一种应用液体工质在管线中进行光纤敷设的方法与流程

本发明涉及一种光纤的敷设方法，特别是关于一种应用液体工质在管线中进行光纤(直径125μm‐255μm)敷设的方法。

背景技术：

目前，油田中光纤传感以其分布式、耐高温、抗电磁干扰等特性被广泛应用于油田开采、油气或电力管道输运监测中，展示了光纤传感技术广泛的应用领域。

传统的光纤敷设方法采用空气或氮气等气体为泵送光纤的介质，并在电信领域得到了广泛应用。但应用气体敷设的光纤或光缆最小直径大概在1mm左右，再小由于气体本身的拖拽效应明显下降将无法驱动光纤或光缆进入。因此，气体敷设方式多用于光缆(直径1mm以上)的敷设，并不适用于光纤(一般直径在125μm到255μm之间)的敷设。此外，在油田领域，由于井下高温高压环境，应用气体敷设将增大安全隐患，也不建议使用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种应用液体工质在管线中进行光纤敷设的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种应用液体工质在管线中进行光纤敷设的方法，其特征在于，该方法利用液体工质与光纤间的摩擦力作为拖拽力，将光纤带入敷设目标管路。

当应用该方法进行光缆加工时，包括以下步骤：

1)在敷设目标管线入口处连接三通，将三通的其中一进口连接液体驱动与回收系统，另一进口连接光纤供应系统，出口则连接敷设目标管线；

2)开启液体驱动与回收系统，将液体工质泵送入敷设目标管路中，然后开启光纤供应系统将新光纤缓慢送入三通，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路；

3)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统和光纤供应系统，完成新光纤的敷设。

当应用该方法进行不考虑光纤替换的井下光纤敷设时，包括以下步骤：

1)在油井内存在一根辅助管线与敷设目标管线组成u型结构，并在两根管线的u型端设置u型接头，构建两根管线间的液体连通通道；

2)在敷设目标管线入口处连接三通，将三通的其中一进口连接液体驱动与回收系统，另一进口连接光纤供应系统，出口则连接敷设目标管线，将辅助管线的出口连接液体驱动与回收系统；

3)首先开启液体驱动与回收系统，将液体工质泵送入敷设目标管路中，然后开启光纤供应系统将新光纤缓慢送入三通，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路；

4)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统和光纤供应系统，完成新光纤敷设。

当应用该方法进行光纤置换时，包括以下步骤：

1)含有旧光纤的管线与敷设目标管线组成u型结构，在两根管线的u型端设置u型接头，构建两根管线间的液体连通通道；

2)在敷设目标管线入口处连接三通，将三通的其中一进口连接液体驱动与回收系统，另一进口连接光纤供应系统，出口则连接敷设目标管线，将辅助管线的出口连接液体驱动与回收系统；

3)进行旧光纤泵出操作时，开启液体驱动与回收系统，将液体工质泵送入敷设目标管路中，利用液体工质的拖拽力将辅助管线中的旧光纤泵出并随液体工质进入液体驱动与回收系统被回收；

4)待旧光纤泵出后，开启光纤供应系统将新光纤缓慢送入三通，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路；

5)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统和光纤供应系统，完成光纤置换。

在一个优选的实施例中，当完成新光纤敷设或光纤置换之后，进行管线内液体吹出操作，具体操作过程如下：

首先断开三通和液体驱动与回收系统的连接，并将光纤供应系统切换为气体供给系统；然后开启气体供给系统，将气体泵入敷设目标管路，液体工质将在高压气体的推动下不断被排出至液体驱动与回收系统；持续吹扫直至液体驱动与回收系统接收到的流体不再含有液体工质，关闭气体供给系统，完成敷设目标管路内液体吹出操作。

在一个优选的实施例中，光纤供应系统主要由旋转电机、力矩控制器、光纤盘和旋转圈数计数器组成。

在一个优选的实施例中，液体工质的选择标准如下：

低温情况：环境温度为0～100℃时，液体工质选择水；

中高温情况：环境温度为100～300℃时，液体选择异丙醇。

在一个优选的实施例中，敷设目标管线的内径设计标准如下：

(1)管线内径的设计下限应使得流体在管线内流动时处于层流状态，或雷诺数小于2300；

(2)管线内径的设计下限应使得光纤所承受的拖拽力小于光纤抗拉强度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于应用了液体工质与光纤间的摩擦力作为拖拽力，光纤泵入过程中光纤内应力分布均匀，可有效保护光纤，防止光纤在泵入过程中损坏或在管内弯曲导致损耗增大的情况出现。2、本发明用于光纤成缆，即可先成不锈钢管后再入光纤，有效规避采用传统光缆加工工艺焊接不锈钢钢带时由于内填充光纤受热损坏而导致整段光缆报废的风险，不仅提升光纤成缆可靠性，光纤成缆距离得到有效提升，而且光纤光缆成缆速度快，成缆过程简单可靠。3、本发明可以实现不提下入光缆管柱即可成功完成井下光纤敷设或者将原管柱中损坏光纤进行替换，大大降低了作业风险和成本，显著提高了光纤传感在油田应用的可靠性，还可以通过替换不同特性的光纤，应用于不同的井下环境以满足不同的监测需求。4、本发明不仅可以用于光纤敷设，类似的还可以用于小光缆(直径0.9mm-3mm之间)的敷设。本发明可广泛应用技术领域为石油工程、光电传感、光纤测试及信号传输领域。

