潜油泵作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种潜油栗作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法，用于对潜油栗作业过程中进行温度、液面压力等多参数进行监测和控制。
【背景技术】
[0002]石油作为不可再生的战略性资源在当今世界尤为重要，而目前石油采收率低的问题一直是困扰着石油工业最为核心的问题。潜油栗作为一种重要的采油设备，在石油开采过程中发挥着不可替代的作用。潜油电栗机组一般工作在2000米或更深的油井中，高温、高压、振动等恶劣工作环境严重影响着机组的安全及高效运行，因此监测机组井下生产安全问题至关重要。井下动液面实时反映着井底流动压力、液柱高度和栗的沉没度等情况，若对井下潜油栗工作过程中的没入液面深度不能实时监测，将会导致潜油栗干烧及损坏等现象发生。为避免潜在的井下生产事故，需要对潜油栗的电机电流、转速、井下温度和压力等多个状态参数进行同步在线监测，从而不断调整和优化采油方案，这对提高油田开采效率、保证生产安全有着十分重大的指导意义。
[0003]然而，油井下高温、高压、强化学腐蚀、强电磁干扰等一系列极端恶劣环境对传感器的可靠性是一种极大的考验。目前，现有的电学传感装置一般仅用于1000米以内的浅井中，对于1000米以上的深井则存在信号传输不好、接收不到数据等问题;而光纤传感器对这种恶劣环境具有很强的适应性，相比传统传感器具有全程无需供电、防火防爆、灵敏度高、抗腐蚀、耐高温高压、抗电磁干扰、稳定性高、寿命长等优点。同时，光纤传感系统又具有传输距离长、体积小、铺设容易，能适于各种极端恶劣环境条件等突出特点，是深井(1000米以上)下潜油栗作业过程温度和压力等多参数在线监测的理想选择。目前已有专利均只对井下环境的准静态温度、压力进行监测，例如专利号(CN101178006B)提出一种光纤智能井压力与温度二参量传感器，采用石英管中熔接两段光纤形成FP腔，把温度和压力光纤传感器串联起来监测油井下高温高压环境;专利号(CN101865735B)提出一种准分布式光纤光栅温度传感器，对耐高温FBG(布拉格光纤光栅)采取石英管和两层金属管进行封装来监测油井下温度环境。
[0004]但是这些传感装置无法直接用于监测油井下潜油栗在线作业过程中没入液面的压力参数，因为采用石英管的封装方式在潜油栗工作过程中会因潜油栗的剧烈振动而使石英管振碎，导致这些传感装置工作寿命较短。此外，这些传感装置没有直接将光纤传感器实时获得的井下液面信息用于潜油栗在线工作参数的反馈调节，不能形成闭环控制。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决上述技术问题，而提供一种潜油栗作业过程中多参数在线监测控制系统及制作方法，通过设计一种抗震性强的光纤温度压力集成传感装置，将其安装在潜油栗吸入口处，一方面实时获取深井下潜油栗的工作温度和反映其工作液面的压力信号；另一方面利用实时获取的液面压力信号作为反馈输入通过变频器来调节潜油栗转速，达到智能控制潜油栗工作的目的;本发明中的光纤温度压力集成传感器采用耐高温FBG(布拉格光纤光栅)和FP(光纤珐玻)复合结构，利用聚合物进行封装，不绣钢管作为外层保护器件，克服了现有技术中所存在的缺陷，具有抗振性能好、结构小、灵敏度高的特点。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种潜油栗作业过程中多参数在线监测控制系统，其特征在于，包括在线监测系统和在线监测控制系统，所述监测系统包括放置在潜油栗吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有上位机，从而实现潜油栗工作温度和工作液面压力的在线监测；
