Minusk负刚度隔振台应用于石油领域的光纤传感系统

Minusk负刚度隔振技术产品被广泛的使用在各式各样，各行各业的高灵敏性仪器上，最近Minusk的隔振台又被应用在了石油挖井行业的探测传感系统上！下面文章将主要先介绍石油挖井行业的专用仪器，然后介绍负刚度隔振系统。

在石油行业领域，检测油井状况是非常重要的一环，现今检测油井的最新手段是光纤传感系统。分布式光纤传感（DFOS）系统提供的井下环境的重要数据可以提高工程师和科学家优化油井的开采生产与安全性，更难能可贵的是，光纤传感系统比其他探测器能提供的详细程度高得多。

分布式光纤传感（DFOS）系统是一种可以在最小的空间间隔内沿光纤电缆的整个长度进行连续，实时的测量的技术，它不依赖于制造的离散传感器，而是将光纤本身用作传感装置和信号（光）的双向发射器。光纤是传感元件。在光路中没有任何额外的传感器。被称为“询问器单元”（interrogator units，IU）的表面仪器向光纤发送一系列激光脉冲，并记录自然产生的后向散射光信号随时间的变化。在这方面，分布式传感系统在光纤沿线的所有点测量，这些点在良好运行时间段内处于预先确定的时钟时间间隔。

分布式声传感（DAS）是分布式光纤传感（DFOS）系统的一部分，它主要用于听水力压裂，流体，气体，垂直地震剖面（VSP）中感测震源响应信号，DAS通过包裹在电缆中的玻璃纤维光纤线感知微小的物理声振动的变化来测量振动。在地下光缆中，沿光纤有上千个检测点。

由于光缆可以长时间安装在恶劣的环境中，这项技术有望用于敏感地质作业的环境监测。许多地质流体系统需要在很大的压力、深度和温度下进行动态声学、温度、应变和压力监测。使用光纤电缆的传感器很适合这种部署，因为它们可以承受恶劣的环境。井下应用包括油气井（水力压裂完井作业、返排作业、长期井监测、井身完整性监测）、地热井、深部工业废物处理井等恶劣环境应用。

在油井作业附近的现场安装Neubrescope。

分布式光纤传感（DFOS）提供了在整个内部钻孔的整个长度上测量多种物理现象以及监视地下岩层近井区域的条件的关键能力。光纤传感还可用于表征受污染的基岩含水层，提供数据以帮助管理石油和地热储层，以及用于监测，验证和核算地质碳固存项目。

尽管DAS技术很好，但对监测地流体系统（如水力压裂作业）的日益增长的需求，促进了进一步发展具有高灵敏度和可靠性以及适用于恶劣作业环境的机械鲁棒性的专业技术。其中一项最新开发的技术，分布式温度和应变传感（DTSS），代表了DAS的重大突破和补充技术。DTSS是一项经过现场测试和验证的技术。

利用分布式温度，应变传感实现油井状况检测技术升级

尽管分布式声学传感在许多应用中都取得了巨大的成功，但DTSS是下一个领先的技术。DTSS不仅可以提供温度，而且还可以提供沿光纤全长（长达数十公里）的绝对，微分和动态应变变形曲线。DTSS测量的空间分辨率通常比DAS好一个数量级。

DTSS为DAS提供额外的传感功能，同时检测和记录温度和应变分布的同时且独立的测量值，并以厘米级的空间分辨率执行此操作，这在空间上比DAS能够提供的分辨率要好得多。空间分辨率是一种确定物体的大小的测量，以使成像系统能够检测到该物体。单位为线对每厘米（lp / cm）。

分布式温度和应变传感系统由日本神户的Neubrex Ltd.开发，并由总部位于日本的Neubrex Company在美国的Neubrex Energy Services应用。该公司的DTSS产品线被称为Neubrescope。

Neubrex能源服务总经理Dana Jurick说：“ Neubrescope DTSS的设计很好，可用于监控水力压裂作业。” “尽管如此，石油和天然气工业公司仍处于使用光纤的学习，测试，鉴定和验收阶段，以及如何可靠，安全，经济地在井中安装和使用光纤。一旦安装到井中，他们还将学习可以进行哪些测量，以及与竞争对手的技术有何不同。在美国国内和国际上，许多油气公司都在积极地探索该技术应用。”

Jurick说，当发生水力压裂时，可以实时进行温度，应变，声学和压力-DTSS，DPS和DAS测量。“与以前的技术相比，这可以帮助现场工程师更好地了解这些深井中正在发生的事情。随后，在必要时可以进行数据驱动的更改或对运营计划进行调整，以优化运营，以期使井具有更好的长期生产潜力。”

Jurick说：“ DAS技术允许每两米同时测量井下成千上万的点。” 电缆内的连续玻璃纤维绞合线可以在很大的频率范围内感应到小的声振动。这些振动通常与注入的压裂液动力学和裂缝扩展以及与水力压裂物理学相关的增长有关。这些测量对于使用数据来感知他们看不见的深井中发生的事情的工程师而言非常有价值。”

Neubrescope在井附近作业现场安装。

最小化背景振动——利用Minusk负刚度隔振台

DAS询问器单元（IU）系统采用了现代的激光和光接收器组件。这些组件都位于IU内。IU用于井场附近的现场，经常会发现多种形式的声音和振动噪声。

这些繁忙的场所，由于卡车，泵和其他设备的噪音，会产生大量的低频和变频振动，从而在发射的激光脉冲和接收到的光之间产生背景噪声。这种噪声对预期的测量目标无益。背景噪声减小了系统的动态范围和预期用途，该系统无法测量电缆中的井下光纤束上产生的振动，该电缆连接到井套管和地下大地。

为了最大化系统的动态范围，Neubrex的最新DAS技术已与先进的便携式振动隔离系统配对。

负刚度隔振

负刚度隔振是由Minus K Technology开发的，Minus K Technology是扫描探针显微镜，显微硬度测试仪和其他对振动敏感的仪器和设备（例如用于测试航天器的零重力模拟）的制造商的OEM供应商。 。该公司的隔离器已在52个国家/地区的300多家大学和政府实验室中使用。

这些隔振器结构紧凑，不需要电力或压缩空气，因此Neubrex DAS仪器可以放置在井口或O＆G生产设施中需要的任何位置。没有马达，泵或腔室，也没有维护，因为没有任何磨损。它们仅在被动机械模式下运行。

负刚度隔离器的优点是它们可以在多个方向上实现高度隔离。这些隔离器具有定制％的灵活性，可将谐振频率垂直和水平调整为0.5 Hz（某些版本水平调整为1.5 Hz）。请注意，对于固有频率为0.5 Hz的隔离系统，隔离从0.7 Hz开始，并随着振动频率的增加而提高。固有频率更常用于描述系统性能。

负刚度隔离器的发明者，Minus K Technology的总裁兼创始人David Platus博士说：“垂直运动的隔离是由支撑重量负载的硬弹簧提供的，并带有负刚度机构。” 净垂直刚度非常低，而不会影响弹簧的静态载荷支撑能力。与垂直运动隔离器串联的梁柱可提供水平运动隔离。梁柱的作用就像是弹簧，具有负刚度机制。结果是紧凑的无源隔离器，能够具有极低的垂直和水平固有频率以及较高的内部结构频率。”

负刚度隔离器具有很高的性能，这是通过透射率曲线测得的。振动传递率是相对于输入振动通过隔离器传递的振动的量度。负刚度隔离器调整至0.5 Hz时，在2 Hz时达到约93％的隔离效率；5 Hz时为99％; 10 Hz时为99.75％。