光纤分布式测温技术在热力管道漏点监测中的应用解决方案

热力管道是输送蒸汽或过热水等热能介质的管道。经过多年来的城市改造，大中型城市的热力管道多采用地下敷设，包括管沟敷设和直埋敷设两种。热力管道在使用过程中会受到高温、磨损、物理、化学的作用，加之周边地下工程施工和地面交通动荷载的扰动，热力管道会逐渐产生裂纹、变形、接头损坏等缺陷，进而演变成为断裂、漏水等事故。在供热期间若发生管道大量漏水甚至断裂事故，由于供热介质温度较高、压力大、流速快，往往使得抢险难度大，而且热水对地下其他公共设施的危害也很大，损失难以估量。近几年来热力管线泄漏事故呈上升的趋势：

◆　2012年4月22日下午3时许，山东青岛杭州支路华电青岛发电有限公司门前发生惊险一幕，伴随着轰隆一声巨响，地下一热力管道发生爆裂，热气卷起大量的石头砖块飞到天上，其中一人不幸被飞石砸中，抢救无效后死亡。

◆　2012年4月1日，北京北礼士路物华大厦东侧人行道上的一块路面突然塌陷，行经此处的杨二敬女士坠入满是热水的坑中，被严重烫伤，经医院全力抢救无效死亡，享年27岁。经调查认定，这是一起生产安全责任事故，原因为热力管道损坏，裂缝漏水，掏空人行道下泥土致塌陷，物业公司对热力管线日常维护不到位，导致事故发生。

◆　2011年12月16日，合肥市北二环与新蚌埠路交口西侧铁路桥附近，一辆挖掘机在破拆路面时凿破地下热力管道，顿时一股200℃以上的蒸汽喷出十几米高。事故导致8家社会企业热力供应中断，给市民生活造成重大影响。

◆　2011年3月16日上午9点半左右，北京海淀区四道口路口的热力管道爆裂，大量热水喷涌而出，
 

国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远程监测的方向发展。分布式光纤传感技术是一种新型的实时在线监测技术，将探测光缆沿热力管道并行敷设，可实现管道沿线的振动、泄漏、过热点等异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对埋地管道不会产生任何破坏或影响其

基于业界先进的分布式光纤传感技术，将感温光缆和振动光缆沿热力管道线型敷设，实时监测管道周围的温度分布和振动情况，当热力管道局部出现温度异常时或者热力管道附近出现可能危及管道安全的破坏事件时，分布式光纤传感监测系统能及时捕获这些异常，并在温度曲线或者振动信号上显示出来，并定位出异常点的位置信息，便于管道维护人员及时检修与处理，避免重大事故发生。监测目标包括：

◆　实时在线的温度分布式监测；

◆　实时在线的管道附近的振动监测；

◆　清楚指示过热点或者管道异常的位置信息；

◆　提供管道异常的早期探测；

◆　人工挖掘热力管道安全防护；

◆　机械挖掘热力管道安全防护；

◆　垂直及水平机械钻孔热力管道安全防护。

当供热管道的管子壁厚变薄、接头断裂或保温层损坏后，会使得局部管段的温度异常，测温光纤传感
 

光纤F-P压力传感系统与分布式光纤温度传感系统组成井下温压同测系统

20 世纪80 年代，光纤领域的研究人员开发出一种沿光纤测量温度的方法，该技术在20 世纪90 年代初期与一些油气井完井技术相结合。不需要运动机件或井下电子设备，分布式温度传感技术（DTS）仅依靠一束激光和一束连续的光纤便可收集温度空间分布数据。与电缆测井作业中记录温度数据的形式不同，分布式光纤温度传感系统可十分灵敏地测量井筒温度，作业者可在一定的时间间隔内获得井内每1 米（3.3 英尺）的温度数据。DTS系统的这一均匀取样特性使其可以测定温度发生变化的时间与位置，从而可使作业者更好地了解井内的变化情况。

分布式光纤传感技术至今已在油田已有20余年应用历史，包括BP、Shell、Chevron、Schlumberger、Weatherford、Halliburton、Baker Hughes等公司均有应用。

1995年，分布式光纤传感技术首次在加利福利亚油井中实现商业应用，井下温度超过260℃；

1999年，在BP公司经营的伟琪法姆油田M-17井中安装了DTS正式投产;

2002年8月，挪斯克海德ASA公司在位于北海挪威区的奥斯堡安装了DTS，提供沿整个井眼的温度数据。

2002年至今，经过近十年的不断改进，国内外的DTS技术飞速发展，不断推陈出新应用到世界

各个油井中。国内的辽河油田、新疆油田等公司开始将DTS应用于稠油热采井井下监测。

将测温光缆末端串接光纤F-P传感器，结合先进的分布式光纤测温技术和光纤F-P测压技术，仅利用一根光缆即可实现温压同测，可降低光缆采购成本、减少安装作业时间，尤其适合油井井下监测应
 

分布式光纤测温系统，具有比较大的优势，但由于分布式光纤测温系统（DTS），维护与施工更加简单，成本也相对较

低，光纤本身就是传感器，集传输与传感于一起，传感器本身更加可靠。因此，综合各方面的优缺点，分布式光纤测温系

统（DTS）更适合井下温度实时监测。

光纤F-P腔压力传感器的测量原理：当地面激光光源向光纤耦合一束激光，传导到井下的F-P腔光纤压力传感器，当外界的压力发生变化时，F-P腔的尺寸发生变化，从而导致光纤传感器反射的光谱发生变化，通过地面解调仪接收反射光谱，并经过波长解调和标定，得到井下传感器所在位置点的压力。

光纤F-P压力传感系统与分布式光纤温度传感系统组成井下温压同测系统，其系统的拓扑结构，以观察井为例，如下图所示。

测温光缆和光纤F-P压力传感器同时放置于井下，并通过光纤传输到中控室，中控室有放置有布式光纤温度传感系统与F-P压力解调仪，共同实现井下温度与压力同时监测。分布式光纤温度传感系统与F-P压力解调仪实时测量的温度与压力信息，通过无线传输终端或者油田内部光纤通信的局域网将数据传输到远程服务器，发布出去，供油田内部相关研究人员对数据进行解析研

光纤F-P腔压力传感器的测量原理：当地面激光光源向光纤耦合一束激光，传导到井下的F-P腔光纤压力传感器，当外界的压力发生变化时，F-P腔的尺寸发生变化，从而导致光纤传感器反射的光谱发生变化，通过地面解调仪接收反射光谱，并经过波长解调和标定，得到井下传感器所在位置点的压力。

光纤F-P压力传感系统与分布式光纤温度传感系统组成井下温压同测系统，其系统的拓扑结构，以观察井为例，如下图所示。

测温光缆和光纤F-P压力传感器同时放置于井下，并通过光纤传输到中控室，中控室有放置有布式光纤温度传感系统与F-P压力解调仪，共同实现井下温度与压力同时监测。分布式光纤温度传感系统与F-P压力解调仪实时测量的温度与压力信息，通过无线传输终端或者油田内部光纤通信的局域网将数据传输到远程服务器，发布出去，供油田内部相关研究人员对数据进行解析研