光电采集短节在行业技术领域的应用

光电采集短节在行业技术领域的应用

姬小娟 王坤

西安石竹能源科技有限公司 陕西西安 710000

摘要：目前，光纤微地震检波器及分布式微地震监测技术在国外已经得到广泛应用，不仅用于指导多处的压裂开采过程，还应用于实时地球物理监测和完井过程。光电采集短节用光纤检波器取代了压电检波器，在MAXWAVE原有优点的基础上灵敏度更高、数据采集更快、可靠性更高、易与其他光纤传感器集成等特点，有效定位微地震事件、监测裂缝形成，为现场生产决策提供依据； 光电采集短节是一个重要的技术研究，具有相当大的经济价值。

关键词：光电采集短节；光纤微地震检波器

1技术背景现状

目前，光纤微地震检波器及分布式微地震监测技术在国外已经得到广泛应用，不仅用于指导多处的压裂开采过程，还应用于实时地球物理监测和完井过程。

而在国内，目前还尚未见到任何公开报道显示有商用的光纤分布式微地震监测仪器上市或在油田领域的应用。尽管经过多年的发展，在裂缝监测的实时解释技术方面东方物探、中石油勘探院廊坊分院等单位都做了大量工作，但在微地震检波器方面受限于国外的技术垄断，我国监测工作大多采用国外设备进行。而国外公司在这一领域对中国实施技术垄断意图明显，测试仪器价格非常高昂，仅微地震检波器的价格就高达6万美金左右，地面信号处理设备及配套软件则更为昂贵。发展具有自主知识产权的光纤微地震监测系统是一个亟待解决的重要课题。

2研究目标

光电采集短节是在法国Sercel公司2008年最新推向市场的最多可达100集的大阵列VSP专用测井仪器MAXWAVE的基础上研发而成的。

MAXWAVE稳定性较好，Sercel公司是国际知名的物探仪器生产厂商，在产品质量方面一贯有较好的口碑。从国内使用其公司生产的其它VSP仪器的情况来，使用稳定性也是较好的。

资料品质好，MAXWAVE仪器推靠系统采用的是机械推靠臂，从原理上来讲这种方式的耦合效果要好于弓形臂耦合方式。

井况适应能力强，由于MAXWAVE仪器在井中升降时推靠臂是收拢的，所以适应各种井径和井斜的变化一些性能指标不是很高。

光电采集短节用光纤检波器取代了压电检波器，在MAXWAVE原有优点的基础上灵敏度更高、数据采集更快、可靠性更高、易与其他光纤传感器集成等特点，可以有效定位微地震事件、监测裂缝形成，为现场生产决策提供依据。

3技术方案

光电采集短节使用光纤微地震检波器探头采集地震波信号，信号传输主要通过上下光电接头中的光纤。机械推靠部分的动作由电机控制，其中探头部分与机械推靠部分串联分布，仪器直径小，可以在小井眼中探测微地震信号。

针对设计技术指标要求，主要关键技术问题处理：

1) 连接光纤和电缆的接头——上下光电接头；

2) 光纤微地震检波器探头；

3) 推靠力为仪器自重的4倍以上（100kgf）；

3.1工作原理

光电采集短节采用机械驱动方式，随光电复合缆下放至观察井的测量部位后，由带有减速器的直流电机驱动梯形丝杠，将旋转运动转化为直线运动。

电机正转，丝杠运动，同时丝母推动滑杆，主弹簧和夹套随其运动，当推靠臂贴紧井壁的时候，夹套运动受阻，然而电机仍然驱动滑杆运动，此时主弹簧被压缩，这个过程中推靠力逐渐增大，人工观察地面控制盒上的电流表示值，当电流达到170mA左右时，说明推靠机构已经达到设计推靠力，此时可以关闭该短节的电机控制开关，本节仪器推靠过程完毕。推靠臂将整支仪器紧紧的推靠在井壁上，为光纤检波器采集数据提供了良好的耦合条件。

电机反转，丝杠反向运动，丝母回收滑杆，主弹簧被释放，夹套、主弹簧随滑杆回收，滑杆带动推靠臂收拢，人工观察地面控制盒上的电流表示值，当电流达到170mA左右时，说明推靠臂完全收拢，此时可以关闭该短节的电机控制开关，电机停止工作，回收过程完毕。

3.2结构组成

光电采集短节主要由动力系统组件、上光电接头、探头、下光电接头及其它零部件组成。

其中，动力系统组件主要由电机（减速器）、连接筒、联轴节、推力球轴承、下轴承、梯形丝杠、丝母、滑杆、对开挡环、主弹簧、夹套等组成；上光电接头主要由接头、三锥套、上转接头、螺环、卡套、密封塞、高压密封插针等组成；探头主要由探头骨架和光线检波器组成；下光电接头主要由接头、三锥套、下转接头、螺环、卡套、密封塞、高压密封插针等组成。

3.3技术指标：

（1）最大工作温度：120℃

（2）最大工作压力：70Mpa

（3）仪器运输长度：1480mm

（4）仪器重量：25kg（不包括两端光电复合缆）

（5）仪器外径：mm

（6）井径变化范围：mm~120mm

（7）仪器推靠时间： 60S

（8）仪器回收时间： 40S

（9）滑杆位移量：18mm

（10）推靠臂最大张开直径：160mm

（11）仪器推靠力：100kgf（仪器自重的4倍）

3.4装置特色

该光电采集短节采用光纤微地震检波器采集微地震信号有如下特色。

3.4.1 光电接头

由于光电采集短节采用的是光纤检波器，光电接头在传统马龙头的基础上增加了光纤传输，采用光电复合缆和卡套的结构对光纤接头部分进行密封。

3.4.2光纤微地震检波器探头

光纤检波器探头由X、Y、Z三个方向的检波器组成，采用推挽式结构，由探头基座、中心固定轴、顺变柱体、惯性质量体和传感光纤组成。在受到轴向振动时，质量块挤压其中一个弹性体而拉伸另一个弹性体。弹性体的伸缩引发表面应变分布的改变，从而调制绕制在弹性体上面的传感光纤，通过光纤中相位的变化反映出微弱的振动信号。

4结论

光电采集短节用光纤检波器取代了压电检波器，在MAXWAVE原有优点的基础上灵敏度更高、数据采集更快、可靠性更高、易与其他光纤传感器集成等特点，有效定位微地震事件、监测裂缝形成，为现场生产决策提供依据；后续可作为研究方向进行重要的技术研究，值得广泛推广。