光纤光栅传感技术及在油田测井中的应用分析

摘要

光纤Bragg光栅具有耐高温、抗腐蚀、抗辐射、抗电磁干扰、易于复用等特点，可通过一根光纤实现实时、在线、分布式地测量温度、压力、流量等诸多物理参数等。非常适合于石油工业永久、实时、在线、长期监测。本文对光纤光栅传感技术及其在油田环境的压力和温度测量的应用进行了研究。 首先对光纤光栅传感技术的研究现状和仍存在的关键技术问题进行了回顾和分析，提出光纤光栅技术是油气井下压力温度测量的理想选择，具有很好的应用前景。 研究了光纤Bragg光栅的传感原理、均匀轴向应力作用下光纤光栅传感模型、均匀横向应力作用下光纤光栅传感模型、光纤Bragg光栅的温度传感模型，得到了光纤光栅压力温度测量的理论依据。 从传感应用角度对光纤Bragg光栅的制作技术进行了研究。分析了传感用光纤光栅的特点和制作技术，归纳了耐高温、高机械强度、增敏和去敏传感用光纤光栅的写入技术论。 对光纤Bragg光栅传感网络的信号解调、复用技术进行系统分析。 最后对油气井下光纤Bragg光栅温度、压力测量技术进行了系统的理论设计。设计FBG传感器进行油气井下压力、温度同时测量的传感器系统的理论模型，并分析测量系统的关键技术问题。

目录

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声明

1绪论

1.1光纤传感技术简介

1.2光纤光栅传感技术的发展状况

1.3油井下压力、温度测量技术的国内外研究现状分析

1.4本论文的主要工作

2光纤光栅的传感原理及传感模型

2.1光纤Bragg光栅传感原理

2.2光纤Bragg光栅的应变传感模型

2.2.1均匀轴向应力作用下光纤光栅传感模型

2.2.2均匀横向应力作用下光纤光栅传感模型

2.2.3流体静压场单独作用的传感模型

2.3光纤Bragg光栅的温度传感模型

3传感用光纤光栅制作技术

3.1传感用光纤光栅的特点和制作要求

3.2布拉格光纤光栅的制作

3.3光纤光栅制作的发展趋势和结论

4光纤光栅传感解调与复用技术

4.1 FBG传感网络的信号解调技术

4.1.1可调谐滤波检测法

4.1.2匹配光栅检测法

4.1.3波长可调谐光源解调法

4.1.4非平衡M-Z干涉仪检测法

4.2光纤光栅传感器复用技术

4.2.1波分复用

4.2.2时分复用

4.2.3空分复用

5油井下Bragg压力温度测量系统的设计

5.1油井下FBG压力温度传感系统的主要技术指标

5.2关键技术问题及其解决途径

5.2.1流体静压灵敏度偏低、温度-压力交叉敏感问题

5.2.2FBG传感器及井下传输光纤的腐蚀问题及其防护技术

5.3油井下FBG压力温度测量系统设计

5.3.1测量系统设计及其工作原理

5.3.2FBG压力传感器的主要参数

5.3.2FBG压力温度传感系统的标定设计

5.4光纤光栅测量系统在石油行业应用的前景

6结论

致 谢

参考文献

附录