井下光纤测温系统
光纤油井压力温度监测系统
ｉ ｅａｌ ｄ ａ ａ ｙｅ ｍｅｐ ｏ ｌｍ ｆ ｈ ｒｃ ｓ ｏｎ ｔ ｌ． ｅ ｅ ｌｙ ｄ ｔ ｅｓ ｓｅ ｔ ｒ ｒ ｎ ｄ ｔｉ ａ ｎ ｌ ｚ ｄ ｓ ｒ ｂｅ ｓｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｇ ｉ ｇｉ ｏ ａｗｅ Ｗ ｍｐｏ ｅ ｙ ｔｍ ｐ ｆ ｍ ｎ ｏ ｔ ｎ １ ｈ ｏｅ ｏ
ｗｅ１ ｌ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｏｌ ｅｌｓ ｒ ｅｌ ｃ ；ｏ ｔ ａ ｂ ｒｌ ｇｎ ；ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｅ ｒｔ ｒ ； ｐ ｃ ｂ ｒｓ ｎ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｗ ｌ ｕ ｖ ｉ ａ ｅ ｐ ｉｌ ｆ ｇ ｉ ｇ ｒｓ ｕ ｅ ａ ｄ ｔｍｐ ａ ｕ ｏ ｔ ａ ｆ ｅ ｓ ｌ ｎ ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｉｌｉ ｅ ｇ ｎ
某 注水 井的温度 、 压力信 息进 行了实时在线测量 ， 传感器下井井深 １０ ｌ测得 的温度值 为 ５ １０ｉ， ｌ ０℃左 右 ， 压力值 为 １ Ｐ 左右 。描绘 了油井井下 温度 压力信息变化 曲线 ， ６Ｍ ａ 为提高油 田油井的采收率 ， 了解井下信息提供 了真
实 的数 据依 据。
在油 田的开采 过程 中 ， 人们 需要 知道 在产 液 或注水 过 程 中有关 井 内流体 的特 性与 状态 的详 细资 料 ， 如井
下压 力 、 温度 等信 息 ， 实现油 藏 压力 温度 监测 可 以达 到如 下 目的… ：
（）减少 修井 作业 。监 测 系统 可 以减 少 因测 量 油 藏 压 力所 需 要 的修井 作 业 次 数 ， １ 这样 也 就 减少 了原 油 泄漏 对人 员 和环境 所造 成 的危 害 。
第 ２卷 第 ６ １ 期 ２Ｏ 年 １ Ｏ８ ２月
山 东 科 学
Ｓ ＾ Ｈ ＮＤ０ＮＧ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ
分布式光纤测温系统
分布式光纤测温系统一、兴安矿现状兴安矿井煤系地层厚1120米，有煤层41个，其中可采和局部可采煤层23个，煤层总厚度为75.99米，2006年10月26日黑龙江省煤田地质研究所对兴安矿煤层自然倾向性分类和自然发火期核定说明：11、12、17-1、17-2、18、21、22、27、30号层9个煤层属容易自然发火煤层。
各煤层自然发火期：11 号层自然发火期：4个月；17-1号层、17-2号层自然发火期： 8个月；18号层自然发火期：6个月；21号层自然发火期： 10 个月、12、27、30号煤层自然发火期12个月属自然发火煤层， 23、24、28、33等煤层自然发火期12 个月以上，属不易自然发火煤层。
由于煤层自燃发火期短，在对煤层自然发火潜伏期温度的变化进行观测时发现现有的观测技术落后。
二、强化温度观测技术兴安矿煤层自燃发火的预测预报工作主要以人工观测采空区后部钻孔为主，这种方法在技术上限制了观测的连续性和准确性，为改变现有的观测技术，兴安矿引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。
三、分布式光纤测温监测预报系统原理及系统软硬件设备1、原理分布式光纤测温监测预报系统采用分布式光纤测温技术，该技术为拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。
拉曼散射是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。
当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。
弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。
由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集，光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman ）散射效应。
光纤测温系统方案
光纤测温系统方案光纤测温系统是一种利用光纤传感技术进行温度测量与监控的先进技术手段。
该系统通过将光纤作为传感器，利用光纤的光学特性来实现温度的测量与监控，具有高精度、远距离传输和多点监测等优点，广泛应用于各个领域。
