MX2012010798A - Ventana de fibra dts de longitud de onda multiple con fibras psc. - Google Patents

Abstract

Un sistema DTS resistente a pérdidas de atenuación inducida por hidrógeno durante la vida del servicio de una instalación en ambas temperaturas bajas y altas usando tecnología de calibración automática DTS de longitud de onda múltiple en combinación con fibras ópticas diseñadas de Núcleo de Sílice Puro (PSC) tolerantes a hidrógeno.

Description

VENTANA DE FIBRA DTS DE LONGITUD DE ONDA MÚLTIPLE CON FIBRAS PSC CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al uso de sistemas de temperatura distribuidos de fibra óptica usados en ambientes de hidrógeno para dentro de pozo y particularmente al uso de fibras PSC tolerantes a hidrógeno en combinación con tecnología DTS de longitud de onda múltiple seleccionada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El registro por Sensor de Temperatura Distribuido basado en Raman (DTS por sus siglas en inglés) se inventó en los primeros años de la década de los 80, y se desplegó primero en la industria de petróleo y gas en la década de los 90. El DTS hoy en día se usa ampliamente en pozos de aceite convencionales con gran registro de huella. Las aplicaciones exitosas que varían desde monitoreo de inyección de agua, elevación de gas, integridad de pozo, modelado de flujo para monitorear activos térmicos.

Una de las aplicaciones para dentro de pozo más desafiantes es un pozo con temperaturas altas y la presencia de hidrógeno en el pozo. Una aplicación de ejemplo son las tecnologías de Drenaje de. Gravedad Asistida por Vapor (SAGD por sus siglas en ingles) gue se usan como una tecnología de recuperación de aceite mejorada para producir aceite crudo pesado y bitumen, tal como las arenas bituminosas de Canadá. Las primeras implementaciones de fibras ópticas en pozos calientes ricos en hidrógeno experimentaron fallas de la fibra debido a atenuación óptica incrementada, también conocida como oscurecimiento de fibra.

El oscurecimiento de fibra, que se evidencia por una atenuación óptica incrementada, se presenta en fibras de grado de telecomunicaciones cuando el hidrógeno reacciona con sitios alterados o con defectos en la fibra. Si no se aborda esto puede resultar en una medición de temperatura no funcional en un cierto plazo.- La mayoría de los Sistemas DTS se basan en el principio de Reflectometría de Dominio de Tiempo Óptico. Un pulso de luz muy corto se pone en marcha en una fibra óptica y el pulso interactúa con la sílice fusionada en la fibra óptica a medida que se propaga hacia abajo la fibra. Esta interacción causará que la luz se disperse nuevamente a lo largo de la longitud completa de la fibra óptica. La luz retrodispersada consistirá de 3 diferentes componentes, Luz retrodispersada Rayleigh, Brillouin y Raman.

El componente Rayleigh' se dispersa nuevamente en la misma longitud como el pulso puesto en marcha mientras que ambos componentes Brillouin y Raman se desplazan en longitud de onda. La medición de estos diversos componentes se puede usar para medir un número de parámetros, especialmente temperatura y tensión. La ubicación de- estas mediciones de parámetros se puede determinar al medir el tiempo de vuelo entre el pulso transmitido y la luz reflejada.

Para tratar con ' los efectos perjudiciales de oscurecimiento de hidrógeno se han propuesto un número de soluciones, la mayoría de las cuales han abordado el problema en aplicaciones específicas, aunque no todas se puedan usar exitosamente en cada caso, especialmente en aplicaciones de temperatura muy alta (>150°C) . Los cables fijos se pueden fabricar con un gel de barrido de hidrógeno en el cable. El gel de barrido de hidrógeno se puede ver como una esponja que absorbe el hidrógeno .. En algún punto en el tiempo, la esponja se saturará si hay suficiente hidrógeno presente. El gel de barrido de hidrógeno se usa en aplicaciones por debajo de 150 °C como los g'eles descompuestos a temperaturas elevadas y que comienzan a liberar hidrógeno.

Otro enfoque de mitigación para oscurecimiento de hidrógeno es fibras recubiertas de carbono. Estas se pueden efectivamente enfrentar con ataque de hidrógeno en fibras ópticas hasta 150°C y en algunos casos recubrimientos de carbono de alta calidad se pueden usar hasta temperaturas más altas por periodos de tiempo cortos. Pero tanto geles de barrido como recubrimientos de carbono no son adecuados para pozos de temperatura alta. La necesidad creciente para recuperar aceites pesados ha llevado a tecnologías de conducción de vapor que se acercan a 300°C.

