壓環(huán)境中可靠性差、抗干 擾能力弱和壽命短，不能滿足井下測(cè)量的需要。光纖光柵(FBG)傳感技術(shù)是近年來在工業(yè)界被證實(shí)的一種高精度、高可靠性、 抗干擾和適用惡劣工作環(huán)境的新型傳感技術(shù)，基于FBG的光纖傳感器具有能夠大規(guī)模 復(fù)用的特點(diǎn)，即可以在一根信號(hào)傳輸光纖上級(jí)聯(lián)多支傳感器，實(shí)現(xiàn)多傳感器或多參數(shù)測(cè) 量。將多支FBG溫度傳感器級(jí)聯(lián)用于油井下重要區(qū)段的多點(diǎn)溫度測(cè)量，相對(duì)電子溫度測(cè) 量方法，具有耐高溫(可達(dá)300°C)、測(cè)量溫度點(diǎn)多，以及可做永久性溫度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)； 相對(duì)基于拉曼散射的光纖連續(xù)溫度測(cè)量方法(DTS)，具有測(cè)量精度高，耐高溫，長(zhǎng)期穩(wěn) 定性好的特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于有針對(duì)性的高溫井下重點(diǎn)區(qū)段的永久性監(jiān)測(cè)。但是由于光纖光柵本身脆弱，容易折斷，在實(shí)際應(yīng)用中，未做任何防護(hù)的光纖 光柵溫度傳感器容易受到外力的擠壓和剪力而被破壞；光纖光柵還存在一定的溫度-應(yīng) 變交叉敏感性，在進(jìn)行精確溫度測(cè)量時(shí)必須屏蔽掉外界應(yīng)力或者光纖受拉伸引起的光柵 布拉格波長(zhǎng)的變化；另外，在石油生產(chǎn)井中，光纖光柵溫度傳感器要工作在高溫、高 壓、酸、堿、水汽等惡劣環(huán)境中。因此，必須尋找一種有效的封裝方式來解決上述問 題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐久性 好、能消除應(yīng)力影響、能適應(yīng)惡劣環(huán)境中測(cè)溫需要的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封 裝結(jié)構(gòu)和方法。特別是適應(yīng)石油生產(chǎn)井中高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境的準(zhǔn)分布式光 纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)由多 個(gè)光纖光柵溫度傳感器串聯(lián)而成，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵和光纖光柵溫度 傳感器的連接端容置于石英玻璃毛細(xì)管中并密封固定。進(jìn)一步，所述光纖光柵溫度傳感器之間焊接連接。進(jìn)一步，所述封裝結(jié)構(gòu)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)石英毛細(xì)管。進(jìn)一步，所述封裝結(jié)構(gòu)設(shè)置多個(gè)石英毛細(xì)管，每一石英毛細(xì)管中容置一所述光
3纖光柵溫度傳感器的光纖光柵和光纖光柵溫度傳感器的連接端。進(jìn)一步，所述石英毛細(xì)管中能夠容置多個(gè)光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵和光 纖光柵溫度傳感器的連接端。進(jìn)一步，所述石英玻璃毛細(xì)管的長(zhǎng)度為50mm-100mm，內(nèi)徑130_170um，壁厚 100-300um。進(jìn)一步，所述封裝結(jié)構(gòu)的外側(cè)包覆一不銹鋼管，該不銹鋼管外側(cè)包覆鋁層，鋁 層外側(cè)再包覆一不銹鋼管。本實(shí)用新型的效果和益處是，采用石英玻璃毛細(xì)管封裝的單個(gè)光纖光柵溫度傳 感器，具有重復(fù)性好、耐高溫、體積小、靈敏度和量程范圍適合高溫測(cè)井要求，測(cè)量精 度高的優(yōu)點(diǎn)；對(duì)由多光纖光柵串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布式測(cè)溫結(jié)構(gòu)采用的三次金屬包覆封裝結(jié) 構(gòu)，克服了光纖、光柵易斷，易受外界應(yīng)變影響等缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，能 有效防止水浸、氫浸對(duì)光纖性質(zhì)的改變等特點(diǎn)，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，尤其是油氣井下高溫 (300°C)、高壓(IOOMPa)、酸、堿等惡劣環(huán)境中測(cè)溫時(shí)對(duì)光纖光柵溫度傳感器封裝的特 殊要求。

