一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法和装置与流程

本发明涉及硫化氢检测，尤其涉及一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法和装置。

背景技术：

1、硫化氢是易燃易爆剧毒性气体。随着浓度从小变大，其对人和动物的毒害性也迅速增强。从0.00041ppm时人开始嗅到臭味，到50ppm时嗅觉麻痹，再到400ppm时一小时内死亡，以及1000ppm时的瞬间猝死，硫化氢一直是人类和动物在自然界中常见的隐形杀手之一。

2、对于硫化氢气体的监测，目前广为熟知的方法有硝酸银比色法、气相色谱法、碘量法、亚甲蓝法、乙酸铅反应速率双光路检测法，以及现场应急中的便携式硫化氢气体检测仪等。这些方法的共同点是，更适宜在开阔的空间和场地上操作。对于取样困难、活动不便的有限空间，比如矿井、油气井、地下空间、水下空间等场所，这些方法的应用面临着各种制约。

3、为解决有限空间内硫化氢气体监测的便利性问题，本发明提出一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法和装置，利用该方法和装置，可实现任何受限空间内硫化氢气体的全天候、全方位的监测。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的在于提供一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法及装置，利用分布式光纤外部套设的硫化氢腐蚀性敏感钢制外壳，当钢制外壳发声氢催反应后，硫化氢继续通过裂缝继续腐蚀分布式光纤，从而导致光纤的中光信号的散射相位发生变化的原理，利用分布式光纤的出射光相位变化，得到硫化氢的浓度，解决了现有技术中有限空间中硫化氢检测时，现有设备不方便操作的情况。

2、为了实现上述目的，本发明的一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法，包括：将分布式光纤的外部套设薄膜型硫化氢腐蚀性敏感钢制外壳，形成封装体；将封装体置于有限的模拟空间中，并在模拟空间中注入硫化氢气体，采集分布式光纤出射的散射光信号；

3、在测试模拟空间中保持硫化氢浓度不变，测试散射光强度、散射光相位的变化值，直至封装体的外壳发生脆化反应停止；

4、在测试模拟空间中调整硫化氢气体的浓度，测试不同浓度变化条件下散射光强度、散射光相位的变化值，直至封装体的外壳发生脆化反应停止；

5、分别绘制硫化氢浓度不变时，散射光相位随时间的变化曲线以及硫化氢浓度改变时，散射光相位随浓度的变化曲线；

6、对得到的两种曲线分别进行函数拟合，得到硫化氢浓度不变时，散射光相位-时间函数关系式以及硫化氢浓度改变时，散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式；

7、在待检测的油气井中布设分布式光纤，测量分布式光纤的散射光相位，根据得到的散射光相位-时间函数关系式和散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度。

8、进一步优选的，所述绘制硫化氢浓度改变时，散射光相位随浓度的变化曲线时：

9、以硫化氢浓度变化梯度△d/dt为横轴，散射光相位增量梯度dω/dt为纵轴绘制。

10、进一步优选的，所述在测试模拟空间中调整硫化氢气体的浓度，测试不同浓度变化条件下散射光强度、散射光相位的变化值时，包括以下测试工况：

11、工况1、在模拟空间内注入一定浓度的硫化氢气体，连续均匀增加硫化氢气体的浓度，得到浓度均匀且连续变化条件下，相位随时间变化的数据；

12、工况2、在模拟空间内注入一定浓度的硫化氢气体，连续不均匀增加硫化氢气体的浓度，得到浓度不均匀连续变化条件下，相位随时间变化的数据；

13、工况3、在模拟空间内注入一定浓度的硫化氢气体，均匀但不连续地增加硫化氢气体的浓度，得到浓度均匀但不连续变化条件下，相位随时间变化的数据；

14、工况4、在模拟空间内注入一定浓度的硫化氢气体，不均匀不连续地增加硫化氢气体的浓度，得到浓度不均匀且不连续变化条件下，相位随时间变化的数据。

15、进一步优选的，在待检测的油气井中测量分布式光纤的散射光相位，根据得到的散射光相位-时间函数关系式和散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度时，包括：

16、根据测得的散射光相位，计算散射光相位随时间的变化梯度大小，当变化梯度处于预设范围内时，根据散射光相位-时间函数关系式计算硫化氢气体浓度，当变化梯度处于预设范围外时，在散射光相位-时间函数关系式基础上，结合散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度。