一、系统原理光纤测温系统主要由三部分组成：光源单元、光纤传感单元和信号处理单元。
其中，光源单元主要用于提供激光光源，光纤传感单元负责将光信号传播到被测温区域并反射回来，信号处理单元则用于对反射光信号进行处理和测量。
系统的原理基于光纤的光学特性，即光纤在温度变化下会发生微弱的相位偏移和光强变化。
通过测量这些变化，可以准确计算出被测区域的温度。
具体而言，光源单元通过调制光源的频率和波长，将光信号发送到待测温区域的光纤中。
被测温区域的温度变化会导致光纤长度和折射率的变化，进而改变光信号的相位和光强。
光纤传感单元将经过温度变化后的光信号反射回来，信号处理单元通过分析反射光信号的相位和光强的变化，最终得出被测温区域的温度。
二、应用领域光纤测温系统具有广泛的应用领域，以下介绍其中的几个典型应用。
1. 电力系统监测在电力系统中，高温可能导致电气设备的故障和整个系统的不稳定。
光纤测温系统可以通过监测关键部位的温度变化，实时评估设备的工作状态，预测潜在故障，并采取相应措施，以确保电力系统的安全稳定运行。
2. 工业生产过程监控在工业生产过程中，温度是一个重要的参数。
光纤测温系统可以实时监测生产过程中关键区域的温度变化，及时发现异常情况，避免由于温度波动导致的生产事故和产品质量问题。
3. 环境监测光纤测温系统可以用于环境温度监测，如地下水位监测、土壤温度监测、海洋温度监测等。
通过对这些环境因素的实时监测，可以更好地了解自然环境的变化趋势，并采取相应的措施进行保护和管理。
4. 石油、化工等危险环境监测在石油、化工等危险环境中，温度的监测对保证生产安全至关重要。
光纤测温系统可以避免在危险环境中使用传统温度传感器可能导致的隐患，如腐蚀、易燃等。
矿用分布式光纤测温系统软件设计与实现
矿用分布式光纤测温系统软件设计与实现田兵【摘要】随着煤矿井下机械化程度的提高，由电气设备故障引起的灾害越来越多，温度作为火灾预警的主要参数，对其准确、快速检测尤为重要。
采用分布式光纤测温技术，实现了对矿井温度场无盲区的测量；针对主流厂家的测温主机，设计并实现了具有统一的监控解决方案、标准的驱动接口、实时监测、预警等功能的测温系统软件。
现场应用验证，系统可以定位与预警引发火灾的热源。
%With the improvement in the level of mechanization of the coal mine,mine disasters caused by electrical equipment failure are increasing.As the main parameters of the fire alarm,it is particularly important to accurate and rapid detection the temperature.With the technology of temperature measurement used by DTS,we implement the measurement for global temperature field with no blind area.Ac⁃cording to mainstream manufacturer′s temperature host,we implement a temperature measurement system software,which has unified monitoringsolution,standard driver interface,real⁃time monitoring and fire alarm function.Through the application in the field,the sys⁃tem can accurately and early warning and positioning heat source.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2016(050)008【总页数】5页(P105-109)【关键词】分布式光纤测温;温度监测;火灾预警【作者】田兵【作者单位】中煤科工集团重庆研究院，重庆 400039; 瓦斯灾害应急信息技术国家重点实验室，重庆 400039【正文语种】中文【中图分类】TD76我国是一个煤炭资源较丰富的国家，也是一个对煤炭资源比较依赖的国家，在我国能源结构中，煤炭占我国一次能源生产和消费的70%左右，预计到2050年仍将占50%以上［1］。
分布式光纤测温系统技术与应用
