三膜两放高压光纤压力传感器及采用该传感器实现井下管道压力的测量方法

摘要

三膜两放高压光纤压力传感器及采用该传感器实现井下管道压力的测量方法，属于石油井下压力测试技术领域。为了解决现有井下光纤压力传感器存在测量范围小、形状、尺寸难于满足井下安装条件要求的问题。它包括：第一膜片和第二膜片四周固支，其内部形成一个圆柱形的中空腔体，所述腔体内设置第一支架、第二支架、应变传感膜片和光纤传感器，第一膜片、第一支架和应变传感膜片形成一级变形放大结构，第二膜片、第二支架和应变传感膜片形成另一级变形放大结构，光纤传感器固定在应变传感膜片上。将所述压力传感器安装在待测油管内部或外部，光纤传感器通过感知两级放大结构的变形，得到外压力大小。它用于测量气、液压力的任何领域。

说明书

技术领域

本发明属于石油井下压力测试技术领域。

背景技术

实现实时在线监测油井井下压强变化，对于优化采油生产、提高采收效率具有重大的 意义。近年来，智能化油井的建设越来越得到重视，各种用来检测井下压力的传感器也日 渐成熟。特别是光纤压力传感器，相对于传统的电子类传感器，光纤压力传感器不仅对电 磁干扰不敏感，而且可以承受极端环境，包括高温、高压以及强烈的冲击与振动，可以高 精度地测量油井井下压力。此外，压力传感器的井下测量空间狭小，对传感器的形状和尺 寸有特殊的要求，本次发明的产品可适应测量范围大、外形尺寸小的特殊要求，在油田开 采中有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的井下光纤压力传感器存在的测量范围小、形状、尺寸 难于满足井下安装条件要求的问题，本发明提供了一种三膜两放高压光纤压力传感器及采 用该传感器实现井下管道压力的测量方法。

本发明的三膜两放井下高压光纤压力传感器，所述高压光纤压力传感器包括第一膜片 1、第一支架2、第二膜片3、第二支架4、应变传感膜片5和光纤传感器6；

第一膜片1和第二膜片3四周固支，其内部形成一个圆柱形的中空腔体9，所述腔体 9内设置第一支架2、第二支架4、应变传感膜片5和光纤传感器6；所述第一膜片1、第 一支架2、第二膜片3、第二支架4和应变传感膜片5相互平行、且同轴设置，其中第一 支架2与第一膜片1相邻，第二支架4与第二膜片3相邻，应变传感膜片5位于第一支架 2和第二支架4之间，

所述第一支架2与第一膜片1相邻的一侧中心位置设有凸出的第一支点2-1，该第一 支点2-1与第一膜片1的中心位置紧密接触，所述第一支架2的另一侧设有凸出的第一环 形棱2-2，所述第一环形棱2-2与应变传感膜片5的紧密接触，第一膜片1、第一支架2 和应变传感膜片5形成一级变形放大结构；

所述第二支架4与第二膜片3相邻的一侧中心位置设有凸出的第二支点4-1，所述第 二支点4-1与第二膜片3的中心位置紧密接触，所述第二支架4的另一侧设有凸出的第二 环形棱4-2，所述第二环形棱4-2与应变传感膜片5紧密接触，第二膜片3、第二支架4 和应变传感膜片5形成另一级变形放大结构；

光纤传感器6固定在应变传感膜片5与第二膜片3相邻一侧的中心位置上。

所述应变传感膜片5为“十”字形薄膜，其中“一”形结构起简支梁的作用，所述“一” 形结构的两端同时与第一环形棱2-2和第二环形棱4-2接触铰接。

所述第一环棱2-2的直径大于第二环棱4-2的直径。

本发明所述的高压光线压力传感器在实际使用中，将该传感器固定于需要测量环境压 力的环境中，当环境压力产生变化时，使得第一膜片1和第二膜片3产生形变，光纤传感 器通过感知两次放大的变形，最后依靠变形与外压力的关系，得到外压力大小。

采用所述三膜两放井下高压光纤压力传感器实现井下管道压力的测量方法包括：

步骤一：制作安装件7，安装件7的一侧为瓦片状，设置所述瓦片状的直径，使安装 件7的一侧与油管贴合；安装件7的另一侧与第一膜片1固定连接；

步骤二：利用所述高压光纤压力传感器检测第一膜片和第二膜片的形变，进而获得所 述油管外部环境的压力。

采用所述三膜两放井下高压光纤压力传感器实现井下管道压力的测量方法包括：

步骤一：将所述高压光纤压力传感器固定在油管内部；

步骤二：利用所述高压光纤压力传感器检测第一膜片和第二膜片的形变，进而获得所 述油管内部流量的压力。

本发明的有益效果在于，本发明测量范围大、灵敏度高、结构紧凑的三膜两放大高压 光纤压力传感器，并提出了采用该传感器实现井下管道压力的测量方法。本发明采用两级 变形放大结构，光纤传感器通过感知两次放大的变形，最后依靠变形与外压力的关系，得 到外压力大小，提高了传感器的灵敏度，同时采用瓦片状的安装件7进行连接测量油管外 部环境的压力，是本发明的传感器与被测油管更加贴合，解决了现有压力传感器的形状、 尺寸难于满足井下安装条件要求的问题，使测量结果的精度更高。

