可浸式光学设备、方法和系统的制作方法
【专利说明】可浸式光学设备、方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年10月3日提交的美国临时申请号62/059,271的优先权，其通过引用并入。
【背景技术】
[0002]光纤普遍用于在高带宽下传送数据。发展光纤通信技术的投资已集中在使得此类带宽在长距离上可用的方面。长距离进一步需要生产同时负担得起且鲁棒的电缆。
[0003]光缆通常必须不仅耐受与运输和安装相关联的损伤，而且耐受老化和长期暴露于包括环境污染物的因素的潜在影响。在海洋环境中的一个此类示例称作氢暗化效应。在长暴露时间之后，无论是否由腐蚀、生物过程或其它海洋相关的原因引起，氢均可扩散到光纤的芯中，并且可与硅、掺杂剂和/或其它杂质发生化学反应以将光学信号承载材料(例如玻璃)“着色”。在长距离上的光学信号可由此着色覆盖，导致过多的光学信号衰减。
[0004]永久(油气)油藏监测(PRM)是这样一种技术:采集油藏状态的多张三维地震勘测“图片”，使得地质学家或油藏工程师可规划额外钻孔的位置来提高油气萃取效率和/或可评定当前萃取技术随时间推移的效率。在一些情况下，采集油藏的多张地震照片可称作四维(4D)震测。
[0005]基于海洋的PRM面临基于陆地的油藏监测系统所未面临的重大挑战。这对于海底设备来说尤其如此，因为水深延伸到1000米的范围且甚至更深。
【发明内容】
[0006]本公开大体涉及海洋地震勘测和/或监测领域。举例来说，本公开可应用于海洋地震勘测和/或监测，其中可使用一个或更多个震源来产生与地下地层相互作用的波场，以及使用地震传感器(拖曳的或者海洋底部)来接收由震源产生的地震能量或自然存在的地震事件，且受到与地下地层的相互作用的影响。如本文所使用的，“海床”和“海底”是指水体(例如，大洋、大海或湖泊)的底层，而“水下”是指位于水体表面以下，有可能位于底层处或底层附近。水体能够是咸水水体、淡水水体或微咸水水体。
[0007]保护光纤免于氢暗化和海洋相关的退化机制的标准设计方法涉及将光纤导管布线穿过具有不锈钢的或聚合物的管的紧密密封的光缆(在本文中称为“一根或多根紧密密封的光纤导管”)。如本文所使用的，紧密密封的光纤导管旨在表示，光纤导管被密封以防止或至少减小由环境因素(例如污染物和水)渗透的可能性。例如，紧密密封的光纤导管可以此方式构造，使得防止周围环境中的液体接触光缆的内容物。在此示例中，不锈钢的或聚合物的管可经涂覆以提供抵抗液体渗透的冗余密封，特别是在深的高压海洋应用中。如在一些海洋环境光纤应用中可存在的高压能够导致氢扩散中的增加，从而与硅、掺杂剂或光纤芯中其它杂质发生化学反应并且促进上述的损害效应。例如，与在海平面的约101.3千帕的标准大气压对比，在海洋环境中的深度处，周围水的外部环境压力可在500米的深度处增大到约5，127千帕的压力，以及能够在1500米的深度处增大到约15，179千帕。
[0008]海洋地震勘探和/或监测领域已经利用了掩埋在陆地上的电缆和海洋电缆的光纤技术。基于光通信的地震勘探电缆和海床电缆通常采用商业上可获得的光缆和技术作为系统设计的架构。尽管存在与标准设计方法相关联的制造复杂性和/或材料成本的增加，但对于防止将光纤暴露至水的上述预防在海洋地震勘探和/或监测领域中已成为普遍接受的实践。
[0009]与上述标准工业实践相反，本公开的实施例允许海洋环境中的周围水进入光纤导管、容纳光纤导管的光缆以及将光缆和光纤导管连接在一起的传感器站。因此，这些光纤导管、光缆和传感器站称为“可浸式的”。因此，如本文所使用的，“可浸式的”旨在，设备被设计成被动地或主动地允许周围环境(例如海洋环境)中的液体渗透到该设备内部并且接触内部的内容物。在至少一个实施例中，提供可浸式传感器站，其设计成来主动地允许周围环境(例如海洋环境)中的液体渗透到可浸式传感器站内部并且接触内部的内容物。如本文所使用的，描述了系统的光纤导管、光缆、传感器站、壳体、装置和/或部件。每个均可单独称为“设备”。如本文所用的术语“系统”旨在表示联接在一起以实现特别功能的一个或更多个设备。
[0010]在至少一个实施例中，提供可浸式传感器站以允许海水渗透到其内部并且接触其中的内容物。这些内容物可包括传感器、模数转换器和联接到传感器站的光缆以及容纳在光缆中的光纤导管。以此方式，可浸式传感器站可有助于“压力平衡的”设备，包括在上述高压海洋环境中的系统连接和/或构型。如本文所使用的，术语“压力平衡的”旨在表示，从封装内部朝外部向外所提供的压力的量(也称为内压)与从封装外部朝内部向内所存在的压力的量(也称为外压)大致相似。如本文中所使用的，“大致相似”在用来比较两个可测量值时指示第二可测量值是在第一可测量值的90%到110%内。
[0011]如上文所定义且本文中所使用的，术语“压力平衡的”是要与术语“耐压的”和/或“耐水的”区分开来。如本文中所使用的，术语耐压的旨在指代设备的这样的能力，即它以其预期方式起作用并承受住来自外面或外部环境的增大的压力且降低由于增大的压力导致部件损坏的可能性。如本文所使用的，术语“耐水的”旨在表示设备的有目的的构造，以防止或减小设备与水的接触导致设备损坏的可能性，或使得与水的接触将仅产生对设备功能和预期用途的无害影响或仅产生削弱。
