本發明涉及一種光纖的敷設方法，特別是關于一種應用液體工質在管線中進行光纖(直徑125μm‐255μm)敷設的方法。

背景技術：

目前，油田中光纖傳感以其分布式、耐高溫、抗電磁干擾等特性被廣泛應用于油田開采、油氣或電力管道輸運監測中，展示了光纖傳感技術廣泛的應用領域。

傳統的光纖敷設方法采用空氣或氮氣等氣體為泵送光纖的介質，并在電信領域得到了廣泛應用。但應用氣體敷設的光纖或光纜最小直徑大概在1mm左右，再小由于氣體本身的拖拽效應明顯下降將無法驅動光纖或光纜進入。因此，氣體敷設方式多用于光纜(直徑1mm以上)的敷設，并不適用于光纖(一般直徑在125μm到255μm之間)的敷設。此外，在油田領域，由于井下高溫高壓環境，應用氣體敷設將增大安全隱患，也不建議使用。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種應用液體工質在管線中進行光纖敷設的方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種應用液體工質在管線中進行光纖敷設的方法，其特征在于，該方法利用液體工質與光纖間的摩擦力作為拖拽力，將光纖帶入敷設目標管路。

當應用該方法進行光纜加工時，包括以下步驟：

1)在敷設目標管線入口處連接三通，將三通的其中一進口連接液體驅動與回收系統，另一進口連接光纖供應系統，出口則連接敷設目標管線；

2)開啟液體驅動與回收系統，將液體工質泵送入敷設目標管路中，然后開啟光纖供應系統將新光纖緩慢送入三通，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路；

3)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統和光纖供應系統，完成新光纖的敷設。

當應用該方法進行不考慮光纖替換的井下光纖敷設時，包括以下步驟：

1)在油井內存在一根輔助管線與敷設目標管線組成u型結構，并在兩根管線的u型端設置u型接頭，構建兩根管線間的液體連通通道；

2)在敷設目標管線入口處連接三通，將三通的其中一進口連接液體驅動與回收系統，另一進口連接光纖供應系統，出口則連接敷設目標管線，將輔助管線的出口連接液體驅動與回收系統；

3)首先開啟液體驅動與回收系統，將液體工質泵送入敷設目標管路中，然后開啟光纖供應系統將新光纖緩慢送入三通，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路；

4)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統和光纖供應系統，完成新光纖敷設。

當應用該方法進行光纖置換時，包括以下步驟：

1)含有舊光纖的管線與敷設目標管線組成u型結構，在兩根管線的u型端設置u型接頭，構建兩根管線間的液體連通通道；

2)在敷設目標管線入口處連接三通，將三通的其中一進口連接液體驅動與回收系統，另一進口連接光纖供應系統，出口則連接敷設目標管線，將輔助管線的出口連接液體驅動與回收系統；

3)進行舊光纖泵出操作時，開啟液體驅動與回收系統，將液體工質泵送入敷設目標管路中，利用液體工質的拖拽力將輔助管線中的舊光纖泵出并隨液體工質進入液體驅動與回收系統被回收；

4)待舊光纖泵出后，開啟光纖供應系統將新光纖緩慢送入三通，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路；

5)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統和光纖供應系統，完成光纖置換。

在一個優選的實施例中，當完成新光纖敷設或光纖置換之后，進行管線內液體吹出操作，具體操作過程如下：

首先斷開三通和液體驅動與回收系統的連接，并將光纖供應系統切換為氣體供給系統；然后開啟氣體供給系統，將氣體泵入敷設目標管路，液體工質將在高壓氣體的推動下不斷被排出至液體驅動與回收系統；持續吹掃直至液體驅動與回收系統接收到的流體不再含有液體工質，關閉氣體供給系統，完成敷設目標管路內液體吹出操作。

