分布式光纤产气剖面测井技术研究应用
分布式光纤监测技术的应用
１ 分布 式光纤 监测 技术应 用 的特点
（） ２ 光纤本身轻细纤柔 ， 光纤传感器 的体积
小， 重量 轻 ， 仅便 于 布设 安 装 ， 且对 埋 设部 位 不 而
的材料 性 能和力 学 参 数影 响甚 小 ， 实现 无 损 埋 能
设。
近年 来 ， 为改进 传统 的结构 安全 监测方 法 ， 将 光纤 传感 技术应 用 于结 构 工程 领 域 ， 以监 测 结构
成果 。
（） ３ 灵敏 度高 ， 可靠 性好 ， 使用 寿命 长 。 分 布式 光纤 监 测技 术 除 了 具有 以上 特 点外 ，
还具有 以下 两个 显著 的优点 ：
（ ） 以准确 的测 出光 纤 沿 线任 一 点 的监 测 １可
量， 信息 量大 ， 成果 直观 。
分布式光纤传感 器是 目前 国内外 研究 的热 点 ， 试 用 光纤 的跨 距 可达几 十 千 米 ， 测 分辨 率 高 ，
独特 的优点 ：
第 二类是 渗 流定位监 测 。如设 置 于广 东 长调 水 电站 面板 周 边缝 的 分 布式 光 纤 温度 一 流 监 测 渗 系统 。水库 蓄水 期 间 ， 发现 周 边 缝有 几 处 渗 漏 即 点， 对渗 漏定位 相 当有效 。 第 三类是 位移 和随 机裂缝 监测 。如设 置 于隔 河 岩 电站水库 覃家 田滑坡 中的螺旋 型分布 式光纤 位 移监 测系统 ； 置 于 湖北 古 洞 口面板 堆 石 坝 面 设
的外 部荷 载 ， 量 内部温 度 、 力 、 变及 由外部 测 应 应
荷载 引起 的损 伤 已成 为 人 们 研 究 的一 个 热 点 课 题 。欧美 等工业 发达 国家逐 步将 光纤传 感技 术应 用于结 构安 全监 控 。国 内的专家 学者 也成功 地将
连续油管光纤产气剖面测试技术应用试验
连续油管光纤产气剖面测试技术应用试验徐帮才【摘要】连续油管光纤产气剖面测试是针对页岩气井长水平段、多级压裂开发模式下的一种能直观清晰地找出主力产层的技术，掌握其主要工具设备与关键施工工艺决定技术应用成败。
通过涪陵页岩气产能建设示范区应用试验发现：测试成果数据有助气田开发配产；水力泵送光纤穿越连续油管是施工的关键环节；测试数据质量受测试工作制度、井筒处理效果影响较大。
%Coiled tubing optical gas production profile testing technology is specially used for long horizontal wellbore and multistage fracturing development mode of shale gaswells .This technology contributes to locating main productive lay‐ers intuitively and clearly .Its application in Fuling shale productivity construction demonstration plot gets a conclusion that testing result data are helpful in gasfield development ,letting optical fiber pass through coiled tubing by hydraulic pump is key link in operation and testing data quality is majorly affected by testing system and wellbore treatment effect .【期刊名称】《江汉石油职工大学学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P26-29)【关键词】页岩气;水平井;连续油管;光纤;产气剖面【作者】徐帮才【作者单位】江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P631.8随着涪陵国家级页岩气产能建设示范区开发进程的不断推进，为了给后期指导开发方案提供有力依据，针对不同区块、不同层位、不同压裂段对总体产量的贡献这类资料的需求不断增强。
分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用
第38卷第2期2020年3月应用科学学报JOURNAL OF APPLIED SCIENCES—Electronics and Information EngineeringVol.38No.2Mar.2020DOI:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.02.002•特邀论文•分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用李世念1,2，张旭苹1，宋宏2，陈健3，张益昕1，陆金波2，赵晓京21.南京大学智能光传感与调控教育部重点实验室，南京2100932.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京1000393.中国煤炭地质总局广东煤炭地质局，广州510170摘要：煤炭一直是中国的主体能源，煤矿地质监测是煤矿安全生产的重要保障.分布式光纤传感技术具有感测点连续、高精度、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，在煤矿地质监测中有重要的应用.该文介绍了布里渊光时域反射（Brillouin optical time domain reflectometry,BOTDR）技术在煤矿地质监测中的应用.重点介绍了采用分布式光纤传感技术进行采空区地层变形监测的方法和结果.结果表明，分布式光纤监测技术能够满足煤矿地质监测需求，具有良好的应用前景.关键词：光纤传感；布里渊光时域反射；煤矿地质监测；采空区稳定性；地层变形监测中图分类号：TD325文章编号：0255-8297(2020)02-0215-11Distributed Optical Fiber Sensing Technology and Its Application in Coal Mine Safety ProductionLI Shinian1,2,ZHANG Xuping1,SONG Hong2,CHEN Jian3,ZHANG Yixin1,LU Jinbo2,ZHAO Xiaojing21.Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation,Ministry of Education,Nanjing University,Nanjing210093,China2.General Prospecting Institute,China National Administration of Coal Geology,Beijing100039,China3.Guangdong Coal Geology Bureau,China National Administration of Coal Geology,Guangzhou510170,ChinaAbstract:Coal is the main source of energy in China,and coal mine geological monitor-ing is an important guarantee for the safe production of coal mines.Distributed opticalfiber sensing technology has the advantages of sensing continuity,high precision,anti-electromagnetic interference and corrosion resistance,and has been applied in