近年来,分布式声波传感技术(Distributed Acoustic Sensing,DAS)逐渐成为油气勘探领域的研究热点。DAS系统利用光纤作为传感介质,能够实现对地下声波活动的高密度连续监测,提升了地震数据的采集效率和分辨率。DAS系统的高灵敏度和宽频带特性使其能够捕捉更丰富的地震波信息,为地下构造的精细成像和储层表征提供了可靠的数据支持。然而,DAS系统的性能受到单模光纤中瑞利散射信号的限制,在一定程度上影响了其传感灵敏度。此外,普通光纤光缆在地下高温环境中容易受到损害,这不仅影响了系统的稳定性,还显著增加了地震勘探的总体成本。 为提升油气勘探领域DAS光纤光缆的耐温性能和提高DAS系统的声压灵敏度,本文设计并制备了耐温散射强度光纤和DAS光缆单元,并研究了高温环境下耐温散射增强光纤反射强度的变化情况,测试了DAS光缆单元的声压灵敏度,具体研究内容与结论如下: (1)本文采用相位掩模法在光纤上刻写连续布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG),成功制备出反射强度较单模光纤G.657.A2提升20 d B的散射增强光纤,并对其涂覆了耐温涂层。通过对散射增强光纤进行高温环境下的性能测试,监测其反射强度的变化情况。实验结果表明,耐温涂层抑制了散射增强光纤反射强度的衰减;光纤轴向力是导致散射增强光纤反射强度迅速下降的主要因素,可在1-2小时内造成15%-20%的衰减;随着时间推移,高温引起的热膨胀效应会使散射增强光纤反射强度逐渐趋于动态平衡状态,在6个小时内的累计衰减小于10%。 (2)本文搭建了光纤绕制装置,通过将光纤螺旋缠绕在弹性体材料表面,成功制备出芯轴型结构的DAS光缆单元。该装置具备调节绕制光纤长度,螺距和光纤轴向力等参数的功能。随后,从DAS光缆单元材料种类,结构尺寸与光纤绕制工艺等维度出发,制备了多种DAS光缆单元并进行系统了测试。为实现耐高温与提升声压灵敏度的双重目标,本文使用涂覆了耐温涂料的散射增强光纤和耐温弹性体材料。最终优化的DAS光缆单元在500 Hz至3500 Hz的空气声频率范围内,平均声压灵敏度级为-112.04 d B re rad/μPa,显著提高了DAS系统的声压灵敏度。 本文设计的芯轴型结构DAS光缆单元为DAS系统在油气勘探领域的应用提供了新的技术支持。