分布式光纤测温系统技术与应用作者：周顺吴磊李金利来源：《价值工程》2013年第27期摘要：本文主要针对矿山井下易发生火灾的情况，提出了采用分布式光纤测温系统对井下“三带”进行实时温度测量，并通过数据统计分析检测温度异常情况来实现火灾预警的方法。
Abstract： This paper focused on the fire-prone situation of underground mine， introduces a distributed optical fiber temperature measurement system to make real-time temperature measurement to underground "three zones"， and detected anomalies temperature through statistical analysis to achieve a fire warning.关键词：分布式光纤测温系统；拉曼散射；斯托克斯光；反斯托克斯光Key words： distributed optical fiber temperature measurement system；Raman scattering；Stokes；Anti-Stokes中图分类号：S776.29+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0328-021 分布式光纤测温系统简介分布式光纤测温系统是针对自然煤层的采空区的防火管理存在的监测手段单一的问题，提出的利用光纤测温技术对采煤工作面采空区“三带”实时温度测量，通过系统数据分析，准确掌握采空区“三带”变化情况，对出现的温度异常现象及时进行反馈，从而实现煤炭自燃发火的预警，为制定有效的防灭火措施提供可靠的技术依据。
2 分布式光纤测温系统的原理分布式光纤测温技术是集温度传感和传输技术于一体，在长达数公里的监测距离内，测温光缆可得到沿途的温度场分布实现远距离的温度监测，并且适用于易燃易爆、强电磁干扰的环境。
气井井下温度压力监测系统
气井井下温度压力监测系统1)永久式光纤气井井下温度压力监测系统产品概述本系列产品采用光纤作为信号传感和传输的重要元件，能实时准确地反映压力和温度的动态变化，主要应用于石油和天然气开采中井下温度压力的在线式监测。
由于整个系统井下部分具有不含任何电子元件，温度适应性强，化学稳定，天然稳定，抗电磁干扰性等优点，因而具有适用范围很广。
由于光纤传输的信息量大，一根光纤可同时串接十多级传感器，便于分层和全井筒测试，并且可固定式安装，使用寿命长，可长期置于井下获取分层、连续、实时的井下数据。
系统组成主要包括井下光纤压力温度传感器、井下信号传输光缆、井口信号调制解调器、显示终端。
高精度光纤压力温度传感器获取井下温度、压力的动态信息，并通过传输光缆传导至地面，通过专用的调制解调仪分析处理后，最后显示在终端计算机上，供操作人员参考使用。
通过其获取的井下流压、静压和动态温度的数据，方便操作人员采用不同的天然气偏差系数计算模型，并对高含硫化氮的酸性气体进行临界温度与临界压力的校正进而较；可以掌握油气储层在采油过程中的动态变化信息，并对所测得的信息进行综合分析，可以得到油气水在油藏的分布状态，由此了解整个油区的开发动态，从而为调整、优化油田开发方案及提高原油采收率提供科学依据。
2)永久式电子气井井下温度压力传感系统产品概述本系列产品采用稳定性高的金属材料作传感器，是井下温度压力传感的一种实用的低成本解决方案。
由于电子压力计由于测试精度高，使用操作简单，是一种目前被广泛使用的井下仪表，主要用于油气田野外环境的长期无人值守测试系统或自动化测试系统。
可适用于常温井、稠油开发井、气井等多种油气开发井中。
压力传感器耐脏污程度、耐腐蚀性、耐潮湿性强，可长期置于井下，避免了反复拆装，是一种经济实用的永置井下电子设备。
在直井、斜井和水平井中均能够使用，安装成功率高于90%。
系统主要由高精度井下温度压力计、井下专用铠装电缆、井口数控单元组成。
矿用分布式光纤测温装置业绩
矿用分布式光纤测温装置业绩
矿用分布式光纤测温装置是一种用于矿山和矿井环境中的温度监测设备，它能够实时、连续、远程地监测矿井内部的温度变化。
这种装置在矿山和矿井中具有重要的应用价值，可以对矿井内部的温度分布进行精准监测，帮助矿山企业提高生产效率、保障矿工安全、预防事故发生。
首先，从技术角度来看，矿用分布式光纤测温装置采用先进的光纤传感技术，通过光纤传感单元将光信号转换为温度信号，实现对矿井内部温度的高精度测量。
这种技术能够实现对矿井不同位置温度的实时监测，并且具有抗干扰能力强、安全可靠等优点，为矿山生产提供了重要的技术支持。
其次，从市场需求角度来看，随着煤矿深部开采、金属矿山开采等活动的不断扩大，对矿用分布式光纤测温装置的需求也在逐渐增加。