coal-mine收稿日期：2019-12-08基金项目：国家自然科学基金（No.61540017,No.61405090,No.61627816）；中国煤炭地质总局科技创新项目（No.ZMKJ-2018-04,No.ZMKJ-2019-J10）资助通信作者：张旭苹，教授，博导，研究方向为分布式光纤传感技术及其应用、光电信号探测与处理、光电集成传感等.E-mail:xpzhang@216应用科学学报第38卷geological monitoring in recent years.First,this paper introduces the principle of Bril-louin optical time-domain reflectometry(BOTDR)technology and its applications in thecoal-mine geological monitoring.Second,a practical application of BOTDR to monitor thedeformation of coal-mine goaf is demonstrated.It shows that the distributed optical fibermeasurement could sufficiently meet the requirements of coal-mine geological monitoringand has a good application prospect.Keywords:optical fiber sensing,Brillouin optical time domain reflectometry(BOTDR),coal-mine geological monitoring,goaf stability,formation deformation monitoring煤炭是中国重要的主体能源，在能源供给结构中处于重要战略和主导地位.中国煤炭资源储量丰富，预测地质储量超过4.5万亿吨.煤炭在一次能源生产和消费结构中常年占据60%以上，到2020年，国内一次能源消费总量控制约48亿吨标准煤，煤炭消费控制在62%以内[1].预计到2050年煤炭在一次能源生产中仍将占50%[2].以煤为主的能源结构在相当长的一个时期内不会改变，开发利用煤炭资源是能源禀赋、能源结构和经济社发展的必然选择.在煤矿开采生命周期中，实现煤炭的绿色开采和安全生产是关系煤炭工业持续健康发展的头等大事.因此，煤矿地质保障技术及装备作为煤矿高效、安全、绿色开发的关键技术之一，被列入高产高效矿井的五大保障体系.随着中国浅层煤炭资源储量的不断减少，煤炭的开采深度逐渐向深部发展[3].深部巷道处于高地应力、高地温、高渗透压的特殊地质条件下[4]，容易引发剧烈的巷道变形和采场矿压，进而导致发生岩爆与冲击地压事故、煤与瓦斯突出事故、突水事故的几率增加[5]，严重影响煤矿的安全生产.目前通常采用地质勘查、物探、钻探、化探等技术解决煤层结构、瓦斯赋存、水害防治等煤矿地质问题，保障煤矿的安全生产[6].上述技术在煤矿地质保障中发挥了重要作用，但也存在传感器使用寿命较短、电学传感器存在安全隐患、难以实时测量等方面的问题.分布式光纤传感技术具有感测点连续分布、抗电磁干扰、应变测量精度高、韧性好、抗变形、磨损能力强等适合工程应用的特点，非常符合地质和工程安全监测的应用需求[7-9].近年来，研究者利用分布式光纤传感技术，在油气管道安全监测[10]、岩土工程安全监测[11]、石油勘探[12]、输电线路安全监测[13]等领域中都开展了不同程度的研究和应用.本文介绍了目前煤矿地质监测中分布式光纤传感技术的一些应用，并给出了在煤矿采空区地层稳定性监测中的应用实例.1分布式光纤传感原理光波与光纤介质中的粒子相互作用产生散射.光纤中的散射光包括瑞利散射（Rayleigh scattering）、布里渊散射（Brillouin scattering）、拉曼散射（Raman scattering），如图1所示.图1散射光谱分布图Figure1Scattering spectrum distribution第2期李世念，等：分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用217布里渊散射是由光子和声学声子的相互作用产生的，由于存在多普勒效应，布里渊散射光相对于入射光存在一个布里渊频移νB.当探测脉冲光注入传感光纤后，其在光纤沿线各位置处产生的背向布里渊散光沿光纤原路返回到光纤入射端，且各位置处νB的数值与该位置处光纤的应变量之间呈现出良好的线性关系，可表示为v B(ε)=v B(0)+d v B(ε)dεε(1)式中，v B(ε)为实际测量出的布里渊频率的漂移量，v B(0)为当应变为0时的布里渊频率的漂移量，d v B(ε)dε为比例系数，在1550nm波长其取值约为493MHz/%.通过测量光纤中的背向布里渊散射光的频率漂移量v B就可以得到光纤沿线的应变分布信息，从而实现分布式光纤应变传感.在目前发展较成熟的基于布里渊散射的分布式光纤应变感测技术中，布里渊光时域反射（Brillouin optical time-domain reflectometry,BOTDR）技术基于光时域反射原理与自发布里渊散射，可以实现单端检测而不需要提供回路光纤，在岩土与地质工程中具有明显优势.目前商用的BOTDR仪器测试距离通常可达数十km，在空间分辨率为m量级的情况下，应变测试精度可保证在数十µε量级.2煤矿地质光纤监测技术介绍国内外研究者利用分布式光纤传感技术，在煤矿地质监测领域中开展了不同程度的试验和研究.本文主要介绍布里渊光时域反射光纤传感技术在煤矿安全高效生产监测中的应用. 2.1煤矿井筒变形监测技术作为煤矿生产的咽喉通道，矿山井筒是保证煤矿安全生产的一个重要环节.煤矿开采深度逐渐增加、复杂的地质条件、环境因素等使井壁的受力情况也复杂多变[14].煤矿采动、地应力变化、地下水位下降、井壁混凝土腐蚀等情况，导致井筒在服役过程中受到不均匀荷载作用和有害化学环境腐蚀等因素的多重破坏.从而诱发井筒内部结构的力学损伤和化学变化，使井壁结构承载力急剧下降而失效.严重威胁煤矿工人生命安全并给煤矿造成巨大的经济损失[15].因此，实时监测井壁的应力、应变状态对于保证煤矿的安全生产尤为重要[16].目前井筒变形的监测方法主要有利用精密水准仪、钢丝基准线法、激光垂准仪、GPS等直接测量技术和基于传感器（如测斜仪、压力计、应变计）的间接推演方法[17]，但这些方法难以实现对井筒变形进行长期、连续、实时、稳定的监测.同时，由于井壁所处的复杂地质条件和环境因素，传统电学传感器很容易受到井壁变形、水和化学腐蚀等恶劣环境的影响而失效.近年来，利用光纤传感技术对煤矿井筒变形进行监测引起研究者的极大关注.最初主要采用光纤光栅技术对井筒变形的监测和预警开展研究[18-19].与光纤光栅传感技术相比，分布式光纤传感技术具有分布式、不漏点的测量优势，在煤矿井筒变形监测中也取得了较好的应用效果.通常情况下，分布式光缆的布设方式如图2所示.文献[20]研究了不同的光纤传感器粘贴方式、粘接材料和施工工艺对监测效果的影响，为井筒变形的分布式光纤监测提供了经验和理论基础.文献[21]基于BOTDR光纤传感技术，研究传感光缆的布设方法和异常变形的检测方法，得出了灌浆引起的井筒变形的演化规律.文献[22]利用分布式光纤应变传感技术对治理井壁渗漏期间的井筒变形情况进行监测，获得了壁后注浆技术治理井壁渗漏过程中的井筒应变数据，进一步分析了注浆液的扩散情况.光纤传感技术已经在煤矿井筒变形监测中获得了一定程度的试验和应用，为煤矿井筒变形监测提供了一种新型、可靠、准确和实时的监测方法.218应用科学学报第38卷图2井筒变形监测分布式光纤布设示意图Figure2Schematic diagram of distributed optical fiber layout for wellbore deformation monitoring2.2巷道变形光纤监测技术深部巷道处于高地应力、高地温、高渗透压的特殊地质环境，各种煤矿安全事故的发生几率很高.