CN203894443U - 一种高温油气环境下防止氢损的光纤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高温油气环境下防止氢损的光纤，包括：不锈钢管、封装层、涂覆层和光纤芯层，其中，光纤芯层为同时掺杂Ge和F原子形成的硅玻璃层，涂覆层为复合阻氢材料，包裹在光纤芯层外面，封装层封装在涂覆层外面，封装层的材料为氟树脂材料、无缝钢管材料或阻水无机油膏材料，不锈钢管采用激光焊接技术焊接而成，封装层、涂覆层和光纤芯层组成的光纤芯导入不锈钢管中。
Description
技术领域
本实用新型涉及油井设备领域，具体而言，涉及一种高温油气环境下防止氢损的光纤。
背景技术
稠油热采井的监测一直是油井测试工作的难点，尤其是对注气剖面的测试，有助于了解吸气剖面的信息，确定油藏位置，优化注气质量具有重要的意义。分布式光纤目前是实现注汽井剖面温度监测的唯一办法，但是在生产井中使用时，井下高温油气条件下光纤氢损现象加剧，使光信号传输衰减增大，将会造成数据失真，影响测试精度，甚至无法测量数据，同时，测试光纤的使用寿命变短。因此继续设计一套适合SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage，蒸汽辅助重力泄油)生产井的防氢损光纤测试系统是油田生产中亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种高温油气环境下防止氢损的光纤，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种高温油气环境下防止氢损的光纤，包括：不锈钢管、封装层、涂覆层和光纤芯层，其中，光纤芯层为锗酸盐氟氧化物玻璃层，涂覆层为复合阻氢材料，包裹在光纤芯层外面，封装层封装在涂覆层外面，封装层的材料为氟树脂材料、无缝钢管材料或阻水无机油膏材料，不锈钢管采用激光焊接技术焊接而成，封装层、涂覆层和光纤芯层组成的光纤芯导入不锈钢管中。
可选的，复合阻氢材料为碳材料和金属材料。
可选的，封装层与不锈钢管之间填充有耐温油膏。
可选的，封装层外包裹有隔温层。
可选的，隔温层的材料为无机耐温材料。
上述实施例中，提供了一种新的防氢损稠油热采井光纤，优化的光纤传感器的设计在国内有突破性的意义，提高了温度监测系统的稳定性，具有较高的抗高温、抗压和抗拉强度以及防氢损特性，研制出的适合SAGD生产井使用条件的新型高温抗氢损光纤及复合阻氢材料具有极大的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一个实施例的高温油气环境下防止氢损的光纤结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一个实施例的高温油气环境下防止氢损的光纤结构示 意图。如图所示，该光纤包括：不锈钢管4、封装层3、涂覆层2和光纤芯层1，其中，光纤芯层1为同时掺杂Ge和F原子形成的硅玻璃层(锗酸盐氟氧化物玻璃层)，涂覆层2为复合阻氢材料，包裹在光纤芯层1外面，封装层3封装在涂覆层外面，封装层3的材料为氟树脂材料、无缝钢管材料或阻水无机油膏材料，不锈钢管4采用激光焊接技术焊接而成，封装层3、涂覆层2和光纤芯层1组成的光纤芯导入不锈钢管4中。
其中，光纤芯层同时掺杂Ge和F原子是由于：测试表明，纯硅芯光纤的氢损是最低的，而芯层掺杂GeO2的光纤却很容易观察到氢损现象。表明由于芯层的掺杂，使得玻璃的网络结构发生一定的形变，增加了玻璃中的缺陷浓度，使光纤氢损增加。为了减低芯层掺杂光纤的氢损，研究表明，共掺杂过程可以有效降低光纤的氢损。共掺杂过程即在光纤芯层中同时掺杂Ge和F原子的过程，这种共掺杂能够有效地改善玻璃的结构弛豫时间，减少玻璃中的残余应力，减少缺陷浓度，降低氢损，因此这种共掺杂过程又被称为结构弛豫掺杂。