圖1是石英玻璃毛細(xì)管封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1是光纖光柵長(zhǎng)尾纖側(cè)(帶涂敷)；2是石英玻璃毛細(xì)管；3是光纖光柵； 4是光纖光柵短尾纖側(cè)(已去涂敷)；5是光纖連接焊點(diǎn)；6是另一光纖光柵的長(zhǎng)尾纖側(cè)； 7是耐高溫膠或者用C02激光束熱熔而成的固定密封點(diǎn)。圖2是用C02激光束進(jìn)行石英毛細(xì)管與光纖熱熔固定裝置示意圖；圖中8是用于控制C02激光器的微型計(jì)算機(jī)；9是高頻脈沖C02激光器；10 是五維可調(diào)的石英毛細(xì)管夾持器；11是封裝著光纖光柵的石英毛細(xì)管；12是C02激光束 分束、反射系統(tǒng)；13是光纖；14是C02激光束。圖3是對(duì)準(zhǔn)分布式測(cè)溫結(jié)構(gòu)采用的三次金屬包覆封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中15是石英毛細(xì)管封裝的光柵串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器系 統(tǒng)；16是不銹鋼管；17是鋁管；18是厚壁不銹鋼管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例。單個(gè)光纖光柵溫度傳感器封裝(見圖1)的具體做法是(1)切割一段長(zhǎng)為 50-100mm,內(nèi)徑130_150um，壁厚100_300um的石英玻璃毛細(xì)管2 ； (2)將光纖光柵3 — 側(cè)尾纖從距柵區(qū)大于15_處剪斷，形成短尾纖側(cè)4; (3)去除短尾纖段涂覆層，用純凈 水/酒精擦拭干凈；(5)將石英毛細(xì)管2穿套至光柵長(zhǎng)尾纖側(cè)1帶涂覆層段；(6)用光纖 切刀在短尾纖側(cè)4切割光纖，之后將其放到光纖熔接機(jī)上；(7)將下一個(gè)光柵的長(zhǎng)尾纖側(cè) 6去涂覆，切平整端面，與(6)中處理好的端面用光纖熔接機(jī)焊接，形成焊點(diǎn)5; (8)將 石英毛細(xì)管2套回至光柵短尾纖側(cè)4，確保石英毛細(xì)管2覆蓋住光柵3及焊點(diǎn)5; (9)采 用耐高溫高強(qiáng)度膠7或者用C02激光束熱熔技術(shù)將石英毛細(xì)管的兩端與光纖固定密封。 其中采用C02激光束熱熔固定技術(shù)(見圖2)的具體做法為首先，采用分振幅的方法將一束高頻(20k-24kHz)C02脈沖激光束14用部分反射鏡分成三束強(qiáng)度均等的三束脈沖激 光，并通過反射鏡組12反射形成相交于一點(diǎn)的且在同一平面中互成120度角的三束高頻 C02脈沖激光；然后將石英毛細(xì)管11及光纖13夾持在五維可調(diào)的石英毛細(xì)管夾持器10 上，調(diào)節(jié)石英毛細(xì)管夾持器10，使石英毛細(xì)管11 一端處于三束高頻C02脈沖激光的交點(diǎn) 上；通過微型計(jì)算機(jī)8設(shè)定C02激光器9的工作參數(shù)，比如工作頻率、占空比和激光脈 沖等，進(jìn)行石英毛細(xì)管與光纖間的加熱固定；最后通過同樣的操作將石英毛細(xì)管的另一 端與光纖進(jìn)行熱熔固定。按照上述對(duì)單個(gè)光纖光柵封裝的方法進(jìn)行封裝的同時(shí)，多個(gè)光纖光柵已經(jīng)串聯(lián) 而成了準(zhǔn)分布式溫度測(cè)量結(jié)構(gòu)。對(duì)由此而形成的準(zhǔn)分布式測(cè)溫結(jié)構(gòu)，采用三次金屬包覆 結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝(見圖3)，其具體做法是首先采用壁厚0.2-0.3mm的不銹鋼管16對(duì)準(zhǔn) 分布式光纖光柵溫度傳感器系統(tǒng)15進(jìn)行一次包覆；然后采用鋁管17進(jìn)行與一次不銹鋼 管16外徑緊密結(jié)合的包覆；兩次包覆都是采用成熟光纜加工工藝完成。最后采用穿套方 法，將經(jīng)過兩次包覆的傳感器穿套入厚壁耐壓不銹鋼管18中。本實(shí)施例中采用的石英玻璃毛細(xì)管可以為一根很長(zhǎng)的毛細(xì)管將多個(gè)光纖光柵容 置于一根毛細(xì)管中，也可以對(duì)應(yīng)每一段光纖光柵設(shè)置一根毛細(xì)管，無論如何變形均不脫 離本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。需要指出的是根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