Otro enfoque que ha recibido mucha atención en la mitigación de oscurecimiento de hidrógeno es el uso de fibras ópticas de Núcleo de Sílice Puro (PSC por sus siglas en ingles). Las fibras PSC se pueden preparar las cuales están libres de productos químicos y pasivadores agregados, los cuales son los precursores para reacción con hidrógeno. Este enfoque puede ser más efectivo que ya sea geles o recubrimientos de carbono pero puede todavía exhibir atenuación inducida por hidrógeno en ciertas frecuencias cuando se expone a hidrógeno libre a temperaturas altas.

Las combinaciones de estos enfoques se han descrito. La publicación de solicitud de EUA 20060222306A1 describe el desarrollo de una fibra óptica resistente a pérdidas inducidas por hidrógeno a través de un intervalo de temperatura amplio que usa un Núcleo de Sílice Puro y una capa retardante de hidrógeno de ya sea carbono, metal, o nitruro de silicio, luego una capa de revestimiento adicional y un envoltura exterior protectora.

Aún otro enfoque para atenuación inducida por hidrógeno ha sido a través de los Sistemas DTS . por el uso de enfoques de longitud de onda múltiples. En la patente de E.U.A. 7,628, 531 un sistema DTS con dos fuentes de luz se usó y se mostró para ser capaz .de corregir por errores generados por las ambigüedades de un cable de fibra de sensor local. Se encontró que una fuente de luz secundaria cuya banda Stokes coincide con la banda anti-Stokes de una fuente de luz primaria del sistema DTS se podría usar para este propósito. Este tipo de sistema se opera al usar la fuente de luz primaria en un modo de medición y componentes de luz anti-Strokes y Raman Stokes de retrodispersión recogidos y el uso que las intensidades de aquellos componentes calculan las temperaturas. Luego durante un modo de corrección o calibración, que proporciona pulso de la fuente de luz secundaria y . recoge un componente Raman Stokes retrodispersado de la fuente de luz secundaria y que usa ese para corregir el perfil Raman anti-Stokes de la fuente de luz primaria mientras está en modo de medición, y calcula una temperatura corregida del perfil anti-Stokes corregido.

Similarmente la publicación internacional WO2009011766A1 muestra que algunas fibras oscurecidas en un pozo de aceite se podrían usar para medición precisa por la aplicación de un sistema de DTS de longitud de onda dual en el cual la energía de luz secundaria en la fibra corresponde a la longitud de onda anti-Stokes de la energía de luz primaria.

Las crecientes demandas de exploración de petróleo, como las velocidades de disminución de exploración de conducción de campos de crudo ligero convencional que incrementan hacia crudos más pesados, requieren una solución más robusta que cualquiera de las anteriores. Uno que puede trabajar en ambientes de temperatura mucho más altos y es confiable para la vida útil completa de la fibra instalación.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Esta necesidad se cubre por la invención de esta descripción.

La necesidad se cubre por un DTS de longitud de onda múltiple combinado y sistema de fibra óptica en el cual las longitudes de onda de funcionamiento son críticas.

Un aspecto de esta invención es un método para calibración automática de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura durante un modo de medición .en un sistema que usa un sensor distribuido de fibra óptica que comprende las etapas de, en un modo de medición, proporcionar una energía de pulso de luz de fuente de luz primaria en una fibra de sensor; componentes de luz anti-Strokes y Raman Stokes de retrodispersión recogidos; calcular températuras usando las intensidades de los componentes de luz Raman Stokes y anti-Stokes de retrodispersión; durante un modo de corrección seleccionar una fuente de luz secundaria y proporcionar pulsos de la fuente de luz secundaria a la fibra de sensor; colectar un componente Raman Stokes retrodispersado de esa fuente de luz secundaria; usar ese componente Raman Stokes recolectado de la fuente de luz secundaria en el modo de corrección para corregir un perfil Raman anti-Stokes recolectado de la fuente de luz primaria mientras que está en modo de medición; y calcular una temperatura corregida del perfil anti-Stokes corregido, en donde el sensor distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio, puro (PSC) ; y en donde la fuente de luz primaria es una fuente de longitud de onda 1064 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda 980 nm.