在一個優選的實施例中，光纖供應系統主要由旋轉電機、力矩控制器、光纖盤和旋轉圈數計數器組成。

在一個優選的實施例中，液體工質的選擇標準如下：

低溫情況：環境溫度為0～100℃時，液體工質選擇水；

中高溫情況：環境溫度為100～300℃時，液體選擇異丙醇。

在一個優選的實施例中，敷設目標管線的內徑設計標準如下：

(1)管線內徑的設計下限應使得流體在管線內流動時處于層流狀態，或雷諾數小于2300；

(2)管線內徑的設計下限應使得光纖所承受的拖拽力小于光纖抗拉強度。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于應用了液體工質與光纖間的摩擦力作為拖拽力，光纖泵入過程中光纖內應力分布均勻，可有效保護光纖，防止光纖在泵入過程中損壞或在管內彎曲導致損耗增大的情況出現。2、本發明用于光纖成纜，即可先成不銹鋼管后再入光纖，有效規避采用傳統光纜加工工藝焊接不銹鋼鋼帶時由于內填充光纖受熱損壞而導致整段光纜報廢的風險，不僅提升光纖成纜可靠性，光纖成纜距離得到有效提升，而且光纖光纜成纜速度快，成纜過程簡單可靠。3、本發明可以實現不提下入光纜管柱即可成功完成井下光纖敷設或者將原管柱中損壞光纖進行替換，大大降低了作業風險和成本，顯著提高了光纖傳感在油田應用的可靠性，還可以通過替換不同特性的光纖，應用于不同的井下環境以滿足不同的監測需求。4、本發明不僅可以用于光纖敷設，類似的還可以用于小光纜(直徑0.9mm-3mm之間)的敷設。本發明可廣泛應用技術領域為石油工程、光電傳感、光纖測試及信號傳輸領域。

附圖說明

圖1是本發明進行新光纖敷設的示意圖；

圖2是本發明進行光纖置換的示意圖；

圖3是本發明u型接頭的結構示意圖；

圖4是典型工質的壓力-比體積曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發明，它們不應該理解成對本發明的限制。

新光纖敷設實施例一：

如圖1所示，本實施例提出了一種敷設新光纖的方法，該方法適用于光纜加工,其包括以下步驟：

1)在敷設目標管線2入口處連接三通4，將三通4的其中一進口連接液體驅動與回收系統1，另一進口連接光纖供應系統3，出口則連接敷設目標管線2。

2)首先開啟液體驅動與回收系統1，將液體工質泵送入敷設目標管路2中，然后開啟光纖供應系統3將新光纖緩慢送入三通4，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路2。

3)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統1和光纖供應系統3，完成新光纖的敷設。

新光纖敷設實施例二：

如圖2所示，本實施例提出了另一種敷設新光纖的方法，該方法適用于不考慮光纖替換的井下光纖敷設，其包括如下步驟：

1)在油井內存在一根輔助管線5與敷設目標管線2組成u型結構，并在兩根管線的u型端(對于油田而言一般是井底端)設置u型接頭6(如圖3所示)，構建兩根管線間的液體連通通道。

2)在敷設目標管線2入口處連接三通4，將三通4的其中一進口連接液體驅動與回收系統1，另一進口連接光纖供應系統3，出口則連接敷設目標管線2；將輔助管線的出口連接液體驅動與回收系統1。

3)首先開啟液體驅動與回收系統1，將液體工質泵送入敷設目標管路2中，然后開啟光纖供應系統3將新光纖緩慢送入三通4，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路2。

4)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統1和光纖供應系統3，完成新光纖敷設。

本發明不僅可用于實現新光纖敷設，也可以用于實現光纖置換。

光纖置換實施例：

如果需要實現舊光纖泵出和新光纖敷設，即光纖置換時，其步驟與新光纖敷設實施例二的步驟類似：

1)將含有舊光纖的管線設置為輔助管線5，并與敷設目標管線2組成u型結構，在兩根管線的u型端設置u型接頭6，構建兩根管線間的液體連通通道。

2)在敷設目標管線2入口處連接三通4，將三通4的其中一進口連接液體驅動與回收系統1，另一進口連接光纖供應系統3，出口則連接敷設目標管線2；將輔助管線5的出口連接液體驅動與回收系統1。