特别是当巷道走向的岩体强度不均匀时（如巷道穿过软硬交替的岩层、含水断层或裂缝等），局部软弱部位的变形破坏带来的应力不均会进一步加剧巷道其他部位的失稳，进而破坏整段巷道[23].因此，实时监测巷道及其周围岩体的变形情况，针对变形严重的部位进行重点监测和治理，对确保深部煤炭资源安全、高效开采作用重大[24].近年来，国内外研究者利用分布式光纤应变监测技术，对煤矿开采过程中巷道表面及周围岩体的变形情况开展了一些试验和研究，并取得了一定的研究成果.文献[25]将分布式光缆安装在开挖面前方的钻孔中，利用BOTDR技术实时监测全断面岩石掘进机（tunnel boring machine,TBM）掘进巷道过程中围岩变形行为，解决了传统传感器只能安装于掘进面后方而无法监测掘进面前方的应变和变形的问题，为围岩变形控制工作提供了重要参考.文献[26-27]采用BOTDR光纤应变传感技术，针对巷道顶板变形监测场景下的光缆选取和布设工艺开展研究，并通过室内试验建立起顶板沉降变形与光纤应变之间的关系模型.文献[28-29]将分布式光缆植入巷道底部钻孔，在工作面回采过程中实时监测光缆的应变变化，进而分析巷道底板下方围岩的变形破坏范围和演化特征.分布式光纤传感技术的应用，为煤矿巷道及其围岩变形和破坏的演化特征研究提供了一种全新的技术手段.2.3煤矿采动覆岩变形光纤监测技术矿井开采过程中，覆岩变形是影响煤矿开采安全性的关键问题之一.地下开采导致上覆地层应力的重新分布，在重力等构造应力的作用下，工作面上覆岩层发生变形、分离、破裂和坍塌.上覆岩层的变形和垮塌会破坏巷道安全，进而引发突水事故、冲击地压、瓦斯突出等灾害，给煤矿安全生产带来重大隐患；同时也会引起地下水位下降、地表沉陷、环境破坏等多种生态环境问题.因此，实时、准确地监测覆岩变形的分布和破坏范围并分析其动力学特征和演化规律，可以为煤矿地质灾害的评价和预测提供可靠的数据支撑，同时对保障煤矿的安全生产具有十分重要的意义.目前，针对上覆岩层的变形和破坏常用的分析和测量方法有：经验公式[30]、相似材料模第2期李世念，等：分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用219拟试验[31]、数值模拟[32]、物探方法[33].这些方法提高了覆岩变形的计算或估算精度，为保障煤矿的安全、高效生产提供了支持.但在实际应用过程中，上述方法存在定量化水平不高，难以准确反映上覆岩层的变形、破坏和垮塌的全过程等问题.研究者们将光纤传感器或分布式光缆植入地表或煤巷的钻孔中，监测覆岩的变形和受力情况，并针对覆岩变形开展了研究.文献[34]将3种不同的变形感测光缆植入工作面上方的地表钻孔中，利用分布式的BOTDR技术监测煤炭地下采动过程中的覆岩变形情况，研究了开采下覆岩的变形和破坏过程.文献[35]在煤矿工作面斜上方的两个不同角度钻孔中植入分布式光缆，利用BOTDR光纤感测技术监测煤层开采过程上覆岩层的动态受力和变形的情况，并结合覆岩的岩性组合分析了垮落带和导水裂隙带的发育高度.文献[36-38]利用光纤光栅和分布式光纤传感技术，针对采场覆岩变形开展了一系列模拟试验，将光栅传感器或分布式光缆埋入岩土试验模型，研究了煤炭开采过程中光纤应变与采场覆岩垮落演化特征之间的关系.文献[39-40]利用分布式光纤传感技术开展针对煤矿采动过程中覆岩变形的试验模拟和现场研究，通过构建试验模型和地表钻孔中植入分布式光缆，研究了煤炭采动引起的覆岩变形的变形模式.与传统的监测方法相比，光纤传感技术为研究覆岩变形的提供了一种更准确的方法.通过在煤巷上覆岩层中布设光纤传感器或光缆，可以实时感测煤岩开采过程中覆岩的应变状态，分析覆岩变形和破裂的动力学过程.对预防煤矿灾害和地表生态保护具有重要意义.3采空区地层变形监测研究采空区是因开采作业引发的围岩变形、失稳而产生位移、开裂、破碎、垮落，甚至上覆岩土层整体弯曲、下沉所引起的地表变形和破坏的区域，是引起地面塌陷和地裂缝形成的原因之一.采空区上覆岩体的坍塌变形对地表形态、土地资源及农田、地面建筑、铁路公路、地下水、地表水等会造成较大的影响和破坏，严重影响采空区上覆及其周围环境内人们正常的生产和生活，进而带来一系列严重的经济和社会问题.随着城市化进程的不断加快，城市边界不断扩展，煤矿采空区土地成为城市发展的重要自然资源.建筑物下方采空区、铁路（地铁）下方采空区、公路下方采空区等问题成为城市发展进程中面临的重要问题[41].因此分析采空区的剩余变形量和评价采空区的稳定性，对于保障城市建设、维护公共安全具有重要意义.目前，采空区地层变形的监测主要以地面沉降监测技术为主，如合成孔径干涉雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）技术、遥感影像、GPS技术等.这些技术都是通过对地表变形情况进行测量来反演地层变化情况，但无法获得地层各层位的真实变形数据，对于地下各层位的沉降变形情况并没有有效的观测手段.分布式光纤感测技术具有分布式特点，可以感知测量感测光缆沿线每一点的应变变化.感测光缆本身纤细微小，易于施工植入到钻孔内，因此可以感知测量钻孔内全地层的变形情况，并实现全地层变形的精细化测量.本文选取某条经过煤矿采空区的地铁线路开展地层稳定性的分布式光纤监测技术研究，监测地铁施工过程中采空区上覆岩层的变形情况.综合地层变形布设和监测的要求，选择了直径为5mm的金属基应变感测光缆用于采空区覆岩地层整体变形的监测，其主要性能参数和光纤结构分别如表1和图3所示；选取了点距为5m的定点式应变感测光缆用于采空区局部地层变形的精细监测，其主要性能参数和光纤结构分别如表2和图4所示；选取温度感测光缆用于变形数据的温度补偿，其主要性能参数和光纤结构分别如表3和图5所示.以上3种光缆具有良好的抗拉和抗压强度、较高的应变传递性能，能够满足钻孔的布设和监测需求，光220应用科学学报第38卷缆布设方式如图6所示.监测设备采用南京法艾博光电科技有限公司自主研发的基于BOTDR原理的Ada-3032D 型分布式光纤应变/温度监测系统，该设备能够获取传感光纤上任意点处的布里渊散射光频谱信息并据此同步解算出沿传感光缆的应力场、温度场以及损耗分布，具有单端无损监测、监测精度高、传感距离长以及测量重复性好等优点.图3金属基应变感测光缆Figure3Metal-reinforced sensing optical cable图45m定点式应变感测光缆Figure45m interval fixed point sensing optical cable表1金属基光缆性能参数Table1Performance parameters of metal-reinforced sensing optical cable参数类型参数值光纤类型单模光缆类型金属基纤芯数量1光缆直径/mm 5.0光缆重量/(kg/km)38表25m定点光缆性能参数Table2Performance parameters of5m interval fixed point sensingoptical cable参数类型参数值光纤类型SM G.652b纤芯数量1光缆直径/mm 5.0,8.0定点点距/m5第2期李世念，等：分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用221图5温度感测光缆Figure5Temperature sensing cable表3温度感测光缆性能参数Table3Performance parameters of temperature sensing cable参数类型参数值光纤直径/mm3光缆强度/N长期200，短期400最小弯曲半径/mm动态20D，静态10D工作温度/◦C–20∼+85图6光缆布设示意图Figure6Schematic diagram of optical cable layout222应用科学学报第38卷埋入钻孔的光缆与地层稳定耦合之后，针对该处采空区的覆岩变形情况进行了多组测量，图7分别为5m定点光缆和金属基应变感测光缆的应变曲线.对比两种类型光缆的应变曲线可知，定点光缆具有良好的局部地层的应变感知能力且各定点之间的变形不会互相影响，使局部地层的应变测量更加精细；金属基应变感测光缆更能反映出地层的整体变化情况，不同地层之间的变形相互影响，共同作用于整个地层的变形曲线.