En otro aspecto de esta invención es un método para calibración automática de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura en un sistema usando un sensor distribuido de fibra óptica que incluye al menos las etapas de: inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor .usando una fuente de luz primaria; colectar componentes de luz Rayleigh y anti-Stokes de retrodispersión de la .energía de luz primaria; medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usar esto para corregir los componentes de luz anti-Stokes; inyectar energía de luz secundaria en la fibra de sensor usando una fuente de luz secundaria; colectar componentes de luz Rayleigh y Stokes retrodispersados de esa fuente de luz secundaria; medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usando esto para corregir los componentes de luz Stokes; calcular una temperatura usando la relación de la señal anti-Stokes retro-dispersada corregida de la energía dé luz primaria y la señal Stokes rétro-dispersada corregida de la energía de luz secundaria; en donde el sensor distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio puro (PSC); y en donde la fuente de luz primaria es uña fuente de longitud de onda 1064 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda 980 nm.

En otro aspecto de esta invención, está un método para calibración automática . de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura en un sistema usando un sensor distribuido de fibra óptica que comprende las etapas de: inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor usando una fuente de luz primaria; recolectar energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman anti-Stokes de la energía de luz primaria y medir su intensidad; inyectar energía de luz secundaria en la fibra en la longitud de onda Raman anti-Stokes de la energía de luz primaria usando una fuente de luz secundaria; recolectar energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman Stokes de la energía de luz secundaria y medir su intensidad; y calcular una temperatura usando la señal anti-Stokes retro-dispersada de la energía de luz primaria y la señal Stokes retro-dispersada de la energía de lüz secundaria; en donde el sensor distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio puro (PSC) ; y en ' donde la fuente de luz primaria es una fuente de longitud de onda 1030 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda 990 nm.

En otro aspecto un circuito de modulación de pulso simple puede operar tanto las fuentes de luz primaria y secundaria. Este aspecto proporciona parámetros de modulación comunes para dos láseres continuamente, proporcionando mucho mejores pulsos consecutivos con condiciones idénticas en parámetros tales como amplitud de corriente de modulación, velocidad de repetición y los anchos de pulso.

En otro aspecto, la fuente de luz primaria y la fuente de luz secundaria también pueden ser la misma fuente de luz, esto es, una fuente láser de longitud de onda dual operable para proporcionar al menos dos señales ópticas a la fibra de sensor.

En otro aspecto la fibra PSC también puede tener un recubrimiento de carbono para aumentar además resistencia a la atenuación inducida por hidrógeno.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las modalidades preferidas y sus ventajas se entienden mejor por referencia a las Figuras 1 hasta 6.

La Fig. 1 ilustra un sistema. DTS terminado simple.

La Fig. 2 ilustra un sistema DTS terminado doble.

La Fig. 3 ilustra niveles de señal OTDR para cuatro diferentes sondas ópticas.

Las Figs. 4A-4B ilustran en (4a) y (4b) diferentes mediciones de temperatura usando las sondas de la Figura 3.

La Fig. 5 ilustra la pérdida inducida debido a regresión de hidrógeno para una fibra PSC representativa.

La Fig. 6 ilustra la pérdida de atención para longitudes de onda criticas para la fibra de la Figura 5.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Aunque ciertas modalidades de la presente invención y sus ventajas se han descrito en la presente en detalle, se debe entender que diversos cambios, substituciones y alteraciones se pueden hacer sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntadas. Por otra parte, el alcance de la presente invención no se pretende que se limite a las modalidades particulares de los procesos, máquinas, fabricación, medios., métodos y etapas descritas en la presente. Como una persona de experiencia ordinaria en la técnica apreciará fácilmente de esta descripción, otros procesos, máquinas, fabricación, medios, métodos, o etapas, actualmente existentes o que más tarde se desarrollaran que sustancialmente funcionarán como la misma función o sustancialmente alcanzarán el mismo resultado como las modalidades correspondientes descritas en la presente se pueden utilizar de acuerdo con la presente invención. En consecuencia, a las reivindicaciones anexas se pretende que se incluyan dentro de su alcance tales procesos, máquinas, fabricación, medios, métodos o etapas.

La forma clásica para medir temperatura distribuida usando dispersión Raman es enviar un pulso simple en longitud de onda ?0 debajo de la fibra óptica y medir componentes Raman Stokes (?3) y anti-Stokes (Aas) retrodispersados como una función de tiempo. El tiempo de trayectoria permitirá un cálculo de la ubicación, y la temperatura se puede calcular como una función de la relación entre la intensidad de los componentes anti-Stokes . y Stokes en cualquier ubicación determinada. La Figura 1 muestra un sistema terminado simple 100 hecho de sistema DTS terminado simple 120 y una fibra 130 de Longitud L desplegado en la región de interés.

