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潜油泵作为油井下一种重要的采油设备,在石油开采过程中发挥着不可替代的作用.潜油电泵机组一般工作在2000米或更深的油井中,高温、高压、振动等恶劣工作环境严重影响着机组的安全及高效运行,因此监测机组井下生产安全问题至关重要.为避免潜在的井下生产事故,需要对潜油泵井下温度和压力等多个状态参数进行同步在线监测,从而不断调整和优化采油方案,降低生产成本. 目前,现有的电学传感装置一般仅用于一千米以内的浅井中,对于一千米以上的深井则存在信号传输不好、接收不到数据等问题;而光纤传感器对这种恶劣环境具有很强的适应性,相比传统传感器具有全程无需供电、防火防爆、灵敏度高、抗腐蚀、耐高温高压、抗电磁干扰、稳定性高、寿命长等优点.同时,光纤传感系统又具有传输距离长、体积小、铺设容易,能适于各种极端恶劣环境条件等突出特点,是深井(一千米以上)下潜油泵作业过程温度和压力双参数在线监测的理想选择.本文结合油井下潜油泵作业过程等恶劣环境对高温和高压检测以及对尺寸限制的应用背景,设计并实现了一种直驱潜油泵作业过程双参数监测传感装置,利用光纤非本征法布里-珀罗(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)和布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Gratings,FBG)传感器对油井下直驱潜油泵工作温度和压力进行检测,并通过实验验证了其传感装置的优越性.主要研究内容为: (1)首先基于油井下光纤传感器的国内外研究及应用现状,对光纤传感器今后的发展趋势进行调研,介绍了光纤传感器在油井下直驱潜油泵作业过程监测的重要意义,基于油井下直驱潜油泵作业过程的高温、高压、强振动及尺寸限制的背景特殊要求,提出本论文研究的主要内容. (2)针对油井下高温高压,潜油泵作业过程高强度振动等恶劣环境下,普通光纤传感器的封装方式及传感器的寿命受到极大的挑战,本文基于腐蚀方法制作光纤EFPI传感头,利用聚合物薄壁圆筒结构对传感头进行封装,利用不锈钢管进一步外层保护,并利用不锈钢卡套固定结构,制成光纤EFPI压力传感器,解决了对传感器封装后灵敏度不高,封装传感材料相比玻璃管在油井下容易振碎,以及在使用过程中由于张力作用导致内部光纤断裂的问题.利用此封装结构通过实验对EFPI封装结构进行测试,验证了聚合物薄壁圆筒的封装结构在油井下高温高压环境下的可行性. (3)针对油井下潜油泵作业过程温度、压力双参数监测的需求,以及内腔小对传感器尺寸要求苛刻,本文设计了一种光纤EFPI-FBG复用传感器的传感装置.并通过对温度和压力试验比较,验证EFPI-FBG复用传感器的优势,并完成了光纤EFPI-FBG复用传感器的温度标定和测试,以及对压力的标定和测试.得到光纤EFPI-FBG复用传感器的温度测量范围为-40℃~200℃,灵敏度达到10.9pm/℃,线性度达到0.9992,测量精度为±0.5℃;压力测量测量范围为0~32MPa,压力灵敏度达到0.475nm/MPa,线性度达到0.9996,测量精度为±0.5%FS,此传感装置适合应用到油井下2000m的应用环境. (4)基于光纤EFPI-FBG复用传感器的潜油泵作业过程双参数监测系统整体设计与实现.介绍了整个系统结构的设计方案,并通过硬件光纤解调设备实现信号的解调,从而实现了系统可行性.