光纖測溫技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用

李磊

摘要：光纖測溫技術(shù)已開始應(yīng)用于油田的開發(fā)監(jiān)測項(xiàng)目當(dāng)中。該技術(shù)可以將油水井各點(diǎn)溫度實(shí)時顯示出來，突出時效性，整體趨勢性。這樣油水井管理者就可以通過油水井的溫度分布判斷該井的狀況，尤其采蒸汽熱采工藝的蒸汽驅(qū)井、蒸汽吞吐井、熱采水平井中，通過其產(chǎn)層溫度的高低，可以判斷產(chǎn)層吸汽能力的差異，繼而評價注蒸汽的效果。

關(guān)鍵詞：光纖溫度傳感器；測井；井下監(jiān)測

前言：

在油田的開發(fā)過程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過程中有關(guān)井內(nèi)流體的持性與狀態(tài)的詳細(xì)資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的，而傳統(tǒng)的電子基傳感系統(tǒng)已無法在井下惡劣的環(huán)境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作。而光纖傳感系統(tǒng)可以克服這些困難，其對電磁干擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓（幾十兆帕以上）以及強(qiáng)烈的沖擊與振動，可以高精度地測量井筒和井場環(huán)境參數(shù)。

光纖測溫技術(shù)是利用目前在通訊領(lǐng)域大量采用的光纖經(jīng)過特殊加工制成傳感器件的光電技術(shù)。此技術(shù)可以長距離大范圍多點(diǎn)溫度測量，每口井只需一條光纖就可以連續(xù)測量井中任何一點(diǎn)的溫度，具有防燃、防爆、抗腐蝕、耐高溫、測量范圍廣、定位精度高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

一、測量原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.測量原理

光纖測溫的機(jī)理是依據(jù)后向拉曼散射光譜的溫度效應(yīng)。拉曼散射光由反斯托克斯（anti-Stokes）光和斯托克斯（stokes）光兩種不同波長的光組成。前者對溫度特別敏感，而后者與溫度關(guān)系很小。為消除光源波動和光纖彎曲等影響，提高測溫準(zhǔn)確度。采anti-Stokes光和Stokes光強(qiáng)度的比值來解調(diào)溫度信號，基于DSP系統(tǒng)的信號處理單元完成對雪崩二極管（APD）光電探測器輸出信號的放大、采樣和處理，并解調(diào)出溫度。

2.光纖溫度傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

分布式光纖井下溫度測試系統(tǒng)分光纖傳感器、終端機(jī)、工控電腦三個部分。光纖傳感器既是信號的傳輸通道，又是溫度傳感器，其主要是由高純度的絕緣材料石英組成，具有不受電場、磁場誘導(dǎo)干擾，耐高溫、抗腐蝕等異性能，能在各種油田野外惡劣環(huán)境下工作。終端機(jī)是系統(tǒng)的核心組成部分，其主要功能是實(shí)現(xiàn)信號的發(fā)射、接收、濾波、放大和信息處理，數(shù)據(jù)分析和輸出。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制、信號處理、顯示、儲存和打印以及外部其它擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)。

二、光纖測溫技術(shù)的應(yīng)用

光纖測溫技術(shù)利用光纖技術(shù)為成千上萬個監(jiān)控點(diǎn)提供溫度測量。這一日趨成熟的技術(shù)能夠精確發(fā)送實(shí)時溫度情況該系統(tǒng)利用光時域反射（0TDR）技術(shù)、激光拉曼光譜技術(shù)，經(jīng)波分復(fù)用器、光電檢測器等對采集的溫度信息進(jìn)行放大、信號處理，并將溫度信息實(shí)時顯示出來。分布式光纖傳感技術(shù)能快速多點(diǎn)測量并定位等優(yōu)點(diǎn)，它能夠連續(xù)測量光纖沿線所在處的溫度，測量距離在幾公里的范圍，空間定位精度達(dá)到米的數(shù)量級，能夠進(jìn)行不間斷的自動測量。

光纖測溫技術(shù)具有通過沿整個完井長度連續(xù)性采集溫度資料來提供一條監(jiān)測生產(chǎn)和油層的新途徑的潛力。因?yàn)榫臏囟绕拭娴淖兓梢耘c其它地面采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測井曲線對比，從而為操作者提供有關(guān)出現(xiàn)在井下的變化的定性和定量信息。傳統(tǒng)的測溫工具只能在任何給定時間內(nèi)測量某個點(diǎn)的溫度，要測試全范圍的溫度，點(diǎn)式傳感器只能在井中來回移動才能實(shí)現(xiàn)，不可避免地對井內(nèi)環(huán)境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢在于光纖無須在檢測區(qū)域內(nèi)來回移動，能保證井內(nèi)的溫度平衡狀態(tài)不受影響。而且由于光纖被置于毛細(xì)鋼管內(nèi).因此凡毛細(xì)鋼管能通達(dá)的地方都可進(jìn)行光纖分布式溫度傳感器測試。

光纖測溫技術(shù)要綜合考慮測量的點(diǎn)數(shù)和連接器衰減，遇到的問題和解決方法為：

（1）光纖以及連接器對信號的衰減問題，解決的方法為盡量減少連接器的數(shù)目、采用布喇格光纖光柵傳感器以及改進(jìn)連接器的性能。（2）安裝時容易損壞，解決的方法為進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)培訓(xùn)。另外，光纖傳感器需要外部保護(hù)層、減小應(yīng)力（包括射孔和溫度引起的應(yīng)力）。（3）多相流監(jiān)測。為了做好油藏監(jiān)控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲得生產(chǎn)井和注水井穩(wěn)定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數(shù)油井分層開采，每層含水量不同，而且有時流速較大，給利用常規(guī)生產(chǎn)測井設(shè)備測量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來了巨大的困難。液體在油管中的摩阻和從油藏中向井筒內(nèi)的噴射使得壓差密度儀器無法準(zhǔn)確測量，電子探頭更是無法探測到液體中的小油氣泡。

三、結(jié)論與展望

光纖測溫技術(shù)可以將油水井每1.25米間隔的各點(diǎn)溫度實(shí)時顯示出來，突出時效性，整體趨勢性。油水井管理者可以通過油水井的溫度分布判斷該井的狀況，尤其采用蒸汽熱采工藝的蒸汽驅(qū)井、蒸汽吞吐井、熱采水平井中，其產(chǎn)層溫度的高低，可以判斷產(chǎn)層吸汽能力的差異，繼而評價注蒸汽的效果。為此，光纖測溫應(yīng)用考慮以下方面：

1.開展注蒸汽井分時溫度壓力測試：對停注后悶井期間進(jìn)行每天一次測試，通過資料對比分析悶井期井下溫度變化，確定合理的悶井期，分析吸汽油層位置和效果。

2.蒸汽驅(qū)觀察井溫度測試：在蒸汽驅(qū)觀察井中進(jìn)行連續(xù)測試，分析吸汽層溫度波動情況，判斷注汽效果。

3.悶井期后利用固定式監(jiān)測方式進(jìn)行熱采水平井溫度剖面測試，分析吸汽油層位置和效果，有效解決造斜段、水平段測試難問題。

從分析可以看出，光纖測溫技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用于石油天然氣井下的溫度的監(jiān)測。極大地豐富了石油和天然氣公司對儲層的了解，便于優(yōu)化油氣田開采和維護(hù)。