一种稠油井井下工况智能检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种分布式光纤传感技术，具体涉及一种稠油井井下工况智能检测装置。
【背景技术】
[0002]石油是国民经济的命脉，在国民经济中占有无与伦比的地位。随着油田开发进程的不断深入，稠油开发所占比例越来越大。国内一直致力于变频调速技术在油田的推广，但抽油机变频控制器在实际应用中也存在着倒发电现象难处理、电磁干扰严重等问题，从而使得传统抽油机无法获取稠油井井下实际工况，抽油机工作参数不能灵活配置，导致运行效率低下。
[0003]目前，国内外开始将光纤传感产品嵌入到油井检测设备中，实现油井以及抽油机的实时检测，并以此来获取稠油井井下实际工况。中国专利文献中，公开号CN203719792U、名称是一种分布式光纤测温装置(参见该申请说明书【具体实施方式】部分)，公开了一种分布式光纤测温装置，该装置包括一放大电路、一采集电路和一 ARM微处理器，该ARM微处理器和该采集电路相连接，且该ARM微处理器设在一嵌入式主板上，该放大电路和该采集电路均集成在一采样主板上，该现有技术采用分布式光纤测温原理检测稠油井中的温度场，但是，该装置需要额外放置内参考光纤盒，增大了设备的体积，不利于集成；该装置中只包括一光开关，直接采用传感光纤进行探测，当对稠油井井下工况进行检测时，传感光纤的探测结果不敏感，从而导致检测装置的检测结果存在偏差，此外，该检测装置不能同时检测不同稠油井的井下工况，也无法适应不同的应用环境，从而使得检测装置耗电多、效率低下，无法满足长期在线监测的需要。
[0004]因此，为了解决现有技术中存在的问题，研宄一种功耗低、灵活性强、成本低、工作稳定可靠的稠油井井下工况智能检测装置已经成为一项重要任务。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为了解决传统检测装置尺寸大、功耗高，无法针对油田不同类型的油井和同一油井不同时期的不同工况进行实时检测的问题，提出了一种稠油井井下工况智能检测装置。
[0006]本实用新型的技术方案为:
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种稠油井井下工况智能检测装置，包括分别封装在微型机箱中的光学模块和电控模块，所述光学模块和电控模块通过射频同轴电缆连接，所述光学模块包括脉冲激光器模块、光纤耦合器、多路光开关、与光纤耦合器相连的APD模块、以及为脉冲激光器模块、APD模块和多路光开关提供电源的第一供电模块，所述电控模块包括FPGA高速信号采集模块、ARM系统、以及与FPGA高速信号采集模块和ARM系统相连的第二供电模块，所述装置还包括与多路光开关分别连接的光纤传感器，以及连接在光纤耦合器和多路光开关之间的参考光纤绕组。
[0008]与现有技术相比，本实用新型采用分布式光纤传感技术，将稠油井井下工况智能检测装置分为光学模块和电控模块，并将两个模块封装在一个特殊设计的微型机箱中，大大减小了设备的尺寸，实现了设备的小型化以及内部设备的高度集成性；该装置不需要额外内置恒温盒或参考光纤盒，而是充分利用光学模块的空间，将参考光纤绕组布置在光纤耦合器和多路光开关之间，进一步减小了设备的尺寸，降低了设备的功耗；此外，该装置采用多路光开关，并由多路光开关连接到不同油井的光纤传感器，实现一台设备同时连接多个光纤传感器对多个光纤传感器进行采集，通过光纤传感器实时检测油田不同类型的油井和同一油井不同时期的不同工况，从而实时检测稠油、超稠油井井下动态参数，提高采油系统的效率、降低吨油成本、减少设备的运行功耗。
[0009]所述光纤传感器包括毛细不锈钢管以及套设在毛细不锈钢管内的光纤，所述毛细不锈钢管与光纤的间隙内还填充有导热剂；在检测实施过程中，将毛细不锈钢管作为光纤保护套管深入油井油面层，光纤在毛细不锈钢管里面，毛细不锈钢管与光纤的间隙内还填充有导热剂，这样能使光纤对油井井下工况更加敏感，使得检测结果更为准确。
[0010]所述参考光纤绕组采用光纤裸纤绕纤方式缠绕，且光纤缝隙内填充导热剂；参考光纤绕组是光纤裸纤经独特的绕纤方式缠绕而成，光纤缝隙内填充导热剂密封后布置在光纤耦合器和多路光开关之间；密封的参考光纤绕组通过脉冲激光器模块中的温度控制电路实现恒温控制，这是一种超小型化的实现方式，该恒温控制方式只需要在使用前对设备进行一次外部标定即可，标定时只需要把外部恒温箱中的光纤接入多路光开关，标定过程由系统软件自动完成。
[0011 ] 所述脉冲激光器模块包括脉冲激光器、激光器驱动电路、以及温度控制电路；激光器驱动电路控制脉冲激光器发出经过特殊编码的光脉冲，并通过FPGA高速信号采集模块输出的同步信号对脉冲激光器进行同步控制，温度控制器用于对密封的参考光纤绕组进行恒温控制。