La atenuación de fibra debido- a absorción y dispersión Rayleigh introduce atenuación dependiente de longitud de onda. Las longitudes de- onda de pico de los componentes Stokes y anti-Stokes se separan por 13[THz] del pulso transmitido. Un sistema que opera en ?0 = 1550 nm produce longitud de onda Stokes As en 1650 nm y longitud de onda anti-Stokes Aas en 1450 nm. Esta diferencia en atenuación óptica dependiente de longitud de onda (?a) entre las longitudes de onda Stokes y anti-Stokes se deben compensar. Esto se agrega frecuentemente a la ecuación fundamental Raman abajo donde el impacto de la atenuación diferencial ?a se corrige por más distancia z.

El supuesto fundamental subyacente para mediciones de temperatura exactas con un sistema de longitud de onda DTS simple es una atenuación diferencial constante ?a.

Esta suposición no es válida en muchas aplicaciones. Los Ejemplos de situaciones donde la pérdida diferencial ?a varia se cablean curvas inducidas, atenuación inducida por radiación o atenuación inducida por. hidrógeno para nombrar unos pocos .

Las ventajas de un sistema terminado simple clásico son el despliegue sencillo y de largo alcance en aplicaciones donde la atenuación diferencial entre componentes Stokes y anti-Stokes permanece constante.

La desventaja de un sistema de longitud de onda DTS simple clásico es que experimentará errores de medición significativos debido a longitud de onda dependiente de atenuación dinámica cuando por ejemplo, la fibra se expone a hidrógeno. El incremento total en la atenuación óptica en muchas fibras puede ser en el orden de décimos de dB/km, y puede exceder el intervalo dinámico del sistema.

El impacto de la variación de atenuación diferencial ? se puede mitigar usando sistemas DTS de longitud de onda simples con despliegues de fibra terminados dobles. La Figura 2 abajo muestra un sistema terminado doble 200.

Un fibra se despliega en una configuración de bucle de dos fibras (230, 240) de longitud L y · un rastro de temperatura completo se toma del canal 1 hasta el canal 2 por una longitud de fibra total de 2L. Un segundo rastro de temperatura completo se toma del canal 2 dando dos puntos de temperatura en cada punto a lo largo de la fibra de sensor. Usando esta información, el factor de atenuación diferencial ?a se puede calcular en cada ubicación a lo largo de la fibra óptica. Este factor de atenuación diferencial distribuido ?a(?) se puede luego usar para calcular un rastro de temperatura corregido.

Hay diversas cuestiones a tener en cuenta de y para considerar cuando se considera · usar un sistema terminado doble. 1. Usando dos veces la longitud de fibra requiere dos veces el presupuesto óptico en el instrumento DTS . Esto frecuentemente limita el funcionamiento del sistema terminado doble mientras que reduce cualquier margen en el presupuesto óptico. 2. Interrogar fibras de sensor de dos direcciones requiere dos veces las conexiones ópticas y complejidad de sistema de unidades. 3. Dos veces la fibra se · expone al ambiente asi la atenuación inducida por . Hidrógeno creará dos veces el incremento de atenuación en un circuito cuando se compara con un sistema terminado simple. 4. El ruido se incrementa exponencialmente con la distancia como los niveles de señal disminuyen debido a una atenuación de fibra, y este término de ruido aparece en el factor de atenuación diferencial distribuido sobre la distancia ?a(?) y rastro de temperatura.

Los números 1 y 2 incrementan el costo del sistema total mientras que se agrega la complejidad de despliegue. El número 3 reduce la vida del servicio del sistema. El número 4 impacta la calidad de los datos, que a su vez hacen la interpretación de datos de temperatura más difícil. En muchas instalaciones, no es práctico o aún imposible para desplegar sistemas terminados dobles.

La ventaja de un sistema terminado doble es la capacidad para corregir por cambios de atenuación diferencial dinámica. Las desventajas son costos, complejidad, funcionamiento de sistema y calidad de datos.