该处地铁未开始施工，两组光缆观测到的多期应变结果并没有明显差异，表明该处采空区目前处于稳定状态.但在后期地铁线路的施工过程中，是否会对采空区地层变形产生影响，需要在工程开展后对光纤变形数据持续监测分析.图7地层应变曲线Figure7Formation strain curve4结语分布式光纤传感技术具有抗电磁干扰、无名火、本质安全、抗腐蚀等特点，近年来在煤矿地质监测领域逐渐受到重视并得到应用.本文介绍了分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的一些应用，重点介绍了采用分布式光纤传感技术对采空区地层变形进行监测的方法和结果.结果表明，分布式光纤传感技术能够适应煤矿复杂的地质环境，准确、实时、可靠地监测煤矿中不同地层或结构的变形情况，与传统方法相比具有明显的优势，应用前景良好.参考文献:[1]能源发展战略行动计划（2014-2020年）[J].中华人民共和国国务院公报，2014(33):9-16.Energy Development Strategy Action Plan(2014-2020)[J].The Bulletin of the State Council of the People’s Republic of China,2014(33):9-16.(in Chinese)[2]林柏泉.我国煤矿安全现状分析[J].能源技术与管理，2006,31(2):3.Lin B Q.Analysis of coal mine safety in China[J].Energy Technology and Management,2006, 31(2):3(in Chinese)[3]Zhou H,Qu C K,Hu D W,et al.In situ monitoring of tunnel deformation evolutions fromauxiliary tunnel in deep mine[J].Engineering Geology,2017,221:10-15.第2期李世念，等：分布式光纤传感技术在煤矿地质监测中的应用223 [4]Yang S Q,Chen M,Jing H W,et al.A case study on large deformation failure mechanism ofdeep soft rock roadway in Xin’an coal mine,China[J].Engineering Geology,2017,217:89-101.[5]谢和平，周宏伟，薛东杰，等.煤炭深部开采与极限开采深度的研究与思考[J].煤炭学报，2012,37(4):535-542.Xie H P,Zhou H W,Xue D J,et al.Research and consideration on deep coal mining and critical mining depth[J].Journal of China Coal Society,2012,37(4):535-542.(in Chinese) [6]张庆贺，杨科，袁亮，等.基于位移连续监测的采场两带变形垮落特性试验研究[J].工程科学与技术，2019,51(3):36-42.Zhang Q H,Yang K,Yuan L,et al.Experimental study on deformation and collapse char-acteristics of two stope belts based on continuous displacement monitoring[J].Advanced Engi-neering Sciences,2019,51(3):36-42.(in Chinese)[7]Ohno H,Naruse H,Kihara M,et al.Industrial applications of the BOTDR optical fiberstrain sensor[J].Optical Fiber Technology,2001,7(1):45-64.[8]Habel W R,Krebber K.Fiber-optic sensor applications in civil and geotechnical engineering[J].Photonic Sensors,2011,1(3):268-280.[9]Giallorenzi T G,Bucaro J A,Dandridge A,et al.Optical fiber sensor technology[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,1982,30(4):472-511.[10]Ren L,Jiang T,Jia Z G,et al.Pipeline corrosion and leakage monitoring based on thedistributed optical fiber sensing technology[J].Measurement,2018,122:57-65.[11]隋海波，施斌，张丹，等.地质和岩土工程光纤传感监测技术综述[J].工程地质学报，2008,16(1):135-143.Sui H B,Shi B,Zhang D,et al.Review on fiber optic sensor-based monitoring techniques for geological and geotechnical engineering[J].Journal of Engineering Geology,2008,16(1): 135-143.(in Chinese)[12]Yu G,Cai Z,Chen Y,et al.Borehole seismic survey using multimode optical fibers in a hybridwireline[J].Measurement,2018,125:694-703.[13]张旭苹，武剑灵，单媛媛，等.基于分布式光纤传感技术的智能电网输电线路在线监测[J].光电子技术，2017,37(4):221-229.Zhang X P,Wu J L,Shan Y Y,et al.On-line monitoring of power transmission lines in smart grid based on distributed optical fiber sensing technology[J].Optoelectronic Technology, 2017,37(4):221-229.(in Chinese)[14]宋许根，陈从新，夏开宗，等.竖井变形破坏机制与继续使用可行性探究[J].岩土力学，2017,38(A1):221-229.Song X G,Chen C X,Xia K Z.et al.Research on deformation mechanism and feasibility of continuous use of mine shaft[J].Rock and Soil Mechanics,2017,38(A1):221-229.(in Chinese) [15]刘娟红，卞立波，何伟，等.煤矿矿井混凝土井壁腐蚀的调查与破坏机理[J].煤炭学报，2015,40(3):528-533.Liu J H,Bian L B,He W,et al.Investigation and destruction mechanism on corrosion ofconcrete shaft in coal mine[J].Journal of China Coal Society,2015,40(3):528-533.