油气勘探中光纤光栅加速度传感器的研究

发布时间：2021-12-19 19:28

　　石油、天然气是人类发展的重要能源,油气资源的科学探测、合理开发对国民经济的发展意义非凡。然而经过多年的勘探工作之后,一些埋藏较浅、地质条件简单的大构造油田大多己被发现,现阶段的勘探任务是寻找一些埋藏较深、地质条件较复杂的小构造油田,这对地震检波器的性能要求也逐渐提高,勘探难度日益增大。一方面,由于现有的井间地震勘探系统中的信号拾取主要依靠电磁类检波器,在实际工程应用过程中容易受到电磁干扰,同时具有不耐高温,不利于网络化布点等缺点,成为井间地震勘探技术的瓶颈。另一方面,在油气资源的勘探中,所激发的地震波信号频带很宽,且高频成分是提高勘探分辨率的关键,但由于大地的低通滤波作用,使得高频成分衰减严重,高频高灵敏度的地震检波器是提高勘探分辨率的第一环。近年来,光纤光栅（FBG）以其不受电磁干扰、耐高温、易组网等优点在众多领域得到应用,将FBG传感器应用于地震波检测能够弥补传统检测方法的不足,具有重要的研究价值。本论文以油气勘探中地震波振动检测为应用背景,基于光纤光栅的传感原理,提出了适用于井间高温环境地震波振动检测的一种基于膜片与菱形结构的FBG加速度传感器和一种基于多轴柔性铰链的FBG二维加... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压电式检波器

3容的低噪声电缆；(2)动态响应小，一般为低于60dB；(3)有源检波器，使用时每个检波器需要供电电源，不利于施工。图1-1压电式检波器1.2.2动圈式检波器动圈式地震检波器[10]是利用电磁感应原理拾取物体振动信号的速度型检波器，其结构如图1-2所示，它包括两个模块：弹簧、质量块、可动线圈及固定基座组成的惯性模块和磁性材料组成的磁路模块。检波器在外界振动激励下，惯性质量块将拉动线圈在磁场中上下运动，线圈不断切割磁感线并产生与振动速度大小成比例的感应电流，从而将振动信号的机械能转化为磁场中运动线圈的电能，达到检测地震波信号的目的。该类检波器是地震勘探技术中最为成熟的一种陆用检波器。该种检波器的特点是:工作温度在-30℃~+80℃，工作频率不高（一般小于250Hz），性能稳定。主要缺点有:（1）检波器的输出信号受磁性材料磁场不均匀性的影响；(2)动态范围小（一般为60-70dB）；（3）信号源产生于活动线圈，将信号源连接到检波器的输出端需要采用精细的连接技术，可靠性低，这也是检波器常出故障的部位。图1-2动圈式检波器

41.2.3涡流式检波器涡流式地震检波器[11]是在常规动圈式检波器的基础上演变出来的一种加速度型检波器，其结构如图1-3所示。该检波器包括两个模块，一是由铜套管、弹簧及外壳组成的机械振动模块；二是由E型永磁材料和固定线圈构成的磁路模块。该检波器受到外界振动激励时，悬挂于外壳中的铜套管在惯性力和弹簧恢回复力共同作用下发生往复运动，不断切割磁感线并在线圈内形成电涡流，该电涡流在固定线圈中产生出互感电动势，从而将外界振动信号转化为电信号，实现对振动加速度的测量。这类检波器灵敏度会随地震反射波频率的变化而变化，频率越高灵敏度也越高，该特性对由于大地传播而急剧衰减的高频成分有一定补偿作用，一定程度上提高了地震勘探的分辨率。但是这种检波器的工作温度在-40℃~+70℃，且输出信号较小，这些缺点致使它的应用受到了极大限制。图1-3涡流式检波器在实际工程中，所激发的地震波信号其动态范围一般大于120dB，目前各种地震波记录仪器动态范围可达110dB，而仪器记录的信号一定要是检波器所能接收到的信号，所以检波器的动态范围决定了我们所能记录的地震信号的动态范围。传统电磁类检波器面临的主要问题是失真度太大（也称畸变，大于0.1%），动态范围小（小于60dB）。失真度与动态范围的关系为：F=-20logD（F为动态范围，D为失真度）。传统电磁类检波器畸变太大，主要是由于场强分布线性区不够大，这可以通过增加磁钢的体积或者磁场强度来改善，只是目前的常规检波器工艺和技术已经十分完善，很难再做出明显突破。为克服常规检波器的这一瓶颈，新一代的MEMS数字检波器诞生了。


本文编号：3544935