Un sustituto es el uso de una tecnología multi-láser terminada simple. Esto atiende todos los problemas con un sistema terminado doble, mientras que proporciona todos los beneficios de un sistema terminado simple. El tipo de sistema se puede diseñar para ser más tolerante a la atenuación dependiente de longitud de onda. La selección cuidadosa de las longitudes de onda láser proporcionará trayectorias de señal con cantidades iguales de atenuación de ida y vuelta para la luz lanzada y componentes Stokes y anti-Stokes retrodispersados eliminando así el efecto de atenuación diferencial distribuida ?a(?). El funcionamiento de un sistema de longitud de onda múltiple se ilustrará en las Figuras 3 y .

La Figura 3 muestra datos OTDR por 4 diferentes fibras ópticas a temperatura ambiente. Las sondas de fibra 301, 302, y 303 son fibras vírgenes en carretes de transporte mientras que la sonda de fibra 304 se recupera de un pozo de unidad de vapor en Canadá. La fibra 304 se recuperó para análisis de falla después de que el operador llegó a la conclusión de que un sistema terminado simple de longitud de onda simple no podría medir ninguno de los datos de temperatura útiles debido a atenuación inducida por hidrógeno. Los resultados en sondas de fibra 301, 302, y 303 muestran valores de atenuación óptica lineal esperada mientras que la sonda de fibra 304 muestra alta atenuación no lineal.

La Figura 4 (a) muestra datos DTS medidos con un DTS de longitud de onda simple clásico, y la Figura 4 (b) muestra los mismos datos DTS con un DTS de longitud de onda múltiple.

Cuando las fibras se interrogan usando un DTS terminado simple clásico, las fibras 301, 302, y 303 muestran un comportamiento lineal en gran medida Fig 4 (a) . La pendiente en la medición para tres fibras se puede calibrar fuera al variar la atenuación diferencial ? suponiendo que la temperatura se conoce en algún momento a lo largo de la fibra. Cada una de las fibras se debe calibrar de forma individual para mediciones precisas, pero las contribuciones no lineales no se puede calibrar fuera como se puede ver en la sonda de fibra 304 de la Fig 4 (a) .. La fibra 304 muestra un error de temperatura no lineal grande debido a la- atenuación inducida por hidrógeno. En pozos de unidad de vapor, la atenuación diferencial distribuida variaría con tiempo, temperatura y exposición a hidrógeno que hace cualquier intento de calibración inexacto para sistemas de longitud de onda simple terminados simples.

Las mismas fibras se interrogaron usando un sistema de longitud de onda múltiple terminado simple y los resultados se muestran en la Figura (b) . Los datos de temperatura medidos para todas las sondas de fibra, independientemente de la diferencia en atenuación diferencial distribuida, concuerda bien con la temperatura ambiente. Esto muestra la capacidad de la tecnología de longitud de onda múltiple para superar algunas variaciones de atenuación diferencial distribuida no lineales dinámicas.

Para atender las cuestiones más difíciles de exposición a largo plazo de un sistema de fibra DTS en ambientes muy hostiles (alta temperatura y alta concentración de hidrógeno libre) esta descripción proporciona una combinación de un sistema DTS de longitud de onda múltiple terminado simple y una fibra tolerante al hidrógeno de Núcleo de Sílice Puro en la cual tanto el sistema .DTS como sistema de fibra se fabrican por ingeniería para maximizar el funcionamiento de sistema y proporcionar mejor capacidad para dirigir las variaciones de atenuación diferencial distribuida no lineales dinámicas en ambientes de hidrógeno a alta temperatura.

El oscurecimiento de fibra, o atenuación óptica inducida por hidrógeno, se causa cuando el hidrógeno reacciona con sitios de defecto en fibras ópticas. La atenuación permanente inducida por hidrógeno varia con composición química de fibra, concentración de hidrógeno,, temperatura y tiempo de exposición. La atenuación de fibra óptica inducida, por lo tanto es probablemente para ser no uniforme a lo largo de la longitud de la fibra óptica como condiciones del fondo del pozo que varían a lo largo del pozo.

El siguiente nivel de mitigación de hidrógeno es fibras ópticas de Núcleo de Sílice Puro (PSC) . Los dopantes y productos químicos, la causa de atenuación inducida permanente por hidrógeno, se neutralizan del núcleo de fibra óptica. El hidrógeno libre todavía inducirá la atenuación dependiente de longitud de onda en. fibras ópticas de Núcleo de Sílice Puro, pero las fibras ópticas se pueden fabricar por ingeniería para mostrar pérdida baja en ciertas longitudes de onda. Por diseño de atenuación inducida por hidrógeno debido a f'ree hidrógeno aparece en diferentes longitudes de onda.