[0012]所述多路光开关还通过串口与ARM系统连接，ARM系统包括ARM芯片、SDRAM、NANDFlash、Nor Flash、Ethernet接口、RTC、USB接口、串口等，所述装置通过ARM系统控制多路光开关来切换光纤通道，从而实现不同类型的油井和同一油井不同时期的不同工况的实时检测。
[0013]脉冲激光器模块发出的光脉冲通过光纤进入光纤耦合器，经过光纤耦合器和参考光纤绕组后进入到多路光开关，由多路光开关连接到不同油井的光纤传感器，同时由光纤传感器返回的光经过多路光开关、参考光纤绕组进入光纤耦合器，经过光纤耦合器的初级挑选进入到APD模块。
[0014]所述Aro模块包括高性能检光光路、光电检测器、信号放大电路以及偏压控制电路。
[0015]所述脉冲激光器模块、光纤耦合器、多路光开关之间均通过单模光纤依次连接，所述APD模块通过单模光纤与光纤耦合器相连。
[0016]脉冲激光器模块为系统提供光脉冲，光纤耦合器将光信号耦合进光纤，经过光纤耦合器和参考光纤绕组后进入到多路光开关，再由多路光开关进入到不同油井的光纤传感器，当光脉冲在光纤传感器中前进时，会激发后向散射光，此后向散射光包含了光纤传感器采集到的油井井下参数，此后向散射光经过光纤传感器、多路光开关、参考光纤绕组进入光纤耦合器，光纤耦合器将返回的散射光信号按事先确定的比例耦合到APD模块中的高性能检光光路，高性能检光光路分离出光路中返回的斯托克斯光和反斯托克斯光，滤除瑞丽后向散射光，光电检测器将接收到的斯托克斯光和反斯托克斯光信号转换成相应的电信号为信号放大电路提供输入，信号放大电路将微弱的电信号进行放大，以便FPGA高速信号采集模块进行A/D转换。
[0017]所述FPGA高速信号采集模块通过射频同轴电缆分别与脉冲激光器模块和APD模块相连，FPGA高速信号采集模块包括信号滤波放大电路、高速ADC、高速FPGA以及信号输出放大电路；FPGA高速信号采集模块包括两路高速模拟信号输入端和一路同步信号输出端，输入的两路信号分别是光学模块中输出的斯托克斯光和反斯托克斯光的输出信号，经过信号滤波放大电路进行放大后直接进入高速ADC进行A/D转换，转换后的数据进入高速FPGA数据缓冲区，同时高速FPGA输出的信号经过信号输出放大电路放大之后传输到输出端接口作为脉冲激光器模块的同步信号；ARM系统为工业化嵌入式主板，集成Flash和SDRAM，以及网口、串口、RS485等通用接口，ARM系统从FPGA高速信号采集模块读取采样数据，采样数据包括稠油、超稠油井蒸汽吞吐实施过程中温度场、饱和度场、吸汽剖面、产液剖面、井温剖面等实时数据，ARM系统搜集采样数据，且在本地缓存封装之后通过网口、RS485等接口将数据发送至远端服务器，同时，ARM系统集成了脉冲激光器调节算法、TEC控制算法以及APD偏压调整算法，通过串口对光学模块和电控模块进行设置。ARM系统将数据发送至远端服务器后，再由远端服务器根据检测的动态参数以及井下油层液位来任意调节、设定抽油机的冲次和上下行速度，提高柱塞泵行盈系数，从而达到增产、节能的目的。
[0018]所述ATO模块中的偏压控制电路与脉冲激光器模块通过同一个串口与ARM系统连接；ARM系统集成APD偏压调整算法，通过偏压控制电路对脉冲激光器模块进行调整，从而使脉冲激光器发送编码后的光脉冲。
[0019]所述第二供电模块通过串口与FPGA高速信号采集模块以及ARM系统连接，第二供电模块为FPGA高速信号采集模块以及ARM系统提供工作电源。
[0020]本实用新型的技术效果为:
[0021]本实用新型提供了一种稠油井井下工况智能检测装置，通过将稠油井井下工况智能检测装置的光学模块和电控模块封装在一个特殊设计的微型机箱中，大大减小了设备的尺寸，实现了设备的小型化以及内部设备的高度集成性；该装置还将参考光纤绕组布置在光纤耦合器和多路光开关之间，进一步减小了设备的尺寸，降低了设备的功耗；此外，本实用新型采用多路光开关，并由多路光开关连接到不同油井的光纤传感器，实现一台设备同时连接多个光纤传感器对多个光纤传感器进行采集，实时检测油田不同类型的油井和同一油井不同时期的不同工况，增强了该检测装置的灵活性，使之能够适应不同的应用环境，从而提高了采油系统的效率、降低了吨油成本、减少了设备的运行功耗，并且也满足了油井现场长期在线监测的需要。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型稠油井井下工况智能检测装置原理框图。
[0023]图2为本实用新型稠油井井下工况智能检测装置光学模块原理框图。
[0024]图3为本实用新型稠油井井下工况智能检测装置电控模块原理框图。
[0025]图中，1、脉冲激光器模块；2、光纤耦合器；3、多路光开关；4、APD模块；5、FPGA高速信号采集模块；6、ARM系统；7、光纤传感器；8、参考光纤绕组；9、第一供电模块；10、高性能检光光路；11、光电检测器；12、第二供电模块。
【具体实施方式】