一种油气井下监测用耐高温碳密封光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光纤，尤其涉及一种油气井下监测用耐高温碳密封光纤。
【背景技术】
[0002] 油气井的测试是油气资源勘探和开发中的重要环节之一，光纤光栅传感技术以其 抗电磁干扰能力强、尺寸小、受空间大小限制小、测量精度高、可实现分布式测量等优点，已 被广泛用于油气井井下温度、压力等数据的实时、高精度测量。
[0003]目前用于油气井井下分布式温度监测系统的光纤一般是普通的耐高温通信单模 或多模光纤，这类光纤根据其涂覆层的材料种类不同可以分为四大类，分别是：（1)采用耐 高温丙烯酸树脂作为涂覆层的耐高温光纤，该光纤涂覆层的涂覆固化可以通过光纤拉丝在 线涂覆紫外光固化工艺实现，能适应不同的拉丝速度，但耐高温等级较低，主流产品的典型 长期工作温度在150°c ; (2)采用耐热硅胶作为涂覆层的耐高温光纤，耐热硅胶的固化方式 有热固化和紫外光固化两种，热固化要求的拉丝速度较低，紫外光固化可以适应不同拉丝 速度下的涂覆固化工艺，现有的耐热硅胶涂覆层耐高温光纤的长期工作温度一般在200°C ;
[3] 采用聚酰亚胺作为涂覆层材料的耐高温光纤，长期工作温度较高，一般在350°C~ 400°C，但涂覆固化工艺采用低速拉丝热固化工艺，拉丝速度一般在20m/min左右，由于单 次涂覆的涂层厚度较薄，约5 μ m~10 μ m，需要经过多次反复涂覆固化，单根光纤连续长度 短，且涂覆层因模量较高，不宜采用普通米勒钳快速剥离涂覆层，外场使用不便；(4)采用 金属材料作为涂覆层的耐高温光纤，耐温等级高，能长期工作于400°C以上的高温环境，但 其涂覆固化工艺复杂，无法在光纤高速拉丝状态下实现在线涂覆固化，制作成本高，相比上 述三种耐高温光纤，金属涂覆层耐高温光纤的使用相对较少。以上四类耐高温光纤虽然都 具有比常规通信光纤优异的耐高温性能，但仍无法完全满足油气井井下工作环境需要。
[0004] 油气井井下环境恶劣，高温、高压、高湿度、高盐度等多种严酷因素错综复杂，普通 的耐高温通信单模或多模光纤只对高温环境具有较好的适应性，无法解决井下高压、高湿 度、高盐度引起的光纤传输损耗增加、涂覆层易被腐蚀、使用寿命下降的问题。碳密封涂覆 光纤通过特殊的碳密封涂覆工艺在光纤表面形成致密的碳层，减缓光纤表面微裂纹生长， 将光纤表面与环境密封隔离，阻止水分和氢对光纤机械强度和光学性能的影响，降低光纤 在高湿度、高压环境下氢渗透而引起的传输损耗增加，提高光纤的耐疲劳性能和应力腐蚀 敏感性参数，从而提高光纤的使用寿命和可靠性，如以下公式所示：
[0006] 式中：ts为光纤寿命（单位s)，t p为筛选时间（单位s)，m为光纤强度分布曲线 Weibull分布曲线的斜率，η为疲劳系数，Np为筛选时断裂次数（次/km)，L为光纤长度 (km)，F为允许断裂概率，σ ρ为筛选后最小强度，σ s为静态应力强度（使用应力）。
[0007] 将碳密封涂覆光纤用于油气井井下监测作业，能有效解决光纤在井下高湿度、高 压环境下传输损耗增加、使用寿命下降的问题。国内外光纤研究和生产单位如日本藤仓、 住友、美国康宁、武汉邮电科研院等先后对碳密封涂覆光纤开展了较深入的研究，其中中国 电科23所通过原料组分改进和工艺改进实现了大长度高强度碳密封涂覆光纤的研制和生 产。而现有的碳密封涂覆光纤涂覆层材料一般采用常规的丙烯酸树脂材料，长期工作温度 最高只有85°C左右且耐腐蚀性能较低，不具备耐高温光纤的耐温等级，无法满足油气井井 下的高温环境需求和井下高盐度环境引起的光纤涂覆层腐蚀问题。
[0008] 为了保证光纤能在高温、高压、高湿度、高盐度的恶劣环境下长期稳定工作，需要 一种同时兼顾耐高温光纤和碳密封涂覆光纤特点，且具有良好耐腐蚀性能的单模和多模光 纤。 【实用新型内容】
[0009] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种油气井下监测用耐高温碳密封光纤， 能够解决现有耐高温光纤在用于油气井井下监测作业时受井下高湿度、高压、高盐度环境 影响而引起的氢渗透导致传输损耗增加、涂覆层易被腐蚀、使用寿命下降的问题。
[0010] 本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种油气井下监测用 耐高温碳密封光纤，包括玻璃纤芯，其中，所述玻璃纤芯外依次包覆有石英玻璃包层、碳密 封层、光纤涂覆层以及氟塑料增强层。
