一種油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種光纖，尤其涉及一種油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖。
【背景技術】
[0002] 油氣井的測試是油氣資源勘探和開發中的重要環節之一，光纖光柵傳感技術以其 抗電磁干擾能力強、尺寸小、受空間大小限制小、測量精度高、可實現分布式測量等優點，已 被廣泛用于油氣井井下溫度、壓力等數據的實時、高精度測量。
[0003]目前用于油氣井井下分布式溫度監測系統的光纖一般是普通的耐高溫通信單模 或多模光纖，這類光纖根據其涂覆層的材料種類不同可以分為四大類，分別是：（1)采用耐 高溫丙烯酸樹脂作為涂覆層的耐高溫光纖，該光纖涂覆層的涂覆固化可以通過光纖拉絲在 線涂覆紫外光固化工藝實現，能適應不同的拉絲速度，但耐高溫等級較低，主流產品的典型 長期工作溫度在150°c ; (2)采用耐熱硅膠作為涂覆層的耐高溫光纖，耐熱硅膠的固化方式 有熱固化和紫外光固化兩種，熱固化要求的拉絲速度較低，紫外光固化可以適應不同拉絲 速度下的涂覆固化工藝，現有的耐熱硅膠涂覆層耐高溫光纖的長期工作溫度一般在200°C ;
[3] 采用聚酰亞胺作為涂覆層材料的耐高溫光纖，長期工作溫度較高，一般在350°C~ 400°C，但涂覆固化工藝采用低速拉絲熱固化工藝，拉絲速度一般在20m/min左右，由于單 次涂覆的涂層厚度較薄，約5 μ m~10 μ m，需要經過多次反復涂覆固化，單根光纖連續長度 短，且涂覆層因模量較高，不宜采用普通米勒鉗快速剝離涂覆層，外場使用不便；(4)采用 金屬材料作為涂覆層的耐高溫光纖，耐溫等級高，能長期工作于400°C以上的高溫環境，但 其涂覆固化工藝復雜，無法在光纖高速拉絲狀態下實現在線涂覆固化，制作成本高，相比上 述三種耐高溫光纖，金屬涂覆層耐高溫光纖的使用相對較少。以上四類耐高溫光纖雖然都 具有比常規通信光纖優異的耐高溫性能，但仍無法完全滿足油氣井井下工作環境需要。
[0004] 油氣井井下環境惡劣，高溫、高壓、高濕度、高鹽度等多種嚴酷因素錯綜復雜，普通 的耐高溫通信單模或多模光纖只對高溫環境具有較好的適應性，無法解決井下高壓、高濕 度、高鹽度引起的光纖傳輸損耗增加、涂覆層易被腐蝕、使用壽命下降的問題。碳密封涂覆 光纖通過特殊的碳密封涂覆工藝在光纖表面形成致密的碳層，減緩光纖表面微裂紋生長， 將光纖表面與環境密封隔離，阻止水分和氫對光纖機械強度和光學性能的影響，降低光纖 在高濕度、高壓環境下氫滲透而引起的傳輸損耗增加，提高光纖的耐疲勞性能和應力腐蝕 敏感性參數，從而提高光纖的使用壽命和可靠性，如以下公式所示：
[0006] 式中：ts為光纖壽命（單位s)，t p為篩選時間（單位s)，m為光纖強度分布曲線 Weibull分布曲線的斜率，η為疲勞系數，Np為篩選時斷裂次數（次/km)，L為光纖長度 (km)，F為允許斷裂概率，σ ρ為篩選后最小強度，σ s為靜態應力強度（使用應力）。
[0007] 將碳密封涂覆光纖用于油氣井井下監測作業，能有效解決光纖在井下高濕度、高 壓環境下傳輸損耗增加、使用壽命下降的問題。國內外光纖研究和生產單位如日本藤倉、 住友、美國康寧、武漢郵電科研院等先后對碳密封涂覆光纖開展了較深入的研究，其中中國 電科23所通過原料組分改進和工藝改進實現了大長度高強度碳密封涂覆光纖的研制和生 產。而現有的碳密封涂覆光纖涂覆層材料一般采用常規的丙烯酸樹脂材料，長期工作溫度 最高只有85°C左右且耐腐蝕性能較低，不具備耐高溫光纖的耐溫等級，無法滿足油氣井井 下的高溫環境需求和井下高鹽度環境引起的光纖涂覆層腐蝕問題。
[0008] 為了保證光纖能在高溫、高壓、高濕度、高鹽度的惡劣環境下長期穩定工作，需要 一種同時兼顧耐高溫光纖和碳密封涂覆光纖特點，且具有良好耐腐蝕性能的單模和多模光 纖。 【實用新型內容】
[0009] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖， 能夠解決現有耐高溫光纖在用于油氣井井下監測作業時受井下高濕度、高壓、高鹽度環境 影響而引起的氫滲透導致傳輸損耗增加、涂覆層易被腐蝕、使用壽命下降的問題。