3)進行舊光纖泵出操作時，開啟液體驅動與回收系統1，將液體工質泵送入敷設目標管路2中，利用液體工質的拖拽力將輔助管線5中的舊光纖泵出并隨液體工質進入液體驅動與回收系統1被回收。

4)待舊光纖泵出后，開啟光纖供應系統3將新光纖緩慢送入三通4，利用液體工質的拖拽力將新光纖帶入敷設目標管路2。

5)當新光纖到達待敷設的長度后，關閉液體驅動與回收系統1和光纖供應系統3，完成光纖置換。

在上述實施例中，當完成新光纖敷設或光纖置換之后，還可以進行管線內液體吹出操作，具體操作過程如下：

首先斷開三通4和液體驅動與回收系統1的連接，并將光纖供應系統3切換為氣體供給系統(氮氣或其他惰氣體性)；然后開啟氣體供給系統，將氣體泵入敷設目標管路2，液體工質將在高壓氣體的推動下不斷被排出至液體驅動與回收系統1；持續吹掃4-8小時，保證液體驅動與回收系統1接收到的流體不再含有液體工質為止；關閉氣體供給系統，完成敷設目標管路2內液體吹出操作。

在上述實施例中，光纖供應系統3可以由旋轉電機、力矩控制器、光纖盤和旋轉圈數計數器組成，也可以由類似能夠驅動光纖并保證光纖恒力矩送給的設備組成。

進一步地，本發明還給出了液體工質的選擇標準，一般來講液體工質需滿足一下要求：

(1)液體工質常見，滿足應用領域現場環境安全要求。

(2)根據應用的環境最高溫度和內部液體工質所承受的最高壓力來選擇三相臨界點接近或較低該溫度和壓力值的液體。比如，當井下環境溫度250℃，此處敷設目標管線內最高壓力5mpa時，可選擇異丙醇(也稱作二甲基甲醇，ipa)作為敷設的液體工質，該液體的臨界溫度為234.9℃，臨界壓力為4.764mpa，分別低于環境溫度和當地液體壓力。該液體工工質可有效保證在液體從地面室溫到井下溫度升高過程中液體將直接進入超臨界態，不需要經歷密度有變化的兩相區，避免了工質發生氣液相變所引起的密度突變所引起的流動非穩定性及其對光纖的損傷。

(3)液體工工質在管線內流動過程中從一端到另一端的沿程相態(溫度和壓力)變化過程應滿足如圖4中虛線所示的路徑，避免進入兩相區(liquid-vaporregion)。

根據上述要求，液體工質建議的選擇：

低溫情況：環境溫度為0～100℃時，液體工質可選擇水。

中高溫情況：環境溫度為100～300℃時，液體可選擇異丙醇。

更進一步地，本發明還給出了敷設目標管線2的內徑設計標準：

敷設目標管線2的內徑決定了流體在管線內流動拖拽待敷設光纖時的流速及拖拽力。當管線兩端壓差一定(或液體流量一定)的前提下，管線內徑越大，流速越小，雷諾數(雷諾數＝流速*管線內徑/液體運動粘度，是衡量管內流動狀態的重要參數)越小，拖拽力越小而流動越趨向于或者就是層流狀態，流體在管線內流動越穩定；而管線內徑越小，流速越大，雷諾數越大，拖拽力越大而流動越趨向于或者就是紊流(湍流)狀態，流體在管線內流動越紊亂不穩定，不利于光纖傳送，因此敷設目標管線2的內徑設計標準如下：

(1)管線內徑的設計下限(最小值)應使得流體在管線內流動時處于層流狀態，或雷諾數小于2300。

(2)管線內徑的設計下限(最小值)應使得光纖所承受的拖拽力小于光纖抗拉強度。

上述各實施例僅以光纖為例對本發明進行說明，可以預見的是，稍作合理的、顯而易見的改動，比如將光纖供應系統改成光纜供應系統，也可以將本發明應用于小光纜的敷設。因此，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。