La fibra en la Figura 5 es un buen ejemplo de tal fibra fabricada por ingeniería en la cual las longitudes de onda inferiores muestran baja atenuación en ciertas bandas como un resultado de un esfuerzo de ingeniería enfocado. Los datos en la Figura 5 están en una fibra óptica de Núcleo de Sílice Puro (PSC) después de 340 horas de exposición a hidrógeno en 280°C con una presión de hidrógeno de 200 libras por pulgada cuadrada. Se puede observar que mientras que la entrada de hidrógeno en estas condiciones extremas puede tener un efecto perjudicial serio sobre muchas partes del espectro de longitud de onda hay algunos intervalos de longitud de onda en los cuales la pérdida de atenuación es potencialmente manejable. Una región de longitud de onda ejemplo es que entre alrededor de 950 nanómetros (nm) y 1070 nm.

Los sistemas DTS más comunes son sistemas de longitud de onda simples que operan en 1064 nm +/- 40 nm, lo que significa que tienen una banda de longitud de onda de operación entre 1024 nm hasta 1104 nm, y tendrán que hacer frente con el pico 1083 nm mostrado en la Figura 5. El hidrógeno libre en la fibra ' óptica causa el pico de atenuación en 1083 nm, y este pico estará presente cada vez que hay hidrógeno libre en cualquier fibra óptica. La amplitud del pico 1083 nm variará con concentración de hidrógeno .

Un aspecto de la. invención de esta descripción es la adaptación de un sistema de DTS de longitud de onda dual a la banda de longitud de onda favorable de una fibra PSC diseñada. Como una modalidad preferida, un sistema de DTS de longitud de onda dual con una banda de longitud de onda de operación entre 980 nm hasta 1064 nm. La pérdida normal en la banda de longitud de onda entre 980 nm hasta 1104 nm es de alrededor de 2 [dB/km] . Con un pozo de drenaje de gravedad asistida por vapor (SAGD) de 1.500 metros de profundidad, esto se traduce en una pérdida de dos vías de 2 x 1.5 [km] x 2 [dB/km] = 6[dB] de pérdida de fibra esperada para un sistema terminado simple. Para un sistema terminado doble, la pérdida de dos vías se traduce en 2 x 3.0 [km] x 2 [dB/km] = 12 [dB] de pérdida de fibra esperada. Las bandas de operación DTS luego se deben mapear en la gráfica de atenuación dependiente de longitud de onda de fibra, y la atenuación inducida por hidrógeno en la banda de operación se debe evaluar. Si nos centramos en la banda de longitud de onda relevante en la fibra en la Figura 5, y mapear las bandas de operación DTS, obtenemos la Figura 6.

Como se ve en la Figura 6 los picos de la atenuación inducida por hidrógeno incrementan el nivel de atenuación más alto a 3 [dB/km] por la banda 980 nm-1064 nm, mostrados como 610, pero el nivel de atenuación más alto para la banda 1024 nm-1104 nm se incrementa a 8 [dB/km] .

El margen de atenuación inducido por hidrógeno requerido para el sistema de longitud de onda dual terminado simple que opera en el 980 nm-1064 nm es la diferencia entre el 2 [dB/km] original y el 3 [dB/km] por lo tanto 2 x 1.5 [km] x 1 [dB/km] = 3[dB].

El margen de atenuación inducido por hidrógeno requerido para un sistema de longitud de onda simple terminado doble que opera en el 1024 nm-1104 nm es la diferencia entre el 2 [dB/km] original y el 8[dB/ km] po lo tanto 2 x 1.5 [ km] x 6 [dB/km] = 18 [dB] . Este incremento es bastante considerable y las condiciones de prueba de fibra para la fibra son bastantes graves en presión parcial de hidrógeno 14.06 kg/cm2 (200 psi). Una presión parcial de hidrógeno 14.06 kg/cm2 (200 psi) podría traducirse en una presión del pozo 140.6 kg/cm2 (2000 psi) con concentración de hidrógeno en el pozo 10%.

El margen de energía insuficiente hará que el sistema falle cuando se exponga a hidrógeno a temperaturas elevadas. El hidrógeno libre en la fibra óptica ocasiona el pico de atenuación en 1083 nm,' y este pico estará . presente cada vez que hay hidrógeno libre en cualquier fibra óptica. La amplitud del pico 1083 nm variará con concentración de hidrógeno.