(in Chinese)[16]Han T,Yang W H,Yang Z J,et al.Monitoring study of shaft lining concrete strain infreezing water-bearing soft rock during mine shaft construction period in west China[J].Procedia Engineering,2011,26:992-1000.[17]王坚，高井祥.井筒变形监测理论与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2018.[18]朱磊，柴敬，陈娜.基于光纤光栅技术的井筒变形监测[J].煤矿安全，2017,48(3):140-143.Zhu L,Chai J,Chen N.Shaft deformation monitoring based on fiber Bragg grating[J].Safety in Coal Mines,2017,48(3):140-143.(in Chinese)[19]黄明利，吴彪，刘化宽，等.基于光纤光栅技术的井壁监测预警系统研究[J].土木工程学报，2015,48(A1):424-428.Huang M L,Wu B,Liu H K,et al.The development of shaft monitoring and early warning system based on the technology offiber Bragg grating[J].China Civil Engineering Journal,2015, 48(A1):424-428.(in Chinese)[20]Liu Z,Gao G,Xu F,et al.Optical fiber sensing technology in deformation monitoring shaftof Jinchuan Mine[J].Rock Mechanics:Achievents and Ambitions,2012:31-34.224应用科学学报第38卷[21]Piao C,Yuan J,Shi B,et al.Application of distributed optical fiber sensing technology inthe anomaly detection of shaft lining in grouting[J].Journal of Sensors,2015(2015):1-8. [22]郭建伟，涂兴彦，朱伟强，等.基于光纤应变测试技术的井筒壁后注浆井壁变形监测[J].煤矿安全，2015,46(3):153-159.Guo J W,Tu X Y,Zhu W Q,et al.Deformation monitoring of grouting behind the wellbore wall based on optical fiberstrain test technology[J].Safety in Coal Mines,2015,46(3):153-159.(in Chinese)[23]Wang H,Zheng P Q,Zhaow J,et al.Application of a combined supporting technology withU-shapedsteel support and anchor-grouting to surrounding soft rockreinforcement in roadway [J].Journal of Central South University,2018,25(5):1240-1250.[24]Zhao Z G,Zhang Y J,Li C,et al.Monitoring of coal mine roadway roof separation basedon fiber Bragg grating displacement sensors[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2015,74:128-132.[25]Tang B,Cheng H.Application of distributed optical fiber sensing technology in surroundingrock deformation control of TBM-excavated coal mine roadway[J].Journal of Sensors,2018, 2018:1-10.[26]侯公羽，谢冰冰，江玉生，等.基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究[J].岩土力学，2017,38(5):1298-1304.Hou G Y,Xie B B,Jiang Y S,et al.Theoretical and experimental study of the relationship between optical fiberstrain and settlement of roof based on BOTDR technology[J].Rock and Soil Mechanics,2017,38(5):1298-1304.(in Chinese)[27]侯公羽，谢冰冰，江玉生，等.用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理[J].岩土力学，2017,38(A1):96-102.Hou G Y,Xie B B,Jiang Y S,et al.Sawtooth layout technology and principle of fiber used in deformation monitoring of roadway subsidence[J].Rock and Soil Mechanics,2017,38(A1) 96-102.(in Chinese)[28]孙斌杨，张平松，付茂如，等.采场底板岩层破坏规律光纤测试方法与效果[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2017,40(5):701-707.Su B Y,Zhang P S,Fu M R.et al.Fiber optic test and results of failure law of floors trata in coal mining sit[J].Journal of Hefei University of Technology(Natural Science),2017,40(5): 701-707.(in Chinese)[29]张平松，张丹，孙斌杨，等.巷道断面空间岩层变形与破坏演化特征光纤监测研究[J].工程地质学报，2019,27(2):260-270.Zhang P S,Zhang D,Su B Y,et al.Optical fiber monitoring technology of rock stratum deformation and failure in space of mining field[J].Journal of Engineering Geology,2019,27(2): 260-270.(in Chinese)[30]国家煤炭工业局制定.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京：煤炭工业出版社，2000.[31]柴敬，霍晓斌，钱云云，等.采场覆岩变形和来压判别的分布式光纤监测模型试验[J].煤炭学报，2018,43(S1):36-43.Chai J,Huo X B,Qian Y Y,et al.Model test for evaluating deformation and weighting of overlying strata by distributed optical fiber sensing[J].Journal of China Society,2018,43(S1): 36-43.(in Chinese)[32]缪协兴，陈荣华，浦海，等.