基于光纤传感的煤层气井液位监测系统

摘要

本发明是一种基于光纤传感器的煤层气井液位监测系统，其包括：液位光纤光栅传感器，其布设于油管外表面，通过感受油管外压力而使光纤光栅的中心波长发生变化；激光器，其用于输出光束；耦合器，其输入端接收所述激光器的输出光束，并将其传给所述的液位光纤光栅传感器；解调仪，其信号输入端与所述的耦合器的光信号输出端相连，用于监测所述液位光纤光栅传感器中心波长的变化，进而测得煤层气井液位，本发明利用了光纤光栅的传感特性和圆形弹性压盖-传力杆-等强度悬臂梁弹性元件组合的变形特性，间接监测煤层气井液位值，具有结构紧凑、长期稳定性好、耐久性好、抗电磁干扰等优点。

主权项

一种基于光纤传感器的煤层气井液位监测系统，其特征在于，其包括：液位光纤光栅传感器，其布设于油管外表面，通过感受油管外压力而使光纤光栅的中心波长发生变化，所述的液位光纤光栅传感器包括：壳体，其上设置一盖板，所述盖板上端设置有圆形平膜片，一压力实施于所述盖板的圆形平膜片上，所述的盖板下端连接一传力杆；等强度悬臂梁，其设置于所述壳体内，并与所述传力杆相啮合，所述的等强度悬臂梁上表面具有一凹槽，所述凹槽上设置有光纤光栅，所述的光纤光栅引出一引出光纤至所述壳体外，所述引出光纤连接耦合器；激光器，其用于输出光束；所述耦合器，其输入端接收所述激光器的输出光束，并将其传给所述的液位光纤光栅传感器；解调仪，其信号输入端与所述的耦合器的光信号输出端相连，用于监测所述液位光纤光栅传感器中心波长的变化，进而测得煤层气井液位，其中：所述的液位光纤光栅传感器测量下沉H处，利用如下公式求得煤层气井液位H₀：$H_0=H-k(\frac{\Delta {\lambda }_{B}E}{2{\alpha }_{ϵ}v}-P_0)$其中，P₀为给定煤层气井气体压力，k为煤层气井水位压力影响系数，k＝102.04；α_ε为光栅轴向应变与中心波长变化关系的灵敏度系数；E为光纤光栅弹性模量；ν为光纤光栅泊松比；Δλ_B为光纤光栅中心波长，其由所述解调仪测出。