La decisión clave para diseñar sistemas de vigilancia térmicos en ambientes de hidrógeno de alta temperatura es para que coincida la fibra y DTS como un par, donde el sistema DTS opera en una banda de longitud de onda con incremento de atenuación de fibra mínimo durante la vida del servicio del activo.

En un aspecto de tal fibra PSC - sistema DTS terminado simple de longitud de onda dual un sistema DTS con un 1064 nm dual (primario) y 980 nm (secundario) se usan. En la operación esto se hace primero, en un modo de medición, proporcionar la energía de pulso de luz de fuente de luz primaria en una fibra de sensor; luego recoger componentes de luz anti-Strokes y Raman Stokes de retrodispersión; calcular temperaturas usando las intensidades de los componentes de luz Raman Stokes y anti-Stokes de retrodispersión; luego durante un modo de corrección seleccionar la fuente de luz secundaria y proporcionar pulsos de la fuente de luz secundaria a la fibra de sensor;, recolectar un componente Raman Stokes retrodispersado de esa fuente de luz secundaria; usar ese componente Raman Stokes recolectado de la fuente de luz secundaria en el modo de corrección para corregir un perfil Raman anti-Stokes recolectado de la fuente de luz primaria si bien en modo de medición; y calcular una temperatura corregida del perfil anti-Stokes corregido.

En otro aspecto de tal fibra PSC - sistema DTS terminado simple de longitud de onda dual un sistema DTS con un 1064 nm dual (primario) y 980 nm (secundario) nuevamente se puede usar pero de una manera diferente. En la operación se hace esto primero, inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor usando una fuente de luz primaria; luego recolectar componentes de luz Rayleigh y anti-Stokes de retrodispersión de la energía de luz primaria; y medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usar esto para corregir los componentes de luz anti-Stokes; luego inyectar energía de luz secundaria en la- fibra de sensor usando una fuente de luz secundaria; y recolectar componentes de luz Rayleigh y Stokes retrodispersados de esa fuente de luz secundaria; luego medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usar esto para corregir los componentes de luz Stokes; y calcular una temperatura usando la relación de la señal anti-Stokes retro-dispersada corregida de la energía de luz primaria y la señal Stokes retro-dispersada corregida de la energía de luz secundaria.

En otro aspecto de tal fibra PSC - sistema DTS terminado simple de longitud de onda dual un sistema DTS con un 1030 nm dual (primario) y 990 nm (secundario) se eligen. Esto también cae en el intervalo de atenuación de hidrógeno baja de la Figura 6 y se eligen de modo que el componente de luz anti-Stokes de la fuente de luz primaria es esencialmente el mismo como la longitud de onda de la fuente de luz secundaria. En la operación se hace esto primero, inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor usando la fuente de luz primaria; recolectar energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman anti-Stokes de . la energía de luz primaria y medir su intensidad; inyectar energía de luz secundaria en la fibra en la longitud de onda Raman anti-Stokes de la energía de luz primaria usando una fuente de luz secundaria; recolectar ' energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman Stokes de la energía de luz secundaria y medir su intensidad; y calcular una temperatura usando la señal anti-Stokes retro-dispersada de la energía de luz primaria y la señal Stokes retro-dispersada de la energía de luz secundaria.

En otro aspecto de estas modalidades la selección del modo de medición o modo de corrección se pueden hacer por el uso de un interruptor óptico comercialmente disponible. Este esquema propuesto proporciona calibración estable y precisa.

En estas modalidades, la fuente de luz primaria y la fuente de luz secundaria también pueden ser la misma fuente de luz, esto es, una fuente láser de longitud de onda dual operable para proporcionar al menos dos señales ópticas a la fibra de sensor. En este caso los interruptores ópticos pueden no ser necesarios. La fuente láser de longitud de onda dual puede operar en la longitud de onda primaria y las bandas principales se pueden recolectar. A continuación, la fuente láser de longitud de onda dual puede operar a una longitud de onda secundaria y en las bandas reflejadas claves restantes se pueden recolectar.

En otro aspecto los dos láseres usan un circuito de modulación de pulso simple para · operar las fuentes de luz. Este aspecto proporciona . parámetros de modulación comunes para dos láseres continuamente. Es difícil sincronizar dos pulsos consecutivos con condición idéntica en parámetro tal como amplitud de corriente de modulación, velocidad de repetición y los anchos de pulso al utilizar dos circuitos de modulación de pulso individual. La presente invención puede tener un circuito de modulación de pulso simple que maneja tanto el modo de medición como el modo de corrección - es decir, la fuente de luz primaria y la fuente de luz secundaria.

