石油作为不可再生的战略性资源在当今世界尤为重要。而目前石油工业所面临采收率低的问题一直是困扰着石油工业最为核心的问题,此问题的解决是建立在对石油井下一系列物理参数高精度、长期可靠监测基础之上的。然而,石油井下高温、高压、强化学腐蚀、强电磁干扰等一系列极端恶劣环境对传感器的可靠性是一种极大地考验。此外,深井探测信号的传输以及能够实时地测量对石油测井的意义也十分重大。在这种情况下,传统的电子学传感器并不能够完全满足石油测井的需要。以光纤法布里-珀罗干涉型传感器和光纤布拉格光栅传感器为代表的波长调制型光纤传感器由于具有波长编码、抗干扰能力强、长期测量稳定可靠、测量精度高、耐高温高压、抗化学腐蚀等优点,近年来受到石油工业的普遍关注和高度重视。光纤传感测井系统主要包括三个部分:传感器探头、信号传输光纤、信号解调仪。本文对该系统及其在高温、高压油井下长期实时监测应用中所涉及的关键技术进行了系统的、深入的研究,主要包括以下几方面内容。掺铒光纤光源的理论和实验研究。在掺铒光纤放大系统理论模型基础上,对掺铒光纤中光放大的物理过程进行了详细分析,并且对掺铒超荧光光纤光源和可调谐环形腔掺铒光纤激光器进行了数值模拟和实验研究。本文实现了一个输出功率为9.2 mW,覆盖C+L波段的宽谱掺铒超荧光光纤光源,其平均波长为1565.253 nm,平坦区域(平坦度在2.5 dB以内)的谱宽达68 nm(1535～1603 nm)。实现了一种新颖的可调谐环形腔掺铒光纤激光器结构,实现了基于标准C波段掺铒光纤的超宽带可调谐环形腔掺铒光纤激光器,其波长调谐范围首次达到145 nm(1475～1620 nm),覆盖了整个S+C+L波段,输出功率4 mW,激光线宽小于0.03 nm,带宽内边模抑制比大于50 dB。设计并研制出一种基于宽带波长扫描环形腔掺铒光纤激光器的光纤传感查询仪。首先研究了宽带波长扫描环形腔掺铒光纤激光器的动态特性。在此基础上,成功的实现了基于宽带波长扫描环形腔掺铒光纤激光器的光纤传感查询仪。该查询仪采用具有极好的温度稳定性、全光谱范围的光纤F-P标准具对扫描光纤激光器进行实时的波长校准。采用五次非线性拟合方法对滤波器的驱动电压和透射波长进行实时标定,解决了光纤F-P可调谐滤波器调谐电压与透射峰值波长关系的非线性、重复性差和迟滞等问题。因此,该光纤传感查询仪实现了高波长测量精度和分辨率。本文采用HCN气体吸收池作为波长标准对该查询仪的波长测量准确度和分辨率进行了测量,其波长测量分辨率为0.9pm,准确度为±2 pm。利用该查询仪对光纤EFPI/FBG串联复用传感器进行了解调实验,光纤EFPI腔长解调分辨率达到0.025 nm,对应压强分辨率为0.32 kPa;FBG的波长解调分辨率为0.63 pm,对应温度分辨率为0.065℃。由于该系统采用的波长扫描环形腔掺铒光纤激光器具有毫瓦量级的输出功率,对于远距离传感应用具有极好的适应能力。由于该系统采用的波长扫描环形腔掺铒光纤激光器的波长扫描范围达到100 nm以上,使得该查询仪在解调光纤EFPI传感器时更为精确,对FBG传感器解调具有更大的波分复用能力。针对高温高压长期实时测井应用,对光纤压力/温度传感器系统的若干技术问题做了详细的分析并给出相应的解决方案。油气井下压力、温度是油井生产过程监控的重要参数指标。本文通过对光纤EFPI压力传感器的优化设计,并且建立合理的数学模型,利用FBG温度传感器对其进行温度补偿,消除了光纤EFPI压力传感器的温度交叉敏感性。在25℃～300℃温度变化范围内,在压力测量量程0～72 MPa范围内最大偏差小于满量程的±0.025%。在压力测量量程0～102 MPa范围内,其压力测量分辨率达到为1.1 kPa。该测井系统已成功应用于辽河油田高温稠油井的长期温度/压力实时监测,并且即将应用于中海油海上油井的温度/压力监测。