[0011] 上述的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，其中，所述玻璃纤芯和石英玻璃包层 中设有掺杂物，所述掺杂物为锗化合物、磷化合物、铝化合物、氮化合物中的一种或多种。
[0012] 上述的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，其中，所述光纤涂覆层为耐高温紫外 光固化材料层，包括耐高温内涂覆层和耐高温外涂覆层，所述耐高温外涂覆层的模量高于 耐高温内涂覆层的模量。
[0013] 上述的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，其中，所述耐高温紫外光固化材料层 为聚氨酯类固化材料层、丙烯酸酯类固化材料层、硅基类固化材料层或环氧类固化材料层。
[0014] 上述的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，其中，所述氟塑料增强层为乙烯-四 氟乙烯共聚物层、聚四氟乙烯层、全氟共聚物层、聚全氟烷氧基树脂层、聚三氟氯乙烯层、乙 烯-三氟氯乙烯共聚物层、聚偏氟乙烯层或聚氟乙烯层。
[0015] 上述的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，其中，所述耐高温碳密封光纤为单模 光纤或多模光纤。
[0016] 本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的油气井下监测用 耐高温碳密封光纤，通过在玻璃纤芯表面形成碳密封层、采用耐高温涂覆层结构并增加氟 塑料增强层，提高光纤在油气田井等恶劣环境下的可靠性，降低光纤的氢损，提高光纤耐疲 5?性能。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型油气井下监测用单涂覆层耐高温碳密封单模光纤截面结构示 意图；
[0018] 图2为本实用新型油气井下监测用双涂覆层耐高温碳密封单模光纤截面结构示 意图；
[0019] 图3为本实用新型油气井下监测用双涂覆层耐高温碳密封多模光纤截面结构示 意图；
[0020] 图4为图1和图2中的光纤与G. 652D单模光纤经水煮试验前后的衰减系数测量 结果曲线图；
[0021] 图5为图1和图2中的光纤与G. 652D单模光纤经载氢试验前后的衰减系数测量 结果柱状图；
[0022] 图6为图3中的光纤与Alb多模光纤经水煮试验前后的衰减系数测量结果曲线 图；
[0023] 图7为图3中的光纤与Alb多模光纤经载氢试验前后的衰减系数测量结果柱状 图。
[0024] 图中：
[0025] 1玻璃纤芯 2石英玻璃包层 3碳密封层
[0026] 4耐高温涂覆层 41耐高温内涂覆层 42耐高温外涂覆层
[0027] 5氟塑料增强层
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0029] 图1为本实用新型油气井下监测用单涂覆层耐高温碳密封单模光纤截面结构示 意图。
[0030] 请参见图1，本实用新型提供的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，包括玻璃纤芯 1，其中，所述玻璃纤芯1外依次包覆有石英玻璃包层2、碳密封层3、光纤涂覆层4以及氟塑 料增强层5。
[0031] 本实用新型提供的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，所述玻璃纤芯1和石英玻 璃包层2中设有掺杂物，所述掺杂物为锗化合物、磷化合物、铝化合物、氮化合物中的一种 或多种。
[0032] 本实用新型提供的油气井下监测用耐高温碳密封光纤，所述光纤涂覆层4为耐高 温紫外光固化涂覆层，所述耐高温紫外光固化涂覆层包括耐高温内涂覆层41和耐高温外 涂覆层42,所述耐高温外涂覆层42的模量高于耐高温内涂覆层41的模量。
[0033] 本实用新型的耐高温碳密封光纤为单模光纤或多模光纤，耐高温碳密封氟塑料增 强光纤可长期稳定工作于油气井井下高温、高压、高湿、高盐度等恶劣复杂环境，经试验验 证，光纤经过150Γ以上高温贮存后，涂覆层完好无开裂，试验后的光纤