煤矿、金属矿山等矿山企业对矿井内部温度变化的监测越发重视，希望通过先进的技术手段提高生产效率、降低安全风险。
因此，矿用分布式光纤测温装置在市场上具有广阔的应用前景。
另外，从经济效益角度来看，矿用分布式光纤测温装置的应用
能够帮助矿山企业提高生产效率，降低能源消耗，减少安全事故发生的可能性，从而带来显著的经济效益。
通过及时发现矿井内部温度异常情况，可以采取相应的措施，避免因温度问题引发的安全事故，保障矿工的生命安全，降低生产停工造成的损失。
总的来说，矿用分布式光纤测温装置在技术、市场需求和经济效益方面都具有较大的潜力和优势。
随着矿山企业对安全生产的重视和对先进技术的需求，矿用分布式光纤测温装置的业绩有望得到进一步的提升。
井下光纤测温系统设计
井下温度监测解决方案1系统设计简析1.1项目背景井温是生产测井中必不可少的一个测量参数，几乎所有的组合测井仪都包括此项测量内容。
准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，尤其在稠油热采工艺中，井温的监测显得非常重要。
目前常规的井温测量方法存在不足：温度传感器的热平衡时间长；传感器的移动会影响井下原始温度场的分布；无法在高温高压环境下对井下的温度场分布进行长期的监测。
光纤传感器作为传感器中一支新秀，已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一。
它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、本质防爆、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点，是对已有的传感技术的发展与补充，它所具有的某些独特性是不能用其它传感技术代替的，尤其适用于石油化工、电力等行业的恶劣环境中。
而分布式光纤测温技术作为近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，20世纪70年代起伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来，我国从20世纪90年代后期首次利用分布式光纤监测技术测量温度以来，至今已有多个工程应用。
油田中很大一部分是稠油区块，主要采用蒸汽吞吐的开采方式，高温监测最高测试温度达350℃以上。
由于仪器工作环境恶劣，使传统的仪器无法进行有效测量。
分布式光纤温度监测系统，提供了几近完美的探测性能。
光纤分布式温度监测系统相比其他探测手段，这一新兴的线型应变监测手段正逐渐为各个领域的用户广为接受，石化油井由于其易燃易爆、线性结构的特点就更为适用。
1.2系统目标油田井下温度分布监测——分布式光纤温度监测系统必须保证：(1)油田井下温度的实时监测；(2)根据实际工程需要情况，沿油井垂直方向，实现全方位分布式监测；(3)准确定位温度异常点位置，显示异常或者事故时的温度状态；(4)通过辅助软件分析光纤分布式温度监测系统所探测到的油井温度分布，并提供存储、查询等功能。
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井下温度监测解决方案
1系统设计简析
1.1项目背景
井温是生产测井中必不可少的一个测量参数，几乎所有的组合测井仪都包括此项测量内容。
准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，尤其在稠油热采工艺中，井温的监测显得非常重要。
目前常规的井温测量方法存在不足：温度传感器的热平衡时间长；传感器的移动会影响井下原始温度场的分布；无法在高温高压环境下对井下的温度场分布进行长期的监测。
光纤传感器作为传感器中一支新秀，已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一。
它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、本质防爆、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点，是对已有的传感技术的发展与补充，它所具有的某些独特性是不能用其它传感技术代替的，尤其适用于石油化工、电力等行业的恶劣环境中。
而分布式光纤测温技术作为近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，20世纪70年代起伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来，我国从20世纪90年代后期首次利用分布式光纤监测技术测量温度以来，至今已有多个工程应用。
