基于光纤检测的水下清管器作业实时监测装置的制作方法

本发明属于石油开采设备，是一种用于海洋油气田水下生产设施管路清管作业的实时监测装置。

背景技术：

传统清管作业，是利用油气传输管道内油气本身的压力推动清管器前进，一般无法实时检测清管器的速度、位置等信息。当发生清管器卡堵后，只能根据上下游压力、清管器行走速度、作业时间等信息综合评估清管器所处位置，并无法准确判断其是否通过特定关键路段，无法监测清管器实时位置和运行状态的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于光纤检测的水下清管器作业实时监测装置，通过在水下生产设施全管路段安装光纤光栅，可以实时监测清管作业段内清管器的运行状态信息。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种水下清管器作业实时监测装置，在水下生产设施全管路段安装光纤光栅，水下清管器作业实时监测装置通过光纤接口与光纤光栅连接，向光纤光栅发射光信号，接收反射光线号并对反射光线号的波长变化量进行测量；

清管器沿水下生产设施全管路段进行清管作业时，对清管器当前所处位置附近的管壁产生振动，使管壁上附着的光纤光栅的内部纤芯折射率产生变化，进而使反射光线号的波长产生变化。

可选地，所述水下清管器作业实时监测装置安装于海底中心管汇；

油气井产经海底中心管汇、钢质跨接管、管线终端以及海底输油管道传输至海面储油平台或离岸处理设施。

可选地，所述光纤光栅包绕并覆盖于跨接管和海底输油管道的表面。

可选地，所述光纤光栅通过防水胶带包覆固定在管壁上。

可选地，所述清管器作业实时监测装置内部设置有激光光源，发射的光信号经第一耦合器入射至光纤光栅；光纤光栅产生的反射光信号，经第一耦合器内部的不同信号分路进入第二耦合器，并通过第二耦合器传输至匹配光栅；

反射光信号中与匹配光栅光谱重叠的部分信号反射回来，经第二耦合器的不同信号分路进入光电转换模块，转换得到相应的电信号输入至信号采集处理模块，转换为与外部系统通讯的通讯信号。

可选地，所述信号采集处理模块与外部的采油树水下控制模块连接，来发送通讯信号；所述水下控制模块通过脐带缆连接至海面平台通讯数据处理中心。

本发明是提供一种用于海洋油气田水下生产设施管路清管器作业的实时监测装置，包含设置在油气传输管路上的光纤光栅，与设置在海底中心管汇上的光纤光栅。清管器外型尺寸与管路内径匹配，由油气压力推动前进时，管壁产生振动。光纤光栅检测到振动信号后实时传输至固定在管汇上的检测装置，经信号采集处理后，传输至采油树水下控制模块。水下控制模块由海底电缆连接至海面平台，监测装置可在水下生产设施全管路段安装光纤光栅，并实时监测清管作业段内清管器的运行状态信息，海面作业人员最终可通过人机操作界面实时监测清管作业时清管器的运行状态信息。

附图说明

图1是海洋油气田水下清管器作业系统的示意图；

图2是水下清管器作业实时监测装置的原理框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的水下清管器作业实时监测装置22安装于海底中心管汇11。油气井产出油气汇集到海底中心管汇11，并经钢质跨接管16、管线终端12以及海底输油管道13传输至海面储油平台或离岸处理设施。清管器作业实时监测装置22底部设置有光纤接口，并连接光纤光栅21。光纤光栅21包绕并覆盖于跨接管16和海底输油管道13表面，并用防水胶带包覆固定。

清管作业时，海面平台将清管器发射筒15吊装下水并连接于海底管汇11，发射清管器14开始清管作业。清管器14经管汇内部管路、跨接管16以及管线终端12后，进入海底输油管道13。清管器14运行时与管壁产生振动，管壁上附着的光纤光栅21内部纤芯折射率发生变化，从而使内部反射的光信号波长发生变化。由于光纤光栅反射光信号波长与纤芯折射率成线性关系，则通过测量反射光信号波长变化量得到目标光纤位置的振动信号。

如图2所示，清管器作业实时监测装置22内部设置有激光光源31，发射的光信号经第一耦合器32入射至光纤光栅21。入射光信号51在光纤光栅21内部产生反射光信号52，并经第一耦合器32内部不同信号分路进入第二耦合器33，然后传输至匹配光栅34。设置的匹配光栅34反射谱固定不变，则反射光信号52只有与匹配光栅34光谱重叠的部分被反射回，其余信号被透射，重叠部分的大小则决定了反射信号的强弱。匹配光栅34反射信号经第二耦合器33进入光电转换模块35，根据反射信号的强弱转换为不等的电信号，输入至信号采集处理模块36，然后转换为可与采油树水下控制模块通讯的通讯信号。水下控制模块为油气田水下生产设施的控制中心，通过脐带缆连接至海面平台通讯数据处理中心。

综上所述，本发明实现了海上平台通过人机处理界面对清管器运行的位置等相关信息实时监测，保障清管作业安全、迅速、准确、又能及时反馈卡堵位置信息，既节省了时间又节约了成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

技术总结
本发明是提供一种用于海洋油气田水下生产设施管路清管器作业的实时监测装置，包含设置在油气传输管路上的光纤光栅，与设置在海底中心管汇上的光纤光栅。清管器外型尺寸与管路内径匹配，由油气压力推动前进时，管壁产生振动。光纤光栅检测到振动信号后实时传输至固定在管汇上的检测装置，经信号采集处理后，传输至采油树水下控制模块。水下控制模块由海底电缆连接至海面平台，检测装置可在水下生产设施全管路段安装光纤光栅，并实时监测清管作业段内清管器的运行状态信息，海面作业人员最终可通过人机操作界面实时监测清管作业时清管器的运行状态信息。

技术研发人员：宋小海
受保护的技术使用者：美钻深海能源科技研发（上海）有限公司;美钻石油钻采系统（上海）有限公司
技术研发日：2018.11.27
技术公布日：2019.02.05