[0010] 本實用新型為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種油氣井下監測用 耐高溫碳密封光纖，包括玻璃纖芯，其中，所述玻璃纖芯外依次包覆有石英玻璃包層、碳密 封層、光纖涂覆層以及氟塑料增強層。
[0011] 上述的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，其中，所述玻璃纖芯和石英玻璃包層 中設有摻雜物，所述摻雜物為鍺化合物、磷化合物、鋁化合物、氮化合物中的一種或多種。
[0012] 上述的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，其中，所述光纖涂覆層為耐高溫紫外 光固化材料層，包括耐高溫內涂覆層和耐高溫外涂覆層，所述耐高溫外涂覆層的模量高于 耐高溫內涂覆層的模量。
[0013] 上述的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，其中，所述耐高溫紫外光固化材料層 為聚氨酯類固化材料層、丙烯酸酯類固化材料層、硅基類固化材料層或環氧類固化材料層。
[0014] 上述的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，其中，所述氟塑料增強層為乙烯-四 氟乙烯共聚物層、聚四氟乙烯層、全氟共聚物層、聚全氟烷氧基樹脂層、聚三氟氯乙烯層、乙 烯-三氟氯乙烯共聚物層、聚偏氟乙烯層或聚氟乙烯層。
[0015] 上述的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，其中，所述耐高溫碳密封光纖為單模 光纖或多模光纖。
[0016] 本實用新型對比現有技術有如下的有益效果：本實用新型提供的油氣井下監測用 耐高溫碳密封光纖，通過在玻璃纖芯表面形成碳密封層、采用耐高溫涂覆層結構并增加氟 塑料增強層，提高光纖在油氣田井等惡劣環境下的可靠性，降低光纖的氫損，提高光纖耐疲 5?性能。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型油氣井下監測用單涂覆層耐高溫碳密封單模光纖截面結構示 意圖；
[0018] 圖2為本實用新型油氣井下監測用雙涂覆層耐高溫碳密封單模光纖截面結構示 意圖；
[0019] 圖3為本實用新型油氣井下監測用雙涂覆層耐高溫碳密封多模光纖截面結構示 意圖；
[0020] 圖4為圖1和圖2中的光纖與G. 652D單模光纖經水煮試驗前后的衰減系數測量 結果曲線圖；
[0021] 圖5為圖1和圖2中的光纖與G. 652D單模光纖經載氫試驗前后的衰減系數測量 結果柱狀圖；
[0022] 圖6為圖3中的光纖與Alb多模光纖經水煮試驗前后的衰減系數測量結果曲線 圖；
[0023] 圖7為圖3中的光纖與Alb多模光纖經載氫試驗前后的衰減系數測量結果柱狀 圖。
[0024] 圖中：
[0025] 1玻璃纖芯 2石英玻璃包層 3碳密封層
[0026] 4耐高溫涂覆層 41耐高溫內涂覆層 42耐高溫外涂覆層
[0027] 5氟塑料增強層
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0029] 圖1為本實用新型油氣井下監測用單涂覆層耐高溫碳密封單模光纖截面結構示 意圖。
[0030] 請參見圖1，本實用新型提供的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，包括玻璃纖芯 1，其中，所述玻璃纖芯1外依次包覆有石英玻璃包層2、碳密封層3、光纖涂覆層4以及氟塑 料增強層5。
[0031] 本實用新型提供的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，所述玻璃纖芯1和石英玻 璃包層2中設有摻雜物，所述摻雜物為鍺化合物、磷化合物、鋁化合物、氮化合物中的一種 或多種。
[0032] 本實用新型提供的油氣井下監測用耐高溫碳密封光纖，所述光纖涂覆層4為耐高 溫紫外光固化涂覆層，所述耐高溫紫外光固化涂覆層包括耐高溫內涂覆層41和耐高溫外 涂覆層42,所述耐高溫外涂覆層42的模量高于耐高溫內涂覆層41的模量。
[0033] 本實用新型的耐高溫碳密封光纖為單模光纖或多模光纖，耐高溫碳密封氟塑料增 強光纖可長期穩定工作于油氣井井下高溫、高壓、高濕、高鹽度等惡劣復雜環境，經試驗驗 證，光纖經過150Γ以上高溫貯存后，涂覆層完好無開裂，試驗后的光纖