潛油泵作業(yè)過(guò)程中多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種潛油栗作業(yè)過(guò)程中多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)及制作方法，用于對(duì)潛油栗作業(yè)過(guò)程中進(jìn)行溫度、液面壓力等多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
【背景技術(shù)】
[0002]石油作為不可再生的戰(zhàn)略性資源在當(dāng)今世界尤為重要，而目前石油采收率低的問(wèn)題一直是困擾著石油工業(yè)最為核心的問(wèn)題。潛油栗作為一種重要的采油設(shè)備，在石油開(kāi)采過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用。潛油電栗機(jī)組一般工作在2000米或更深的油井中，高溫、高壓、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全及高效運(yùn)行，因此監(jiān)測(cè)機(jī)組井下生產(chǎn)安全問(wèn)題至關(guān)重要。井下動(dòng)液面實(shí)時(shí)反映著井底流動(dòng)壓力、液柱高度和栗的沉沒(méi)度等情況，若對(duì)井下潛油栗工作過(guò)程中的沒(méi)入液面深度不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將會(huì)導(dǎo)致潛油栗干燒及損壞等現(xiàn)象發(fā)生。為避免潛在的井下生產(chǎn)事故，需要對(duì)潛油栗的電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、井下溫度和壓力等多個(gè)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行同步在線監(jiān)測(cè)，從而不斷調(diào)整和優(yōu)化采油方案，這對(duì)提高油田開(kāi)采效率、保證生產(chǎn)安全有著十分重大的指導(dǎo)意義。
[0003]然而，油井下高溫、高壓、強(qiáng)化學(xué)腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等一系列極端惡劣環(huán)境對(duì)傳感器的可靠性是一種極大的考驗(yàn)。目前，現(xiàn)有的電學(xué)傳感裝置一般僅用于1000米以內(nèi)的淺井中，對(duì)于1000米以上的深井則存在信號(hào)傳輸不好、接收不到數(shù)據(jù)等問(wèn)題;而光纖傳感器對(duì)這種惡劣環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，相比傳統(tǒng)傳感器具有全程無(wú)需供電、防火防爆、靈敏度高、抗腐蝕、耐高溫高壓、抗電磁干擾、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，光纖傳感系統(tǒng)又具有傳輸距離長(zhǎng)、體積小、鋪設(shè)容易，能適于各種極端惡劣環(huán)境條件等突出特點(diǎn)，是深井(1000米以上)下潛油栗作業(yè)過(guò)程溫度和壓力等多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)的理想選擇。目前已有專(zhuān)利均只對(duì)井下環(huán)境的準(zhǔn)靜態(tài)溫度、壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如專(zhuān)利號(hào)(CN101178006B)提出一種光纖智能井壓力與溫度二參量傳感器，采用石英管中熔接兩段光纖形成FP腔，把溫度和壓力光纖傳感器串聯(lián)起來(lái)監(jiān)測(cè)油井下高溫高壓環(huán)境;專(zhuān)利號(hào)(CN101865735B)提出一種準(zhǔn)分布式光纖光柵溫度傳感器，對(duì)耐高溫FBG(布拉格光纖光柵)采取石英管和兩層金屬管進(jìn)行封裝來(lái)監(jiān)測(cè)油井下溫度環(huán)境。
[0004]但是這些傳感裝置無(wú)法直接用于監(jiān)測(cè)油井下潛油栗在線作業(yè)過(guò)程中沒(méi)入液面的壓力參數(shù)，因?yàn)椴捎檬⒐艿姆庋b方式在潛油栗工作過(guò)程中會(huì)因潛油栗的劇烈振動(dòng)而使石英管振碎，導(dǎo)致這些傳感裝置工作壽命較短。此外，這些傳感裝置沒(méi)有直接將光纖傳感器實(shí)時(shí)獲得的井下液面信息用于潛油栗在線工作參數(shù)的反饋調(diào)節(jié)，不能形成閉環(huán)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，而提供一種潛油栗作業(yè)過(guò)程中多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)及制作方法，通過(guò)設(shè)計(jì)一種抗震性強(qiáng)的光纖溫度壓力集成傳感裝置，將其安裝在潛油栗吸入口處，一方面實(shí)時(shí)獲取深井下潛油栗的工作溫度和反映其工作液面的壓力信號(hào)；另一方面利用實(shí)時(shí)獲取的液面壓力信號(hào)作為反饋輸入通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)潛油栗轉(zhuǎn)速，達(dá)到智能控制潛油栗工作的目的;本發(fā)明中的光纖溫度壓力集成傳感器采用耐高溫FBG(布拉格光纖光柵)和FP(光纖琺玻)復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用聚合物進(jìn)行封裝，不繡鋼管作為外層保護(hù)器件，克服了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，具有抗振性能好、結(jié)構(gòu)小、靈敏度高的特點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種潛油栗作業(yè)過(guò)程中多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括放置在潛油栗吸入口處的光纖溫度壓力集成傳感器，所述光纖溫度壓力集成傳感器連接有光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀，所述光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀連接有上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)潛油栗工作溫度和工作液面壓力的在線監(jiān)測(cè)；