Cablear la superficie y empalmar la superficie puede agregar otros 2-6 [dB] pero no debe normalmente cambiar cuando se instalan correctamente. Cualquiera de los problemas con el cablear la superficie se puede diagnosticar usando los rastros de Stokes de un sistema DTS o usar un grado de telecomunicación OTDR.

Todos de los métodos descritos y reivindicados en la presente se pueden ejecutar sin experimentación indebida a la luz de la presente descripción. Mientras que la descripción se pudo haber descrito en términos de modalidades preferidas, será evidente para aquellos de experiencia ordinaria en la técnica que las variaciones se pueden aplicar a los componentes descritos ' en la presente sin apartarse del concepto, espíritu y alcance de la descripción. Todos de tales subtítulos y modificaciones similares evidentes para aquellos de experiencia en la técnica se consideran que están dentro del espíritu, alcance, y concepto de la descripción como se define por las reivindicaciones adjuntadas.

Claims (3)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para calibración automática de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura en un sistema usando un sensor distribuido de fibra óptica, caracterizado porque comprende las etapas de: a. en un modo de medición proporcionar una energía de pulso de luz de fuente .de luz primaria en una fibra de sensor; i. recoger componentes de luz anti-Strokes y Raman Stokes de retrodispersión; ii. calcular temperaturas usando las intensidades de los componentes de luz Raman Stokes y anti-Stokes de retrodispersión; b. durante un modo de corrección seleccionar una fuente de luz secundaria y proporcionar pulsos de la fuente de luz secundaria a la fibra de sensor; · i. recolectar . un componente Raman Stokes retrodispersado de esa fuente de luz secundaria; ii. usar ese componente Raman Stokes recolectado de la fuente de luz secundaria en el modo de corrección para corregir un perfil Raman anti-Stokes recolectado de la fuente de luz primaria mientras está en modo de medición; y iii. calcular una temperatura corregida del perfil anti-Stokes corregido. c. en donde el sensor' distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio puro (PSC); y d. en donde la fuente de luz primaria es una fuente de longitud de onda 1064 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda 980 nm.

2. Un método para calibración automática de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura en un sistema usando un sensor distribuido de fibra óptica, caracterizado porque comprende las etapas de: e. inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor usando una fuente de luz primaria; f . recolectar componentes de luz Rayleigh y anti-Stokes de retrodispersión de la energía de luz primaria; g. medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usar 'esto para corregir los componentes de luz anti-Stokes; h. inyectar energía de luz secundaria en la fibra de sensor usando una fuente de luz secundaria; i. recolectar componentes de luz Rayleigh y Stokes retrodispersados de esa fuente de luz secundaria; j . medir la atenuación del componente de luz Rayleigh retrodispersado y usar esto para corregir los componentes de luz Stokes; k. calcular una temperatura usando la relación de la señal anti-Stokes retro-dispersada corregida de la energía de luz primaria y la señal Stokes retro-dispersada corregida de la energía de luz secundaria 1. en donde el sensor distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio puro (PSC); y m. en donde la fuente de luz primaria es una fuente de longitud de onda de 1064 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda.de 980 nm.

3. Un método para calibración automática de medición de temperatura en ambientes enriquecidos con hidrógeno de alta temperatura en un sistema usando un sensor distribuido de fibra óptica, caracterizado porque comprende las etapas de: a. inyectar energía de luz primaria en una fibra de sensor usando una fuente de luz primaria; b. recolectar energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman anti-Stokes de la energía de luz primaria y medir su intensidad; c. inyectar energía de luz secundaria en la fibra en la longitud de onda Raman anti-Stokes de la energía de luz primaria usando una fuente de luz secundaria; d. recolectar energía de luz retro-dispersada en la longitud de onda Raman Stokes de la energía de luz secundaria y medir su intensidad; y e. calcular una temperatura usando la señal anti-Stokes retro-dispersada de la energía de luz primaria y la señal Stokes retro-dispersada de la energía de luz secundaria. f. en donde el sensor distribuido de fibra óptica es una fibra de núcleo de silicio puro (PSC); y g. en donde la. fuente de luz primaria es una fuente de longitud de onda de 1030 nm y la fuente de luz secundaria es una fuente de longitud de onda de' 990 nm.