物质的压力、温度、应变分布测量系统、利用该系统的二氧化碳地下储存的监视方法、二氧...的制作方法

文档序号:8269141阅读:515来源:国知局
物质的压力、温度、应变分布测量系统、利用该系统的二氧化碳地下储存的监视方法、二氧 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用光纤的布里渊频移和瑞利频移现象来同时测量物质的压力、温 度、应变的分布的系统、以及利用该系统来监视、测量地层等较大范围的物质特性的方法。
【背景技术】
[0002] 已知有利用光纤的布里渊散射现象的各种测量方法(例如专利文献1)。作为其中 一种,可举出利用了通过对光纤施加应变而产生的布里渊频移的分布型压力传感器。布里 渊频移依赖于对光纤施加的应变,因此,通过测量在因压力而变形的物质上固定的光纤的 频移,能测量所施加的压力。
[0003] 之前,本发明人提出了在光纤的布里渊频移的基础上利用瑞利频移现象,并主要 测量压力和温度的分布的系统(参照专利文献2)。该系统中,目的在于测量压力和温度的 分布,由于光纤未固定于被测量物,因此,所测量的应变没有用处。
[0004] 利用该光纤的压力测量技术可适用于物体的体积变化的测量。例如,多孔砂岩在 液体填充前和填充后体积发生变化,因此,成为上述压力测量技术的一个适用领域。近年 来,作为地球变暖对策,开发有在地下储存二氧化碳的技术,上述压力测量技术有利于在执 行二氧化碳地下储存的情况下监视砂岩中的二氧化碳储存状况的系统、以及监视作为其上 层的冠岩层(泥质岩等)的力学稳定性、安全性的系统的构建。 现有技术文献 专利文献
[0005] 专利文献1 :国际公开第2006/001071号 专利文献2 :日本专利特开2010-216877号公报

【发明内容】
本发明所要解决的问题
[0006] 但是,还未提出可靠地检测例如存在于地下的地层的状态变化的方法。若利用电 气的压力传感器,则能检测点状的压力变化。但是,不明确该压力变化与在地表观测到的形 变(deformation)有何种关联性,另外,还不明确在地表发生形变,是否也能保持其力学稳 定性。
[0007] 本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种能同时测量物质的压力、 温度及应变的分布,可靠地监视、评估地下等较大范围的物质的状态的系统。 用于解决问题的方法
[0008] 本发明所涉及的测量系统包括:散射波获取部,该散射波获取部获取入射到光纤 的脉冲激光在光纤内散射得到的散射波,该光纤铺设于物质中或沿物质铺设;布里渊频移 测量部,该布里渊频移测量部根据散射波,测量布里渊频移在光纤内的分布;瑞利频移测量 部,该瑞利频移测量部根据散射波,测量瑞利频移在光纤内的分布;系数存储部,该系数存 储部存储用于将物质的压力、温度及应变与布里渊频移及瑞利频移相关联的、铺设的光纤 所特有的系数;及解析部,该解析部利用布里渊频移测量部中测量出的布里渊频移的分布、 瑞利频移测量部中测量出的瑞利频移的分布、及系数存储部中存储的系数,对测量的时刻 的物质的压力、温度及应变沿光纤的分布进行解析。 发明的效果
[0009] 根据本发明,可得到能同时可靠地测量物质的压力、温度及应变的分布,可靠地监 视、评估地下等较大范围的物质的状态的系统。
【附图说明】
[0010] 图1是表示利用本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的、二 氧化碳地下储存的监视系统的概要的剖视图。 图2是表示利用本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的、二氧化 碳地下储存的监视系统的图1的F部分的放大图。 图3是表示本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的传感器电缆的 放大剖视图。 图4是表示本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的DPTSS的结构 的一个示例的框图。 图5是表示本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的与二氧化碳的 储存状态评估有关的工序的一个不例的流程图。 图6是示意性表示本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的测量结 果的图。 图7是示意性表示本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的测量结 果中应变的历时变化的图。 图8是表示本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的室内实验的结构概要的 框图。 图9是表示本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的室内实验的结果的一个 示例的图。 图10是作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、监视来自二 氧化碳储存部的泄漏的工序的流程图。 图11是示意性表示作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、 来自二氧化碳储存部的泄漏的监视结果的图。 图12是作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、监视地下的 二氧化碳的物相变化的工序的流程图。 图13是示意性表示作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、 地下的二氧化碳的物相变化的监视结果的图。 图14是作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、评估地表的 形状变化的工序的流程图。 图15是示意性表示作为本发明的物质的压力、温度、应变分布测量系统的应用例的、 地表的形状变化的评估结果的图。 图16是表示利用本发明实施方式4的物质的压力、温度、应变分布测量系统的、监视河 川结冰的系统的概要的图。 图17是示意性表示利用本发明实施方式4的物质的压力、温度、应变分布测量系统的、 河川结冰的监视结果的图。
【具体实施方式】
[0011] 实施方式1. 图1是表示利用本发明实施方式1的物质的压力、温度、应变分布测量系统的、二氧化 碳地下储存的监视系统的概要的剖视图,图2是图1的F部分的放大图,图3是图1的传感 器电缆的放大剖视图。地下存在作为二氧化碳的储存层的砂岩层100,在其上存在起到密封 层的作用的冠岩层150。从修建于地面的储存站40向地下的砂岩层100设置有压入井3a。 在压入井3a中设置有内部插入有二氧化碳的注入管32的圆筒状外壳(casing) 31a。外壳 31a周围实施固井(cementing) 34,从而固定于地下地层。在压入井3a的周边大多设置有 观测地下状态的观测井3b。在该观测井3b中通常设置有与设置于压入井3a的外壳同样的 圆筒状外壳31b,在外壳31b内注满水,插入各种观测传感器。
[0012] 沿着压入井3a,在固井34的层内埋设有传感器电缆2a,以测量地下的压力P、温度 T、及地层应变e的分布。或者,也可以沿着观测井3b,在固井的层内埋设传感器电缆2b。 之后,将传感器电缆2a、传感器电缆2b作为传感器电缆2进行说明。图3表示传感器电缆 2的剖面结构的一个示例。传感器电缆2包含受到压力影响的第1光纤21和不受压力影 响的第2光纤22。第2光纤22收纳于金属细管24内,以阻断压力。也可以在第1光纤21 的周围设置保护罩23。但是,该保护罩23需要具有承受第1光纤21周围的压力、变形的影 响的材质/结构。第1光纤及金属细管24例如与多根金属线25 -起作为绞线构成传感器 电缆2。此外,为了测量地层的应变e,第1光纤必须固定于固井34层。固定可以是沿第 1光纤的长边方向的整个表面,也可以设置数m左右的间隔。
[0013] 传感器电缆2埋设于固井34的层内,因此,在周围地层发生体积变化的情况下,受 到其影响。例如,在地层因二氧化碳的封入而变形的情况下,传感器电缆2与固井34的层 成为一体而受到变形的影
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