所述在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，包括放置在潛油栗吸入口處的光纖溫度壓力集成傳感器，所述光纖溫度壓力集成傳感器連接有光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀，所述光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀連接有數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接有變頻器，所述變頻器經(jīng)接線盒和電纜連接有潛油栗，從而實(shí)現(xiàn)潛油栗在線監(jiān)測(cè)控制的閉環(huán)控制回路。
[0007]所述光纖溫度壓力集成傳感器包括光纖FP壓力傳感器和FBG溫度傳感器，所述光纖FP壓力傳感器包括多模光纖和耐高溫光纖，所述多模光纖的一端設(shè)有空氣腔，具有空氣腔的多模光纖端與耐高溫光纖恪接在一起形成光纖FP壓力傳感器。
[0008]所述光纖溫度壓力集成傳感器設(shè)置有聚合物封裝層，所述聚合物封裝層包括由聚醚醚酮制成的聚合物管，所述聚合物管的一端為聚合物管接頭，所述聚合物管內(nèi)設(shè)置有油壓槽，所述油壓槽與聚合物管接頭連通;所述聚合物管接頭的內(nèi)徑與油壓槽的內(nèi)徑匹配;所述聚合物管的頂端和底端分別設(shè)置有用于放置光纖FP壓力傳感器的第一聚合物微槽和用于放置FBG溫度傳感器的第二聚合物微槽;所述第一聚合物微槽的貫穿除去聚合物管接頭之外的聚合物管，所述光纖FP壓力傳感器在第一聚合物微槽中的固定位置位于油壓槽側(cè)，所述第二聚合物微槽設(shè)置在聚合物管的實(shí)心端。
[0009]所述聚合物封裝層的外部套設(shè)有不銹鋼密封層，所述不銹鋼密封層包括第一不銹鋼管和第二不繡鋼管，所述第一不銹鋼管包括小徑端和大徑端，所述第二不銹鋼管包括小徑端和大徑端，所述第一不銹鋼管的大徑端和第二不銹鋼管的大徑端的外徑和內(nèi)徑匹配，設(shè)置有聚合物封裝層的光纖溫度壓力集成傳感器的裸露光纖穿過(guò)第一不銹鋼管的小徑端，所述聚合物封裝層套設(shè)在第一不銹鋼管的大徑端和第二不銹鋼管的大徑端形成的腔體內(nèi)，所述聚合物管接頭封裝在第一不銹鋼管的大徑端和第二不銹鋼管的大徑端處，所述聚合物管接頭與第二不銹鋼管之間設(shè)置有聚合物墊子。
[0010]所述的第一不銹鋼管的小徑端內(nèi)套設(shè)有耐高溫光纜，所述耐高溫光纜的細(xì)管中填充有油膏，所述光纖溫度壓力集成傳感器的裸露光纖套入具有油膏的耐高溫光纜的細(xì)管中；所述第一不銹鋼管的小徑端配設(shè)有用于將耐高溫光纜、光纖溫度壓力集成傳感器的裸露光纖以及第一不銹鋼管的小徑端進(jìn)行密封固定的SOS不銹鋼卡套接頭。
[0011]所述光纖溫度壓力集成傳感器的尾纖配設(shè)有密封保護(hù)裝置，所述密封保護(hù)罩包括鋼管、兩個(gè)絕緣收縮套管、兩段帶有光纖跳線頭子光纜以及用于連接光纖溫度壓力集成傳感器的光纜，所述光纖溫度壓力集成傳感器的光纜經(jīng)絕緣收縮套管與鋼管連接，帶有光纖跳線頭子光纜的尾纖與光纜的尾纖連接;帶有光纖跳線頭子光纜的尾纖與光纜的尾纖的連接處配設(shè)有熱縮管。其中，光纖溫度壓力集成傳感器的光纜與鋼管之間、帶有光纖跳線頭子光纜與鋼管之間均配設(shè)有絕緣收縮套管。
[0012]潛油栗作業(yè)過(guò)程中多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的制作方法，包括以下步驟:
(I )、通過(guò)腐蝕方法制作光纖FP壓力傳感器；
(2)、通過(guò)聚合物對(duì)光纖FP壓力傳感器和FBG溫度傳感器進(jìn)行集成封裝；
(3)、利用不銹鋼管和不銹鋼卡套對(duì)光纖溫度壓力集成傳感器進(jìn)行外部密封保護(hù)；
(4)、利用絕緣收縮套管和鋼管對(duì)光纖溫度壓力集成傳感器的裸露光纖進(jìn)行外部密封保護(hù)；
(5)、將光纖溫度壓力集成傳感器放置在潛油栗的吸入口處，并與光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀連接，通過(guò)與光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀連接的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)潛油栗工作溫度和工作液面壓力的同步在線監(jiān)測(cè);光纖傳感信號(hào)解調(diào)儀與數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器與變頻器連接，所述變頻器經(jīng)接線盒和電纜連接潛油栗;通過(guò)將光纖溫度壓力集成傳感器獲取的潛油栗井下的工作溫度和工作液面壓力信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào)，變頻器在線調(diào)整和控制潛油栗轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)潛油栗閉環(huán)控制。
[0013]在上述步驟(4)與步驟(5)之間還具有光纖溫度壓力集成