(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210909495.4 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 申请人 四川新创能石油工程 技术有限公司 　 四川中拓优视光控科技有限公司 (72)发明人 曾德智　袁海富　胡欢　程地奎　 刘奇林　刘振东　罗世杰　杜浪　 张强　田刚　 (74)专利代理 机构 北京慕达星云知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11465 专利代理师 符继超(51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01D 5/353(2006.01) E21B 47/06(2012.01) E21B 47/07(2012.01) (54)发明名称 一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性 智能监测系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于多通道分布式光纤 的井筒完整性智 能监测系统， 该系统包括： 分布 式光纤传感器、 信号检测模块、 信号转换模块和 数据处理及显示模块， 分布式光纤传感器采集套 管的应力和温度数据、 水泥环应力数据， 信号检 测模块在检测到分布式光纤传感器传输的光信 号后对光信号进行光电转换， 随后将数据输送至 信号转换模块进行模数转换， 数据显示及处理模 块将转换后的数据进行分析处理， 得到套管相关 的应力、 温度和位置信息， 以及水泥环相关的应 力和位置信息， 并进行显示。 该系统通过光纤检 测的方式实现对套管和水泥环 服役状态的监测， 通过对检测数据的分析， 可对应力数据和温度数 据进行图形化展示， 更高效、 准确的实现对套管 服役状态的监测。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115265659 A 2022.11.01 CN 115265659 A 1.一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其特 征在于， 包括： 分布式光纤传感器， 用于监测井筒 套管服役状态， 采集套管的检测光信号； 信号检测模块， 接收所述检测光信号， 并进行光电信号 转换， 获得检测电信号； 信号转化模块， 接收所述检测电信号， 并进行模数转换， 获得监测数据； 数据处理及显示模块， 接收所述 监测数据并进行损伤分析处 理， 获得监测结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述分布式光纤传感器包括泵浦激光仪、 探测激光器、 应力检测光纤、 温度检测 光纤以及耦合器单 元； 所述应力检测光纤紧贴套管内壁自上往下螺旋状布置， 在到达套管底部后 穿过套管紧 贴水泥环内壁自下往上螺旋状布置； 所述温度检测光纤紧贴套管内壁自上往下螺旋状布 置； 所述泵浦激光仪分别与所述应力 检测光纤和所述温度检测光纤连接， 经过耦合器单元 分别连接至套 管内壁上布置的所述应力检测光纤的前端， 以及套 管内壁上布置的所述温度 检测光纤的前端， 并发送泵浦光脉冲信号； 所述探测激光器与 水泥环内壁上布置的所述应力检测光纤的后端连接， 并发送连续探 测光脉冲信号； 连续探测光脉冲信号输入水泥环内所述应力检测光纤的后端， 经过水泥环和套管内的 应力检测光纤传输至耦合器单元， 在 耦合器单元与泵浦光脉冲信号进 行耦合， 获得耦合光， 耦合光通过套 管内应力检测光纤的前端传输至套 管和水泥环内布置的应力检测光纤中， 随 后经套管内应力检测光纤的前端返回至所述耦合器单 元获得应力检测光信号； 泵浦光脉冲信号经所述耦合单元输入套管内所述温度检测光纤的前端， 传输至套管内 温度检测光纤中， 随后经套管内温度检测光纤的前端返回至所述耦合单元获得温度检测光 信号。 3.根据权利要求2所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述耦合单 元包括第一耦合器和第二耦合器； 连续探测光脉冲信号经过套筒内的应力 检测光纤传输至第 一耦合器， 所述泵浦激光仪 发出的泵浦 光脉冲信号分别 传输至所述第一耦合器和所述第二耦合器， 连续探测光脉冲信 号和泵浦光脉冲信号在第一耦合器耦合后获得的耦合光进入套筒内的所述应力检测光纤， 泵浦光脉冲信号经 过第二耦合器后进入套 筒内的所述温度检测光纤； 套管内所述应力检测光纤中的耦合光经散射后返回所述第 一耦合器， 所述第 一耦合器 分两路输出布里渊散射 光和Stokes散射光； 套管内所述温度检测光纤中的泵浦光脉冲信号经散射后沿原光路返回所述第二耦合 器， 所述第二耦合器输出拉曼散射 光。 4.根据权利要求2所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述应力检测光纤均匀贴附于套管内壁， 在到达套管底部后穿过套管通过环氧 树脂均匀贴附于水泥环内壁； 所述温度光纤通过环氧树脂均匀贴附于套管内壁。 5.根据权利要求4所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述应力检测光纤螺旋状布置时， 每个环间隔范围设定为30～50厘米； 所述温度 检测光纤螺旋状布置时， 每个环间隔设定范围为30～50厘米； 所述应力检测光纤与所述温权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115265659 A 2度检测光纤 间隔5～10厘米。 6.根据权利要求3所述的一种基于多通道分布式光纤的套管损伤监测系统， 其特征在 于， 所述信号检测模块包括第一 光电检测器、 分光器和第二 光电检测器； 所述第一光电检测器接收到所述第一耦合器分两路输出的所述布里渊散射光和所述 Stokes散射光信号后进行光电信号转换， 获得应力检测电信号， 并将应力检测电信号传入 传输至信号转换模块； 所述分路光器接收到所述第二耦合器输出的温度检测光信号分为Stokes拉曼散射光 和Anti‑Stokes拉曼散射光， 随后所述Stokes拉曼散射光和所述Anti ‑Stokes拉曼散射光传 入所述第二光电检测器， 所述第二光电检测器将所述Stokes拉曼散射光和所述Anti ‑ Stokes拉曼散射 光后进行光电信号 转换， 生成 温度检测电信号， 并传输 至信号转换模块。 7.根据权利要求6所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述信号 转换模块包括第一A/D采样器， 第二A/D采样器； 所述第一A/D采样器将第 一光电检测器的输出的应力 检测电信号经模数转换处理后得 到应力待测数据， 并将所述应力待测数据传送至数据处 理及显示模块； 所述第二A/D采样器将第 二光电检测器的输出的温度检测电信号经模数转换处理后得 到温度待测数据， 并将所述温度待测数据传送至数据处 理及显示模块。 8.根据权利要求7所述的一种基于多通道分布式光纤的井筒完整性智能监测系统， 其 特征在于， 所述数据处 理及显示模块包括数据处 理单元和显示单 元； 所述数据处理单元， 用于分别对所述应力待测数据中的所述布里渊散射光和所述 Stokes散射光对应的频率差进行分析， 得到光纤沿线的应力动态曲线和 应力位置信息； 对 所述温度待测数据中的拉曼散射光分光后的所述Stokes拉曼散射光和所述Anti ‑Stokes拉 曼散射光对应的光功率比进行分析， 得到光纤沿线的环境温度曲线和温度位置信息； 根据 应力动态曲线、 应力位置信息和螺旋状应力检测光纤分布参数， 计算获得井筒应力云图； 根 据环境温度曲线、 温度位置信息和螺旋状温度检测光纤分布 参数， 计算 获得井筒温度云图； 根据所述应力待测数据和所述温度待测数据生成数据报表； 根据应力云图、 温度云图的相邻点突变确定发生损伤的位置， 并根据数据报表确定发 生损伤位置的相关信息； 所述显示单 元， 用于显示应力云图、 温度云图和数据报表。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115265659 A 3