17、本发明还提供一种利用分布式光纤监测硫化氢气体的装置，包括：

18、分布式光纤、硫化氢腐蚀性敏感钢制外壳，主控计算机、光信号发生与采集面板、模拟有限空间、硫化氢储罐、硫化氢浓度调整控制监测机构；

19、将分布式光纤的外部套设薄膜型硫化氢腐蚀性敏感钢制外壳，形成封装体；将封装体置于有限的模拟空间中，

20、在模拟空间中设置进气口，将进气口、硫化氢浓度调整控制监测机构、硫化氢储罐依次连接；将分布式光纤连接光信号发生与采集面板，将光信号发生与采集面板连接主控计算机；

21、模拟空间中注入硫化氢气体，采集分布式光纤出射的散射光信号；

22、在测试模拟空间中保持硫化氢浓度不变，测试散射光强度、散射光相位的变化值，直至封装体的外壳发生脆化反应停止；

23、在测试模拟空间中调整硫化氢气体的浓度，测试不同浓度变化条件下散射光强度、散射光相位的变化值，直至封装体的外壳发生脆化反应停止；

24、主控计算机分别绘制硫化氢浓度不变时，散射光相位随时间的变化曲线以及硫化氢浓度改变时，散射光相位随浓度的变化曲线；对得到的两种曲线分别进行函数拟合，得到硫化氢浓度不变时，散射光相位-时间函数关系式以及硫化氢浓度改变时，散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式；

25、在待检测的油气井中布设分布式光纤，测量分布式光纤的散射光相位，根据得到的散射光相位-时间函数关系式和散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度。

26、进一步优选的，所述绘制硫化氢浓度改变时，散射光相位随浓度的变化曲线时：

27、以硫化氢浓度变化梯度△d/dt为横轴，散射光相位增量梯度dω/dt为纵轴绘制。

28、进一步优选的，在待检测的油气井中测量分布式光纤的散射光相位，根据得到的散射光相位-时间函数关系式和散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度时，包括：

29、根据测得的散射光相位，计算散射光相位随时间的变化梯度大小，当变化梯度处于预设范围内时，根据散射光相位-时间函数关系式计算硫化氢气体浓度，当变化梯度处于预设范围外时，在散射光相位-时间函数关系式基础上，结合散射光相位变化率-硫化氢浓度变化率函数关系式计算油气井的硫化氢浓度。。

30、本装置的具体工作过程包括

31、(1)在有限空间内下入分布式光纤，并布置好光信号发生与采集装置、装有专用测量软件的计算机。

32、(2)在监测设备和光纤布置完成的第一时间，启动测量系统，完成一次测量过程。该过程测得的数据作为今后长期监测的原始本底数据。

33、(3)之后根据实际情况，每天(每小时)启动一次系统，完成一次测量。

34、(4)绘制散射光相位随时间变化的曲线(曲线1)。

35、(5)绘制散射光相位随时间的变化率跟硫化氢浓度随时间的变化率的关系曲线(曲线2)。

36、(6)在曲线2上找出散射光相位随时间变化率为0(或者处在预设范围)的部分，确定该段的时间范围t。。

37、(7)在曲线1上时间范围t内读取散射光相位的变化范围。

38、(8)按照实验得到的第①个函数关系计算时间范围t内硫化氢气体的浓度值。

39、(9)按照实验得到的第②个函数关系计算时间范围t以外的硫化氢气体的浓度值

40、本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法的步骤。

41、本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法的步骤。

42、本技术公开的利用分布式光纤监测硫化氢气体的方法及装置，相比于现有技术，至少具有以下优点：

43、利用分布式光纤外部套设的硫化氢腐蚀性敏感钢制外壳，当钢制外壳发声氢脆反应过程中，钢外壳的应力变化传导至分布式光纤，从而导致光纤的中光信号的散射相位发生变化的原理，利用分布式光纤的出射光相位变化，得到硫化氢的浓度，解决了现有技术中有限空间中硫化氢检测时，现有设备不方便操作的情况；

44、本发明提供的监测装置，能够布设在任意有限空间内，且结构简单，易于操作，根据得到的相位变化，能直接计算硫化氢的浓度，噪声数据少，计算准确。