[00756211]油气管线分布式光纤光栅智能传感系统研究

在国内外油气田测井、长输油气管线检测中，基本上是用机械应力应变、电磁感应、声波及核磁g射线等传统的检测方法，信号传输由电缆来完成。这些方法尽管经历了几十年的发展和完善，但普遍具有探测分辨率低、信号传输与解调复杂、仪器笨重、检测范围窄及操作与显示不方便等不足，特别是易受高温、高压、长距离、电磁场及化学腐蚀等因素的影响。例如当温度超过150℃，压强超过80MPA时，这些传感器很难在动态情况下进行实时在线检测。近年来虽然在国外一些杂志上报导过光纤传感技术在油气井下的应用，但基本上是常规光纤传感方法，如热辐射式、荧光衰减式、光阻断式等。这些方法很难在一根光纤上实现多点、多参量同时区分检测。该课题组从1995年来一直致力于光纤光栅传感测试领域的研究，尤其对长输油气管线、油气井下压力和温度多点分布检测方面做了大量的理论和实验研究，取得了显著的成果，主要创新点如下：(1)将光纤光栅传感系统直接应用于油气田测井及输油气管线中腐蚀裂缝检测在国内外尚属首创，在石油工业检测领域是创新探索性研究课题。在理论和技术方案上均具有前瞻性，其技术成果又具有普遍推广性。(2)诸多物理量同时区分、多点分布、实时在现测量，在检测领域是个技术难题。用光纤光栅传感技术实现这一测量目的，充分发挥了光纤光栅独有的本征优势，显示了该项技术的先进性和重要性。(3)通过对光纤光栅物理结构本身的机理研究，提高对压强和温度的响应灵敏度，将在理论和技术上有新的突破性进展。(4)用高频二氧化碳激光脉冲(输出功率10W，输出波长10.6μM)对硅光纤纤芯直接曝光写入传感测试用的长周期光纤光栅，提高对压强和温度的响应灵敏度，具有理论和技术新意，显示了在传感测试光纤光栅制作技术中的创新性。(5)用光纤光栅匹配技术、数模与模数转换的光电子信号解调技术，可提高系统的探测灵敏度，简化系统结构，降低传感系统成本造价，有利于实用推广。该套光纤光栅智能化传感检测系统在长输油气管线中腐蚀裂缝、油气泄漏的检测，仪器成本低、应用前景广，配备光纤时域反射仪可准确定位腐蚀裂缝、油气泄漏的位置。国内检测油气管道一公里6500元人民币计算(国外提供此类服务每公里1万美元)，每年有几千万元的检测市场需求。该技术在新疆油田进行试验性的检测服务，已创造了几百万元的效益。该项目的推广应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。全世界拥有油气干线管道百余万公里，而中国的检测费用和设备费用只有国外费用的八分之一，拥有巨大的国际市场。高精度管道漏磁在线检测系统(俗称智能PIG)以管道输送介质为动力，对管理进行在线直接无损检测，是当前国内外公认的最完善的管道检测手段。美、英等发达国家使用此技术已有40年历史。管道在线检测设备在国际上属于垄断技术，仅有几家公司掌握，设备非常昂贵，每套标价几百万至上千万美元。该套光纤光栅智能化传感检测系统在油气井下生产测井和勘探测井中的推广使用，仅单口油气井的测井仪器设备费用可降低30%，另外结合光纤通信网络信息采集与传输技术，又可降低设备和人工费用至少10%，每年仅测井仪器设备费用就可节约上亿元。再加上提高生产效率，减少浪费，降低成本，社会和经济效益更加可观。