附图说明

图1为本发明所述的三膜两放井下高压光纤压力传感器的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的三膜两放井下高压光 纤压力传感器，所述高压光纤压力传感器包括第一膜片1、第一支架2、第二膜片3、第 二支架4、应变传感膜片5和光纤传感器6；

第一膜片1和第二膜片3四周固支，其内部形成一个圆柱形的中空腔体9，所述腔体 9内设置第一支架2、第二支架4、应变传感膜片5和光纤传感器6；所述第一膜片1、第 一支架2、第二膜片3、第二支架4和应变传感膜片5相互平行、且同轴设置，其中第一 支架2与第一膜片1相邻，第二支架4与第二膜片3相邻，应变传感膜片5位于第一支架 2和第二支架4之间，

所述第一支架2与第一膜片1相邻的一侧中心位置设有凸出的第一支点2-1，该第一 支点2-1与第一膜片1的中心位置紧密接触，所述第一支架2的另一侧设有凸出的第一环 形棱2-2，所述第一环形棱2-2与应变传感膜片5的紧密接触，第一膜片1、第一支架2 和应变传感膜片5形成一级变形放大结构；

所述第二支架4与第二膜片3相邻的一侧中心位置设有凸出的第二支点4-1，所述第 二支点4-1与第二膜片3的中心位置紧密接触，所述第二支架4的另一侧设有凸出的第二 环形棱4-2，所述第二环形棱4-2与应变传感膜片5紧密接触，第二膜片3、第二支架4 和应变传感膜片5形成另一级变形放大结构；

光纤传感器6固定在应变传感膜片5与第二膜片3相邻一侧的中心位置上。

所述应变传感膜片5为“十”字形薄膜，其中“一”形结构起简支梁的作用，所述“一” 形结构的两端同时与第一环形棱2-2和第二环形棱4-2接触铰接。

第一环形棱2-2和第二环形棱4-2同时与简支梁在两端处接触，形成简支梁的铰接支 撑，光纤传感器6固定在简支梁上。

所述第一环棱2-2的直径大于第二环棱4-2的直径。

第一膜片1、第二膜片3和应变传感膜片5为前后两面独立的对外承压的膜片；

第一膜片1和第二膜片3的变形通过第一支架2和第二支架4传递给应变传感膜片5， 第一支架2和第二支架4与应变传感膜片5形成了一个四点弯曲的纯弯曲状态，粘贴在应 变传感膜片5上的光纤传感器6通过感知两次放大的变形，最后依靠变形与外压力的关系， 得到外压力大小。

具体实施方式二：采用具体实施方式一所述的三膜两放井下高压光纤压力传感器实现 井下管道压力的测量方法包括：

步骤一：制作安装件7，安装件7的一侧为瓦片状，设置所述瓦片状的直径，使安装 件7的一侧与油管外侧贴合，所述高压光纤压力传感器安装在安装件7的另一侧上，所述 高压光纤压力传感器的第一膜片1的一侧与油管外侧相对，且第一膜片1不与安装件接触；

步骤二：利用所述高压光纤压力传感器检测，获得所述油管外部环境的压力。

本实施方式是采用具体实施方式一所述的三膜两放井下高压光纤压力传感器实现井 下环境液体压力的测量方法。

具体实施方式三：采用具体实施方式一所述的三膜两放井下高压光纤压力传感器实现 井下管道压力的测量方法包括：

步骤一：将所述高压光纤压力传感器固定在油管内部；

步骤二：利用所述高压光纤压力传感器检测，获得所述油管管道内的压力。

本实施方式是采用具体实施方式一所述的三膜两放井下高压光纤压力传感器实现井 下管道内压力的测量方法。

本发明根据不同的测量目的，将所述高压光纤压力传感器固定在油管内部或外侧；利 用所述高压光纤压力传感器中的第一膜片、第二膜片及应变传感膜片的形变，经两级放大 结构的综合作用效果，实现所述油管内或外侧环空环境中的液态或气液两相环境的压力测 量。本发明的压力传感器及采用该传感器实现井下管道压力的测量方法是具有灵敏度增 强功能的三应变膜片、两级变形放大结构特征的光纤式压力测试方法，该传感器测量范围 大、灵敏度高，可有效的满足油田及其他领域对高压气、液体环境的压力测量需求。

该传感器也可用于其他需要测量气、液压力的任何领域。