同时，光纤氢损还与拉丝过程有关。拉丝过程是高温预制棒在一定的张力下，体积急剧变化的一种过程。由于预制棒处于2000度左右的高温状态，在快速拉伸时，其部分化学键可能被拉断，同时拉丝过程又是一种急冷的过程。当这些被拉断的化学键未能完全弛豫而被固化在光纤中时，便形成了结构缺陷。因此缺陷是和拉丝有关的。研究表明，光纤的拉丝速度越大，光纤的氢损越大；拉丝张力越大，氢损也越大。
涂覆层可以采用特定的涂覆材料进行制备，这种涂覆材料具有表面较致密的特性，对氢有较好的阻挡作用，例如可以采用复合阻氢材料，降低外界的氢对光纤的渗透。光纤涂覆材料现在一般采用丙烯酸树脂材料进行涂覆，光纤涂覆层的主要作用是对光纤的玻璃外层的表面进行保护，提高光纤的强度和增加使用寿命。当采用碳材料和金属材料代替丙烯酸树脂材料进行涂覆 时，可得到表面性能较致密的涂覆层，这种涂覆层能够较好的对氢进行阻挡，减缓氢扩散的物理行为，降低氢损。
封装层采用氟树脂材料、无缝钢管材料、阻水无机油膏材料等性能较稳定的复合材料，也能够起到一定的阻氢作用，减缓氢扩散的物理行为，降低氢损。
不锈钢管采用激光焊接技术，将耐高温抗氢损光纤芯纳入不锈钢管中，给予充分的防潮和强度保护。同时，采用耐温油膏和挤制耐温层，使得光缆具有抗冲击、高度防潮和隔热等优异性能，对于保证光缆在井下、隧道等一些敷设条件恶劣的环境中长期安全可靠的使用，提供了强有力的物质和技术保障。其技术原理主要包括三个方面：
一是激光焊接原理，利用高功率YAG(Yttrium Aluminum Garnet，钇铝石榴石)固体激光器激发出连续稳定的激光，将通过弯曲成型装置做成管状结构的不锈钢带焊接在一起，使之成为封闭的不锈钢管，同时导入光纤和保护油膏，达到对光纤传输单元充分的防潮和强度保护作用。
二是采用耐温油膏，耐温油膏是靠在高温下溢出X·卤素自由基来捕捉HO·活性羟基自由基，以达到ΔX·＞ΔHO·，从而降低温度，温度下降，RH+O2的热氧反应减弱导致ΔHO·剧减，结果使热氧反应继续减缓，最终导致放热＜吸(散)热。
三是隔温层。隔温层主要是在内钢管缆芯与外钢管之间挤填无机耐温材料，构成一个完整的不可燃的不熔融的固体物包裹在线芯之外，以阻止热氧对芯内元件有机物的影响
表1列出了本实用新型一个实施例实验测得的光纤性能；表2列出了本实用新型一个实施例实验测得的不锈钢管几何性能。
表1
| 序号 | 项目 | 单位 | 指标 |
| 1 | 耐热性 | 300度，光纤保持光学连续性 | |
| 2 | 外径 | mm | 4.5，公差<0.1 |
| 3 | 光纤损耗 | dB/km | <0.7 |
表2
上述实施例中，提供了一种新的防氢损稠油热采井光纤，优化的光纤传感器的设计在国内有突破性的意义，提高了温度监测系统的稳定性，具有较高的抗高温、抗压和抗拉强度以及防氢损特性，研制出的适合SAGD生产井使用条件的新型高温抗氢损光纤及复合阻氢材料具有极大的应用价值。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步 拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种高温油气环境下防止氢损的光纤，其特征在于，包括：不锈钢管、封装层、涂覆层和光纤芯层，其中，所述光纤芯层为锗酸盐氟氧化物玻璃层，所述涂覆层为复合阻氢材料，包裹在所述光纤芯层外面，所述封装层封装在所述涂覆层外面，所述封装层的材料为氟树脂材料、无缝钢管材料或阻水无机油膏材料，所述不锈钢管采用激光焊接技术焊接而成，所述封装层、所述涂覆层和所述光纤芯层组成的光纤芯导入所述不锈钢管中。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述封装层与所述不锈钢管之间填充有耐温油膏。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述封装层外包裹有隔温层。
4.根据权利要求3所述的光纤，其特征在于，所述隔温层的材料为无机耐温材料。
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