附图说明

图1是本发明进行新光纤敷设的示意图；

图2是本发明进行光纤置换的示意图；

图3是本发明u型接头的结构示意图；

图4是典型工质的压力-比体积曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

新光纤敷设实施例一：

如图1所示，本实施例提出了一种敷设新光纤的方法，该方法适用于光缆加工,其包括以下步骤：

1)在敷设目标管线2入口处连接三通4，将三通4的其中一进口连接液体驱动与回收系统1，另一进口连接光纤供应系统3，出口则连接敷设目标管线2。

2)首先开启液体驱动与回收系统1，将液体工质泵送入敷设目标管路2中，然后开启光纤供应系统3将新光纤缓慢送入三通4，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路2。

3)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统1和光纤供应系统3，完成新光纤的敷设。

新光纤敷设实施例二：

如图2所示，本实施例提出了另一种敷设新光纤的方法，该方法适用于不考虑光纤替换的井下光纤敷设，其包括如下步骤：

1)在油井内存在一根辅助管线5与敷设目标管线2组成u型结构，并在两根管线的u型端(对于油田而言一般是井底端)设置u型接头6(如图3所示)，构建两根管线间的液体连通通道。

2)在敷设目标管线2入口处连接三通4，将三通4的其中一进口连接液体驱动与回收系统1，另一进口连接光纤供应系统3，出口则连接敷设目标管线2；将辅助管线的出口连接液体驱动与回收系统1。

3)首先开启液体驱动与回收系统1，将液体工质泵送入敷设目标管路2中，然后开启光纤供应系统3将新光纤缓慢送入三通4，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路2。

4)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统1和光纤供应系统3，完成新光纤敷设。

本发明不仅可用于实现新光纤敷设，也可以用于实现光纤置换。

光纤置换实施例：

如果需要实现旧光纤泵出和新光纤敷设，即光纤置换时，其步骤与新光纤敷设实施例二的步骤类似：

1)将含有旧光纤的管线设置为辅助管线5，并与敷设目标管线2组成u型结构，在两根管线的u型端设置u型接头6，构建两根管线间的液体连通通道。

2)在敷设目标管线2入口处连接三通4，将三通4的其中一进口连接液体驱动与回收系统1，另一进口连接光纤供应系统3，出口则连接敷设目标管线2；将辅助管线5的出口连接液体驱动与回收系统1。

3)进行旧光纤泵出操作时，开启液体驱动与回收系统1，将液体工质泵送入敷设目标管路2中，利用液体工质的拖拽力将辅助管线5中的旧光纤泵出并随液体工质进入液体驱动与回收系统1被回收。

4)待旧光纤泵出后，开启光纤供应系统3将新光纤缓慢送入三通4，利用液体工质的拖拽力将新光纤带入敷设目标管路2。

5)当新光纤到达待敷设的长度后，关闭液体驱动与回收系统1和光纤供应系统3，完成光纤置换。

在上述实施例中，当完成新光纤敷设或光纤置换之后，还可以进行管线内液体吹出操作，具体操作过程如下：

首先断开三通4和液体驱动与回收系统1的连接，并将光纤供应系统3切换为气体供给系统(氮气或其他惰气体性)；然后开启气体供给系统，将气体泵入敷设目标管路2，液体工质将在高压气体的推动下不断被排出至液体驱动与回收系统1；持续吹扫4-8小时，保证液体驱动与回收系统1接收到的流体不再含有液体工质为止；关闭气体供给系统，完成敷设目标管路2内液体吹出操作。

在上述实施例中，光纤供应系统3可以由旋转电机、力矩控制器、光纤盘和旋转圈数计数器组成，也可以由类似能够驱动光纤并保证光纤恒力矩送给的设备组成。

进一步地，本发明还给出了液体工质的选择标准，一般来讲液体工质需满足一下要求：

(1)液体工质常见，满足应用领域现场环境安全要求。

(2)根据应用的环境最高温度和内部液体工质所承受的最高压力来选择三相临界点接近或较低该温度和压力值的液体。比如，当井下环境温度250℃，此处敷设目标管线内最高压力5mpa时，可选择异丙醇(也称作二甲基甲醇，ipa)作为敷设的液体工质，该液体的临界温度为234.9℃，临界压力为4.764mpa，分别低于环境温度和当地液体压力。该液体工工质可有效保证在液体从地面室温到井下温度升高过程中液体将直接进入超临界态，不需要经历密度有变化的两相区，避免了工质发生气液相变所引起的密度突变所引起的流动非稳定性及其对光纤的损伤。

(3)液体工工质在管线内流动过程中从一端到另一端的沿程相态(温度和压力)变化过程应满足如图4中虚线所示的路径，避免进入两相区(liquid-vaporregion)。

根据上述要求，液体工质建议的选择：

低温情况：环境温度为0～100℃时，液体工质可选择水。

中高温情况：环境温度为100～300℃时，液体可选择异丙醇。

更进一步地，本发明还给出了敷设目标管线2的内径设计标准：

敷设目标管线2的内径决定了流体在管线内流动拖拽待敷设光纤时的流速及拖拽力。当管线两端压差一定(或液体流量一定)的前提下，管线内径越大，流速越小，雷诺数(雷诺数＝流速*管线内径/液体运动粘度，是衡量管内流动状态的重要参数)越小，拖拽力越小而流动越趋向于或者就是层流状态，流体在管线内流动越稳定；而管线内径越小，流速越大，雷诺数越大，拖拽力越大而流动越趋向于或者就是紊流(湍流)状态，流体在管线内流动越紊乱不稳定，不利于光纤传送，因此敷设目标管线2的内径设计标准如下：

(1)管线内径的设计下限(最小值)应使得流体在管线内流动时处于层流状态，或雷诺数小于2300。

(2)管线内径的设计下限(最小值)应使得光纤所承受的拖拽力小于光纤抗拉强度。

上述各实施例仅以光纤为例对本发明进行说明，可以预见的是，稍作合理的、显而易见的改动，比如将光纤供应系统改成光缆供应系统，也可以将本发明应用于小光缆的敷设。因此，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。