采场覆岩厚关键层破断与冒落规律分析[J].岩石力学与工程学报，2005,24(8):1289-1295.Miao X X,Chen R H,Pu H.et al.Analysis of breakage and collapse of thick key strata around coal face[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2005,24(8):1289-1295.(in Chinese)[33]张平松，胡雄武，吴荣新.岩层变形与破坏电法测试系统研究[J].岩土力学，2012,33(3):952-956.Zhang P S,Hu X W,Wu R X.Study of detection system of distortion and collapsing of toprock by resistivity method in working face[J].Rock and Soil Mechanics,2012,33(3):952-956.(in Chinese)[34]Liu Y,Li W,He J,et al.Application of Brillouin optical time domain reflectometry to dy-namic monitoring of overburden deformation and failure caused by underground mining[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2018,106:133-143.。
分布式光纤传感系统的工程应用
分布式光纤传感系统的工程应用随着科技的不断发展，分布式光纤传感系统在工程领域中得到了广泛的应用。
分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感器的技术，通过测量光纤中的光信号的变化来获得环境中的各种信息。
它具有高精度、高灵敏度和分布式测量等优点，在工程应用中发挥着重要的作用。
一、地下管线监测地下管线是城市基础设施的重要组成部分，对于城市的正常运行和居民的生活起到了至关重要的作用。
然而，地下管线故障频发，给城市管理者带来了巨大的压力。
分布式光纤传感系统可以被应用于地下管线的监测中，通过将光纤埋设在地下管线附近，实时监测管线的变化情况。
当管线出现泄漏、破损等问题时，光纤中的光信号会发生变化，系统可以及时发出警报，以便进行维修和处理。
二、结构安全监测在建筑工程中，结构的安全性是至关重要的。
分布式光纤传感系统可以被应用于建筑物的结构安全监测中，通过将光纤固定在建筑物的关键部位，实时监测结构的变化情况。
当建筑物出现裂缝、位移等问题时，光纤中的光信号会发生变化，系统可以及时发出警报，以便采取相应的安全措施。
三、油气管道监测油气管道是能源输送的重要通道，对于国家经济的发展和能源安全起着重要的作用。
分布式光纤传感系统可以被应用于油气管道的监测中，通过将光纤固定在管道附近，实时监测管道的温度、压力等参数。
当管道出现泄漏、破裂等问题时，光纤中的光信号会发生变化，系统可以及时发出警报，以便进行紧急处理。
四、矿井安全监测矿井是矿山生产的重要场所，矿井安全是保障矿工生命安全的关键。
分布式光纤传感系统可以被应用于矿井的安全监测中，通过将光纤布设在矿井内部，实时监测矿井的温度、气体浓度等参数。
当矿井出现高温、有害气体超标等问题时，光纤中的光信号会发生变化，系统可以及时发出警报，以便矿工采取相应的避险措施。
五、环境监测环境监测是保护环境、预防污染的重要手段。
分布式光纤传感系统可以被应用于环境监测中，通过将光纤布设在环境污染易发区域，实时监测空气质量、水质污染等指标。
产气剖面测井技术在大庆油田的应用
０ 引 言
随着大 庆油 田原油产量的逐步调 整，以气补油将成 为油 田发展的战略之一。 松辽盆地北部深层天然气的勘
探工作不断传来捷报，大庆油田有望成为 中国陆上继四 川、长庆 、塔里木 、柴达木后的第五个气 区。
的状 况下来 进行 ，而 气体 由于粘 度小 、密度 低 比液 体 的密 封 更 困难， 井 口防喷 装 置通 过 采 用 三级 密 封 措 施 ，即在 防 喷盒 内安 装大 小合 适的流 管 ，使 用气 动柱 塞泵 向电缆与 流管 的间 隙 中泵入 高粘 度 的密封 脂，以 及使 用手压 油 泵将橡 胶半 封压 紧 电缆 。 测井 仪器 经过 井 口防 喷装置 时如 同轮船 过水 坝 的船 闸一 样 ， 只有正 常 进入 其 中才能安 全起 下ｌ。 ２ ｊ 为 了消 除流体 粘度 的 变化对 测 量结 果 的影 响， 在
很少 ，９ 号层 与 １ 号层 相 比产 出的气体量也 少 。 ０
） ｆ ） （Ｐ １１（ Ｋ ｊ ａ ５ 深度 ｋ 射
孔 温『ｇ ｄ ｃ
８ ０ ＿ ～９：
井 筒 内流 体 的密 度没 有造 成大 的影 响。 持 气 率 测井 曲线 在 １ ０号 层 以上 部 分 有 降 低 的 趋 势 ，直 到 ９号层 附 近这 种 降 低 的 趋 势 停 止 ，持 气 率 保 持 稳 定 的 值 ， 从 １ 层 产 出 的气 体 将 井 筒 内 ０号
｝ ｊ
下 到射孔 层 的 中部或 下部 ， 而产 气剖 面 测井要 在套 管
中进行 测量 ，因此 ，管 柱 的下入 深度 问题 限 制 了这 项 技术 的广 泛 应用 。
一
寸 ■ 一Ｉ ’ ９ ７ ５
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一 ＿ ４～ ｜ Ｌ ：
分布式光纤传感技术在地下水监测中的应用
分布式光纤传感技术在地下水监测中的应用地下水是人类生活的重要资源，也是环境保护的重要组成部分。
然而，由于地下水的监测成本高、覆盖面广、数据传输困难等诸多限制，地下水监测一直是一个难题。
随着分布式光纤传感技术的发展，地下水监测得到了很大的提升，成为目前最受欢迎的地下水监测技术之一。
一、分布式光纤传感技术分布式光纤传感技术是利用光纤作为传感器，在光纤中布置传感器的方法。
通过不同的光学特性，可以实现对温度、压力、位移等参数的测量。
与传统传感器不同，分布式光纤传感技术不需要大量的单独传感器，只需要在光纤上进行布置，就可以实现对大片区域的监测。
二、分布式光纤传感技术在地下水监测中的应用1. 开挖工程的监测在地下水监测中，分布式光纤传感技术可以用于对开挖工程进行监测。
通过布置在施工区域的光纤，可以实时的监测出地下水位的变化，以及是否存在渗漏现象，从而对地下水的开采提供有力的依据。
2.矿区地下水监测在矿区地下水监测方面，分布式光纤传感技术的应用也十分广泛。
传统的矿井地下水监测需要布置大量的传感器，同时由于监测点较少容易造成盲区。
而分布式光纤传感技术可以在矿区光缆下布置传感器，实现对大片区域的监测，可以及时地发现地下水位的变化，减少矿井灾害的发生。
3.城市地下水管道监测在城市地下水监测方面，分布式光纤传感技术也有广泛的应用。
传统的城市地下水监测需要经常清洗检查，才能及时发现管道是否存在泄漏问题。
而使用分布式光纤传感技术，可以实时地监测地下管道的渗漏情况，及时发现问题解决，避免对城市环境的污染。
三、分布式光纤传感技术的优缺点1. 优点1.1 可以实现对大片区域的监测，提供更为全面准确的数据。
1.2 光纤传感技术的灵敏度很高，可以检测微观变化。
1.3 光纤传感技术的成本相对较低，可以有效降低监测成本。
2. 缺点2.1 光纤传感技术的数据处理较为困难，需要有专业的技术人员进行处理。
2.2 在现实环境中，由于光纤对外界的干扰非常敏感，光纤传感技术的误差较大。
基于分布式光纤传感的近海钻井管内气体实时监测
基于分布式光纤传感的近海钻井管内气体实时监测
Distributed Fiber Optic Sensing for Real-Time Monitoring of Gas in Riser during Offshore Drilling
01
02
03
04
Plan One
背景研究
Plan Two
理论研究