所做出的任何變形，均不脫離本 實(shí)用新型的精神以及權(quán)利要求記載的范圍。
權(quán)利要求1.一種準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，由多個(gè)光纖光柵溫 度傳感器串聯(lián)而成，每個(gè)光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵和光纖光柵溫度傳感器的連接 端容置于石英玻璃毛細(xì)管中并密封固定。
2.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 光纖光柵溫度傳感器之間焊接連接。
3.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 封裝結(jié)構(gòu)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)石英毛細(xì)管。
4.如權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 封裝結(jié)構(gòu)設(shè)置多個(gè)石英毛細(xì)管，每一石英毛細(xì)管中容置一所述光纖光柵溫度傳感器的光 纖光柵和光纖光柵溫度傳感器的連接端。
5.如權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 石英毛細(xì)管中能夠容置多個(gè)光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵和光纖光柵溫度傳感器的連 接端。
6.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 石英玻璃毛細(xì)管的長(zhǎng)度為50mm-100mm，內(nèi)徑130_170um，壁厚100_300um。
7.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 封裝結(jié)構(gòu)的外側(cè)包覆一不銹鋼管，該不銹鋼管外側(cè)包覆鋁層，鋁層外側(cè)再包覆一不銹鋼管。
8.如權(quán)利要求7所述的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 封裝結(jié)構(gòu)外側(cè)包覆的不銹鋼管壁厚0.2-0.3mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，它包括采用石英玻璃毛細(xì)管對(duì)單個(gè)光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及采用三次金屬包覆技術(shù)對(duì)準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。對(duì)單個(gè)光纖光柵溫度傳感器采用的石英玻璃毛細(xì)管封裝結(jié)構(gòu)具有溫度靈敏度和量程范圍適合高溫油井測(cè)量要求，重復(fù)性好、耐高溫、體積小、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)由多個(gè)光纖光柵串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器采用的三次金屬包覆封裝結(jié)構(gòu)包括一次不銹鋼管包覆，二次鋁合金管包覆及三次厚壁不銹鋼管包覆，這種封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)應(yīng)力和外界壓力變化不敏感，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，尤其是油氣井下高溫(300℃)、高壓(100MPa)、酸、堿等惡劣環(huán)境中對(duì)光纖光柵溫度傳感器封裝的特殊要求。
文檔編號(hào)G01K11/32GK201794579SQ20102020733
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者于清旭, 周新磊 申請(qǐng)人:北京康華盛鴻能源科技發(fā)展有限公司