油田中很大一部分是稠油区块，主要采用蒸汽吞吐的开采方式，高温监测最高测试温度达350℃以上。
由于仪器工作环境恶劣，使传统的仪器无法进行有效测量。
分布式光纤温度监测系统，提供了几近完美的探测性能。
光纤分布式温度监测系统相比其他探测手段，这一新兴的线型应变监测手段正逐渐为各个领域的用户广为接受，石化油井由于其易燃易爆、线性结构的特点就更为适用。
1.2系统目标
油田井下温度分布监测——分布式光纤温度监测系统必须保证：
(1)油田井下温度的实时监测；
(2)根据实际工程需要情况，沿油井垂直方向，实现全方位分布式监测；
(3)准确定位温度异常点位置，显示异常或者事故时的温度状态；
(4)通过辅助软件分析光纤分布式温度监测系统所探测到的油井温度分布，并提供存储、查询等功能。
通过对井下温度分布进行实时监测可以及时解决问题，避免事故的发生，同时为地质资料解释提供依据，是实现油井自动及智能化管理的重要工作之一。
2系统总体设计方案
设备的布置必须结合油井的结构特点，从全面覆盖、安装便利上通盘考虑。
本方案所采用的光纤分布式温度监测系统，能将油井沿径向任意位置的实时温度显示出来，并连接到油井管理信息网，实时监控油井的温度分布。
油井一旦发现所测量温度值超过标准设定报警温度时，光纤分布式温度监测系统把实时报警信号送到报警主机，报警控制主机随后将发出声光报警并显示，同时把报警信号上传至油井管理中心。
2.1系统特点
以其优越的性能，快速的检测和强大的软件分析能力，使得整个DTS系统具有如下特点和优势：
2.2现场设备布置
图1给出了一个利用DTS对油井温度进行实时监测的系统布置示意图。
DTS 主机放置在控制室，同时原始的温度数据可以在本机或远程提取与查看。
DTS光纤分布式温度监测系统主机通过多种输出方式将所探测的油井温度信号反馈给控制中心，油井内的高温探测光缆可进行分区，分别设置报警温度。
可以选择单通道或多通道，每个通道对一口油井进行监测，探测光纤的长度由实际情况决定。
图1 现场布置示意图
2.3感温光缆的铺设
对光纤测温系统而言，光纤本身既是传感介质也是传输介质，在测量时，不需要温度探头和电缆设备，主要的施工方式有两种：移动方式和固定方式。
移动方式：移动方式与常规的电缆测井施工方法类似，即将光纤放入井中，所不同的是无须挂接测量仪器。
主要用于注蒸汽井注水井的注入剖面、自喷井产出剖面、套管井的井况测试。
固定方式：将外披钢丝光纤与生产管柱捆绑后下入井下，直到下一次作业时
起出，传感光纤在较长的一段时间内固定于井下，这种工作方式主要用于对重要
的油气井的井下温度分布进行长期不间断的监测，尤其是在注蒸汽热采井中，通常使用固定式。
可用于深井泵、螺杆泵、采油井、高凝油井、稠油井的生产动态剖面测试。
2.4数据处理及分析（DTS软件）
光纤分布式温度监测系统的采集文件被转换并输出到文件夹中。
表格的每一栏都代表了电缆线路上一个地理位置点的不同温度值。
每一行都显示了一个获取数据的空间温度曲线分布。
不同的获取的数据点的空间分辨率是1米。
以这个表格为基础，绘制两种类型的图表用做进一步的分析。
一种是显示光缆线路上温度与空间分布曲线图，另一种显示某一特定点的温度随时间变化曲线图。
对于温度空间分布曲线图如下图示：
图2 软件界面
从图中可得到温度最大值MxФ(x)、温度算术平均值MyФ((x)、温度最小值miФ((x)、温度变化值ΔФ(x)、标准偏差值δ(x)等参数。
温度变化值ΔФ(x) 用于检测存取期间，每一点上的温度变化。
标准偏差值ΔФ(x)用来确定利用DTS计算得出值的可靠性。
根据实际工程的不同，SOSC还可以进行二次开发，使DTS温度监测系统软
件拥有友好的中文操作界面、强大的数据库功能，更直观的显示待测物的温度分布。
这里给出我们金山石化油罐测温的DTS软件主界面，如图3所示。
图3 金山石化油罐测温软件主界面
3小结
近年来，分布式光纤传感市场以每年60％以上的速度递增，越来越得到各个领域人士的认可。
目前，在国内，在隧道火灾自动报警、电缆温度监测中，分布式光纤传感系统都已经有了不少的应用案例。
油井温度是生产测井中必不可少的一个测量参数，准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，DTS可以提供几近完美的解决方案。
基于拉曼散射的DTS研究起步较早，技术上趋于成熟，应用到油井温度监测中，突出的优势主要表现在：
●实现了分布式的在线监测，大大降低了漏报、误报的可能性；
●根据油井的不同，可对报警温度自行设定，且可进行分区，每个区的阈
值均可改变；
●利用一台DTS设备可以实现对多个油井的监测，性价比高；
●系统传感部分完全不带电，全光型，不存在安全隐患。