结果和讨论
图9 在第二阶段的DTS中看到的水面运动 图10 在第2阶段的水循环期间，DAS中出现的水面运动 图11 闸门阀打开后水循环产生的声音信号在30 s.DAS segy轨迹中可见，在第 2 阶段19:43采集
结果和讨论
随着水的继续注入，从DAS和DTS中分 别可以看到整个油管下降后气体在环 空中的第一次到达，如图10和12所示 。图12中的DTS瀑布图显示了19:46左右 的气体到达，对应于油管底部附近的 温度下降。这是由于气体从较小的油 管体积膨胀到相对较大的环空体积所 产生的绝热效应。在图10DAS瀑布图中 ，19:46左右也观察到了油管末端的气 体到达和环空中的扩散，证实了解释 。
图1 分布式光纤传感的示意图
系统研究
System Research
隔水管上的光纤安装与监测
本系统基于分布式温度传感（DTS）和分 布式声学传感（DAS），为了使用分布式 光纤传感对隔水管进行实时监控，采用半 永久装置实验系统，利用金属夹具将井下 永久光缆固定在展开油管/套管上。井下 永久光缆由光纤、填料、金属管内光纤 （FIMT）、缓冲套、铠装和封装组成，如 图2所示。将其在潮湿的环境中制造，以 控制张力并最大限度地提高纤维的耐氢性。 这样设计的永久光缆能够有效防止应变和 纤维断裂，保护封闭光纤免受压力、湿度、 膨胀、弯曲和氢侵蚀。
光纤传感技术在石油开采中的应用研究
光纤传感技术在石油开采中的应用研究随着社会的发展和能源需求的不断增加，石油开采变得越来越重要。
然而，在石油开采时遇到的环境恶劣和工艺复杂的问题经常导致设备出现故障，造成生产效率低下和经济损失。
因此，研究一种可靠的传感技术是十分必要的。
光纤传感技术是一种基于光纤的传感技术，它通过对光信号的传输和反射，可以检测温度、压力、应力等物理量。
在石油开采过程中，光纤传感技术已经被广泛应用，因为它可以在极端环境下工作，包括高温、高压和有毒环境。
本文将从三个方面介绍光纤传感技术在石油开采中的应用。
一、光纤传感技术在油井监测中的应用油井是石油开采中的重要设备，而油井监测是保持油井正常工作的关键。
在油井监测中，传统的传感技术存在灵敏度低和精度不高等问题。
而光纤传感技术可以实时测量油井中的温度和压力等参数，从而提高了监测的准确性和可靠性。
光纤传感技术在油井监测中主要通过两种方式实现：分布式光纤传感和局域光纤传感。
分布式光纤传感是在井中放置一根光纤，通过光纤的自身特性，实时监测油井中的温度和压力。
而局域光纤传感是把光纤传感器安装在油管道中，通过检测管道中的温度和可燃气的浓度等因素，实现对油井的监测和控制。
二、光纤传感技术在油藏监测中的应用油藏是石油开采中的重要组成部分，它决定着石油开采的效率和产量。
而光纤传感技术可以在油藏中实时监测流体温度、压力和密度等参数，从而提高油藏的开采效率和生产率。
光纤传感技术在油藏监测中主要通过反射光信号和透射光信号实现。
反射光信号是通过将光纤传感器连接到下井的光收发器，将光纤传感器放在油井里，将反射的信号传送到地面，并通过分析这些信号来得到油藏信息。
透射光信号是将光纤传感器安装在油管道中，通过光纤传输测量红外光谱，实现对油藏中液相含量、水分影响等的监测和控制。
三、光纤传感技术在油井防堵中的应用油井防堵是石油开采中的一大难题。
在石油开采过程中，伴随着地层变化和油井固含物的沉积，常导致管道堵塞和管道腐蚀等问题。
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Shale Gas, Distributed Optical Fiber, Producing Profile Logging
分布式光纤产气剖面测井技术研究应用
王成荣1，刘春辉1，张超谟2，田建军1，张文青1，芮 昀3
1中国石油测井有限公司吐哈分公司，新疆 哈密 2长江大学，地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 3中国石油浙江油田分公司，浙江 杭州
2.2. 布里渊散射
布里渊散射是光在不均匀介质中传播发生的一种散射现象，它的频率和强度相对入射光均会发生变 化。光通过光纤时，光子和光纤中自发的热运动产生的声子产生非弹性碰撞，发生自发布里渊散射。散 射光的频率相对入射光的频率发生变化，变化的大小与散射角和光纤的材料有关(折射率、杨氏模量、泊 松比、密度等) [5]。
Figure 1. Flow chart of distributed fiber production gas profile logging 图 1. 分布式光纤产气剖面测井技术流程图
DOI: 10.12677/ag.2019.910106
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地球科学前沿
王成荣 等
Figure 2. Schematic diagram of distributed fiber production gas profile logging 图 2. 分布式光纤产气剖面测井示意图
2.3. 分布式光纤温度测量原理
光纤对温度的测量源于光纤中传播的光与光纤介质周围温度的定量关系。光纤温度测量原理的主要
依据是光纤的光时域反射原理以及光纤的背向喇曼散射温度敏感效应。在光纤传输过程中，当一个光脉
冲从光纤的一端射入光纤时，光脉冲将沿着光纤向前传播，同时，光纤的每一点又会产生反射，其中有
一部分反射光与入射光的方向相反(或称为背向)。这种背向反射光的强度与该点周围的温度有相关性：反 射点的温度越高，反射光的强度越大，测出反射光的强度便可以计算出反射点的温度。
王成荣 等
研究形成一套应用分布式温度、声波的光纤产出剖面测井技术，较好的解决了此项难题，中油测井吐哈 分公司在浙江油田的四川黄金坝页岩气区块进行了国内首次页岩气水平井分布式光纤产气剖面测井任务 并取得了优质的测井数据，为油田进一步开发页岩气资源提供了技术支持。
关键词
页岩气，分布式光纤，产出剖面
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
射频移和强度与光纤材料的声速有关，而声速受光纤材料的热光特性和弹光特性的影响，因此，光纤中
的温度和应变的变化会引起布里渊散射频移和强度的变化[5] [6]。
vB
=
vas
− vo
=
vo
− vs
=
2vo
nVA c
sin
θ 2
(2)
VA = (1− k ) E (1+ k )(1− 2k ) ρ
Received: Oct. 9th, 2019; accepted: Oct. 24th, 2019; published: Oct. 31st, 2019
Abstract
In order to effectively solve the problem of the difficulty of the logging instrument to bottom of the well and accurately measuring production in each production layer, in this paper, it has formed a set of logging technology in distributed temperature and acoustic fiber output profile logging by technical issues. Tuha Division, China Petroleum logging Co. Ltd. has carried out the out profile logging task using distributed fiber in Sichuan Gold Dam shale gas block of Zhejiang Oilfield in domestic firstly and has obtained high-quality log data, which provides the support for further exploration of shale gas resources.