[0012]此外，在设备的设计和构造中的可浸入的目的可允许此类基于光通信的地震勘探和监测仪器的制造、组装和部署中具有更小的复杂性和更低的材料成本。
[0013]如将在本文中进一步描述，在一些实施例中，光缆和光纤导管自身以可浸方式构造，以在部署中便于海水进入传感器站并且产生压力平衡。在一些实施例中，紧密密封的光纤导管与可浸式光纤导管一起使用。然而，实施例并不限于此示例。
[0014]在一些实施例中，为永久油藏监测(PRM)提供可浸式传感器站。连接光缆(其容纳光纤导管)的可浸式传感器站可提供具有预计可在20-25年或更长的水下寿命范围期间操作的永久油藏监测系统。可用于其它潜在执行中的PRM的至少一个实施例能够包括联接到可浸式传感器的可浸式光缆。在一些实施例中，紧密密封的光缆和/或紧密密封的光纤导管联接到可浸式传感器站。除了其它益处之外，利用可浸式光缆、可浸式光纤导管和/或可浸式传感器站的本文所述的各种实施例可产生在制造、部署和/或维护成本上的相当大的节省。
[0015]应理解到，本公开并不限于特定装置或方法，其当然可以变化。还应理解到，本文所使用的术语是仅出于描述特定实施例的目的，且其并不旨在是限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”、“该”和“所述”包括单数和复数的指示对象，除非上下文以其它方式明确指示，例如“若干”、“至少一个”和“一个或更多个” O此外，词语“能够”和“可”贯穿本申请是以容许的意义(即，具有……的可能性、能够……)，而不是以强制的意义(即，必须)来使用。术语“包括”及其衍生词表示“包括但不限于”。术语“联接的”和“联接”旨在表示根据适合上下文的情况以物理方式或以信号传输的方式直接或间接地连接。
[0016]本文的附图遵循编号约定，其中(一个或多个)第一数字对应于附图编号且其余数字指代附图中的元件或部件。不同图之间类似的元件或部件可通过使用类似数字来指代。举例来说，在图1中108可指示元件“08”，以及在图2中可将类似元件标记为208。如将领会到的，能够添加、交换和/或省去在本文各种实施例中示出的元件，以便提供本公开的若干额外实施例。另外，如将领会到的，图中所提供的元件的比例和相对比例尺旨在说明本公开的一些实施例而不应理解成限制性的含义。
【附图说明】
[0017]图1图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合在设备中使用的紧密密封的光纤导管的示例的截面图。
[0018]图2图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合在设备中使用的可浸式光纤导管的示例的截面图。
[0019]图3图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合在设备中使用的强度构件的示例的截面图。
[0020]图4图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合在设备中使用的容纳可浸式光纤导管的可浸式光缆的示例的截面图。
[0021]图5图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合使用的部署在永久油藏监测(PRM)系统中的一个或更多个可浸式传感器站和一条或更多条可浸式光缆的不例。
[0022]图6图示根据本公开的一个或更多个实施例的可浸式传感器站的一部分的示例的分解图。
[0023]图7图示根据本公开的一个或更多个实施例的可浸式传感器站的一部分的示例的组装的截面图。
[0024]图8是图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合在设备中使用的紧套光纤的当其浸没在海水中时有限的抗拉强度随时间推移而降低的图表。
[0025]图9图示根据本公开的一个或更多个实施例的用于使用可浸式传感器站的方法流程图。
[0026]图10图示根据本公开的一个或更多个实施例的用于组装可浸式传感器站的方法流程图。
【具体实施方式】
[0027]图1图示根据本公开的一个或更多个实施例的符合使用的紧密密封的光纤导管100的示例的截面图。图1所示的紧密密封的光纤导管100的示例图示承载在具有防水外层108的不锈钢管106的内部105中的二十根光纤101。多于或少于二十根的光纤可容纳在紧密密封的光纤导管100内。实施例不限于此示例中所示数量。在此示例中，具有防水外层108的不锈钢管对紧密密封的光纤导管100产生“紧密密封”。换言之，能够通过将光纤101紧密密封在不锈钢管106和防水外层108中来保护光纤101。
[0028]紧密密封的光纤导管100内的每根光纤101被示出包括由芯材料(例如玻璃)形成的芯102以承载光学信号。由包层材料(例如折射率低于芯材料的玻璃)形成的包层103被示出设置在芯102外表面周围。并且，由涂层材料(例如丙烯酸酯塑料)形成的涂层104被示出设置在包层103的外表面周围。丙烯酸酯塑料指代包含丙烯酸的一种或更多种衍生物的合成塑料材料的族。芯102、包层103和涂层104可分别由适用于光纤芯、光纤包层和光纤涂层的任何材料形成，例如行业中普遍已知以及使用的那些材料。