所述在线监测控制系统，包括放置在潜油栗吸入口处的光纤温度压力集成传感器，所述光纤温度压力集成传感器连接有光纤传感信号解调仪，所述光纤传感信号解调仪连接有数模转换器，所述数模转换器连接有变频器，所述变频器经接线盒和电缆连接有潜油栗，从而实现潜油栗在线监测控制的闭环控制回路。
[0007]所述光纤温度压力集成传感器包括光纤FP压力传感器和FBG温度传感器，所述光纤FP压力传感器包括多模光纤和耐高温光纤，所述多模光纤的一端设有空气腔，具有空气腔的多模光纤端与耐高温光纤恪接在一起形成光纤FP压力传感器。
[0008]所述光纤温度压力集成传感器设置有聚合物封装层，所述聚合物封装层包括由聚醚醚酮制成的聚合物管，所述聚合物管的一端为聚合物管接头，所述聚合物管内设置有油压槽，所述油压槽与聚合物管接头连通;所述聚合物管接头的内径与油压槽的内径匹配;所述聚合物管的顶端和底端分别设置有用于放置光纤FP压力传感器的第一聚合物微槽和用于放置FBG温度传感器的第二聚合物微槽;所述第一聚合物微槽的贯穿除去聚合物管接头之外的聚合物管，所述光纤FP压力传感器在第一聚合物微槽中的固定位置位于油压槽侧，所述第二聚合物微槽设置在聚合物管的实心端。
[0009]所述聚合物封装层的外部套设有不锈钢密封层，所述不锈钢密封层包括第一不锈钢管和第二不绣钢管，所述第一不锈钢管包括小径端和大径端，所述第二不锈钢管包括小径端和大径端，所述第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端的外径和内径匹配，设置有聚合物封装层的光纤温度压力集成传感器的裸露光纤穿过第一不锈钢管的小径端，所述聚合物封装层套设在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端形成的腔体内，所述聚合物管接头封装在第一不锈钢管的大径端和第二不锈钢管的大径端处，所述聚合物管接头与第二不锈钢管之间设置有聚合物垫子。
[0010]所述的第一不锈钢管的小径端内套设有耐高温光缆，所述耐高温光缆的细管中填充有油膏，所述光纤温度压力集成传感器的裸露光纤套入具有油膏的耐高温光缆的细管中；所述第一不锈钢管的小径端配设有用于将耐高温光缆、光纤温度压力集成传感器的裸露光纤以及第一不锈钢管的小径端进行密封固定的SOS不锈钢卡套接头。
[0011]所述光纤温度压力集成传感器的尾纤配设有密封保护装置，所述密封保护罩包括钢管、两个绝缘收缩套管、两段带有光纤跳线头子光缆以及用于连接光纤温度压力集成传感器的光缆，所述光纤温度压力集成传感器的光缆经绝缘收缩套管与钢管连接，带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤连接;带有光纤跳线头子光缆的尾纤与光缆的尾纤的连接处配设有热缩管。其中，光纤温度压力集成传感器的光缆与钢管之间、带有光纤跳线头子光缆与钢管之间均配设有绝缘收缩套管。
[0012]潜油栗作业过程中多参数在线监测控制系统的制作方法，包括以下步骤:
(I )、通过腐蚀方法制作光纤FP压力传感器；
(2)、通过聚合物对光纤FP压力传感器和FBG温度传感器进行集成封装；
(3)、利用不锈钢管和不锈钢卡套对光纤温度压力集成传感器进行外部密封保护；
(4)、利用绝缘收缩套管和钢管对光纤温度压力集成传感器的裸露光纤进行外部密封保护；
(5)、将光纤温度压力集成传感器放置在潜油栗的吸入口处，并与光纤传感信号解调仪连接，通过与光纤传感信号解调仪连接的上位机实现潜油栗工作温度和工作液面压力的同步在线监测;光纤传感信号解调仪与数模转换器连接，数模转换器与变频器连接，所述变频器经接线盒和电缆连接潜油栗;通过将光纤温度压力集成传感器获取的潜油栗井下的工作温度和工作液面压力信号作为变频器的输入信号，变频器在线调整和控制潜油栗转速实现潜油栗闭环控制。
[0013]在上述步骤(4)与步骤(5)之间还具有光纤温度压力集成