布式测量的目的。
3. 分布式光纤产气剖面测井技术流程(见图 1)
1) 地面设备。地面设备的核心装备为激光发射器和激光接收器。 2) 井下仪器。一根单芯光缆以高达 1 米分辨率连续探测和定位，长达 40 公里的光纤转变成 40,000 个传感器，频率范围 < 5 Hz to 20 kHz (见图 2)。 3) 为了保证井底压力对光纤不造成损害，在连续油管底部采用专用的密封部件进行密封；为了保证 地面转动部件对光纤不造成损伤，采用锚定、密封装置对光纤进行固定(见图 3)。
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地球科学前沿
王成荣 等
2.5. 分布式光纤定位测量原理
从光脉冲进入光纤开始计时，则 t 时刻在发射端收到的散射回波信号便是表征该信号是由距发射端 L 处的光纤产生的。
L = ct
(6)
2
式中，L：光纤产生散射的位置；c：光在光纤中的传播速度；t：光脉冲进入光纤到接收到回波信号的时 间差。
因此，只要接收端的频率足够高，采样时间足够小，就可以得到整根光纤每一点的信号值，实现分
Open Access
1. 前言
影响页岩气储层产气能力的因素是多方面的，既有地质方面的原因，又有压裂施工方面的原因。为 了能够高效开发页岩气资源，需要详细了解各个产层产气量。本文主要研究以分布式光纤测井技术采用 光纤作为传感器和传输介质，分多个生产制度测量井下产层段整列温度、声波数据，应用专用软件、处 理、解释方法，获得各产层准确产气量。中油测井吐哈分公司在浙江油田的四川黄金坝页岩气区块进行 了国内首次页岩气水平井分布式光纤产气剖面测井任务并取得了优质的测井数据，为油田进一步开发页 岩气资源提供了技术支持。
The Application of Distributed Optical Fiber Production Logging Technology in Shale Gas
Chengrong Wang1, Chunhui Liu1, Chaomo Zhang2, Jianjun Tian1, Wenqing Zhang1, Yun Rui3
1.1. 常规测井技术现状及特点
目前，主要的水平井产出剖面测井系列包括：斯伦贝谢公司的 FSI 和 SONDEX 公司的 MAPS 阵列生 产测井仪。其中，FSI 测井系列主要包括 4 个微转子流量计，测量、6 对光学和电阻探针传感器，分别用来 测量分层的流体流速、持气率以及持水率参数[1]。MAPS 测井系列主要包括阵列式电容持率 CAT、阵列式 电阻持率 RAT 以及阵列式涡轮流量 SAT [2]。在测井时，两者都需要采用不同测速上下移动电缆测量多条 曲线。对于井口压力较大的生产井，在实际测井时，需要用密封脂进行密封，活动的电缆对密封产生负面 效果，无法长时间分生产制度进行测井；常规测井系列仪器都存在一定外径，对于采用油管或较小套管生 产的井，无法采用常规测井系列测井；对于大多数水平井，常规测井系列通常不能覆盖全部测量段。
例如，对于普通单模石英光纤 n ≈ 1.46 ， VA ≈ 5890 m s ，通过计算，有：
= vB (T0 ,ε ) vB (T0 , 0)(1+ 4.48ε )
(5)
光纤环境声波引起光纤应变的变化，通过测量应变数值，从而达到光纤测量声波和声速的目的。
DOI: 10.12677/ag.2019.910106
Figure 3. Ground equipment schematic diagram 图 3. 地面设备示意图
(3)
vB
(T , ε
)
=
2vo c
n (T , ε
)
E (T ,ε ) 1− k (T ,ε ) 1+ k (T ,ε ) 1− 2k (T ,ε ) ρ (T ,ε )
(4)
式中，vB：布里渊散射频移；vs：斯托克斯光频率；vas：反斯托克斯光频率；n：介质折射率；c：真空光 速；VA：光纤中的光速；θ：散射角；Va为温度和应变的函数；k：泊松比；E：杨氏模量；ρ：光纤纤芯 密度。
2. 分布式光纤测井原理 2.1. 喇曼散射及温敏原理
由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用所产生的非弹性散射称为喇曼散射，其
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王成荣 等
光强只与温度有关。在散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分(瑞利散射)外，还存在比激发光波长长 的斯托克斯光散射和比激发光波长短的反斯托克斯光散射，这一现象称为喇曼效应[5]。
R (T ) − ln (T0 )
(1)
式中，R(T)：反斯托克斯光强与斯托克斯光强比值；T0：恒温槽给的温度； k hc∆γ ：刻度系数。 通过对光纤系统进行温度标定，就可以根据公式(1)计算出环境的实际温度。
2.4. 基于布里渊散射频移特性的 BOTDR 声波测量原理
分布式光纤声波测量主要是通过测定入射光的后向布里渊散射光相关参数的变化实现的。布里渊散