試析光纖傳感器技術(shù)對改善油氣井監(jiān)測的作用

趙軼等

油氣井監(jiān)測就是在油氣井開采過程中，對相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)進行測量，得出油、水、氣的動態(tài)分布，分析井下實際生產(chǎn)情況。傳統(tǒng)的測井技術(shù)儀器需要在高溫環(huán)境下工作，極易發(fā)生故障。容易導致測量次數(shù)增加，測量成本上升。光纖傳感技術(shù)具有頻帶寬、響應快、動態(tài)范圍大、耐高溫高壓等一系列特點，在測井技術(shù)中具有十分廣闊的應用前景。

一、光纖傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和概念

光纖傳感器應用在油氣井監(jiān)測中，主要是集中在井下監(jiān)測油氣開采的過程。在油氣井的監(jiān)測工作中，主要使用的技術(shù)有溫度分布式傳感器、聲波分布式傳感器以及應力分布式傳感器等光纖傳感技術(shù)。在這些技術(shù)之中，溫度分布式傳感器的起源最早，發(fā)展最為成熟，實際應用也已經(jīng)超過十年。而其他集中傳感技術(shù)才剛開始研究或剛投入運用。

光纖傳感器從廣義來講就是光纖傳感系統(tǒng)，主要包括了光纖傳感器、光纖詢問器以及光纜。分布式的傳感器就是把光纖本身轉(zhuǎn)變成了基于實際目的的傳感器，比如測量應力、聲波、溫度等參數(shù)的傳感器。光纖詢問器通過在光纜中發(fā)出脈沖激光，對發(fā)射散光的類型和數(shù)量進行記錄，再通過專門的軟件和算法，將其轉(zhuǎn)化為測量數(shù)據(jù)。

二、光纖傳感技術(shù)對改善油氣井監(jiān)測的作用

光纖傳感技術(shù)對改善油氣井監(jiān)測具有多個方面的作用，不僅可以使監(jiān)測方法以及監(jiān)測設(shè)備上得到大幅優(yōu)化，更可以有效提升監(jiān)測工作質(zhì)量和效率。

2.1流體的測量

流體的測量主要包括了流體的密度、流量、溫度、壓力以及持率。

目前，井下流體流量的測量儀器主要有示蹤流量計、超聲流量計、渦輪流量計、電磁流量計等。在測量現(xiàn)場中，使用最多的就是渦輪流量計，其次就是示蹤流量計和電磁流量計。渦輪流量計的基本原理就是在流體的流動下推動渦輪轉(zhuǎn)動，通過分析渦輪轉(zhuǎn)速得出流體的流量。雖然渦輪流量計的使用范圍最廣，但是其也存在不少缺點。流體性質(zhì)會對渦輪流量計的測量精度造成影響，油氣井中存在的砂礫或其他異物，可能會進入渦輪引起渦輪卡死，導致測量失效。需要注意的是，渦輪的啟動排量較大不適宜小流量測量，而當流體流量很大時，會造成渦輪流量計出現(xiàn)信號丟失，無法獲取測量結(jié)果?；诠饫w傳感技術(shù)的各種光纖流量計，就可以有效解決傳統(tǒng)流量計存在的各種問題。比如光纖渦輪流量計就具有抗干擾、高重復性以及線性設(shè)計等優(yōu)點；光纖小流量傳感器就可以對小流量流體進行測量，彌補了傳統(tǒng)方法的缺陷。

油氣井溫度和壓力測量主要是通過電子壓力溫度傳感器進行的，但是在高溫環(huán)境中，這種傳感器在長時間工作后會產(chǎn)生漂移問題，可靠性出現(xiàn)下降。目前，油氣井溫度測量的主要儀器由于電阻式溫度儀、石英晶體溫度傳感器以及熱電偶溫度儀。電阻式溫度儀的基本原理就是電阻值隨溫度變化而變化，通過阻值的變化程度來反映井下溫度情況。這些常規(guī)的井下溫度測量儀器普遍存在幾個缺點：一是測量速度較慢，測速一般低于600m/h。二是測溫傳感器移動會對井下溫度場分布造成一定影響。三是穩(wěn)定下差，無法在高壓高溫環(huán)境下長期作業(yè)。壓力測量的主要儀器有應變壓力計和石英壓力計。其在測量中存在的缺點和測溫計基本一樣。基于光纖傳感技術(shù)的FBG光纖溫壓傳感器、EFPI光纖溫壓傳感器等，安裝簡易，抗擾能力強，工作穩(wěn)定性好，非常適宜于井下溫壓測量。

2.2伽馬射線測量

伽馬射線是一種油氣井監(jiān)測中最基本的測量方法之一，其將地層自然放射作為測井基礎(chǔ)，利用伽馬射線對井下進行測量。地層之中的伽馬射線是處在動態(tài)變化的狀態(tài)中的，在油氣井被不斷開發(fā)的過程中，地層中的發(fā)射物質(zhì)也在不斷被運出，造成油氣井下出現(xiàn)發(fā)射性異常。傳統(tǒng)的測量方法是以NaI晶體為主的傳感器，其零部件配置十分昂貴，而且會受到諸多外部因素的影響，致使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差，測井效果無法達到期望水平。而且，由于井下環(huán)境惡劣，該儀器中的光電倍增管壽命較短，無形之中加大了測井成本。

基于光纖傳感技術(shù)的激光光纖核傳感器是一種新穎的測井技術(shù)，它綜合了光纖傳感器和光纖傳輸，利用光致發(fā)光以及光致?lián)p耗等基本原理，達到測井目的。跟傳統(tǒng)的測井儀器相比，激光光纖傳感器具有更加明顯的優(yōu)勢，比如數(shù)據(jù)容量大、傳輸速度快；穩(wěn)定性良好，不會受到其他儀器發(fā)出的信號干擾；能夠有效延長光電倍增管的使用壽命，降低測井成本；可以改變傳感頭的布置方式，實現(xiàn)多點探測。

三、實際應用

光纖傳感器技術(shù)在油氣井監(jiān)測中具有十分重要的作用，其應用也十分廣泛。

第一，可以利用DTS數(shù)據(jù)監(jiān)測二氧化碳和水的交替注入。對趨于枯竭的碳酸鹽儲層使用二氧化碳和水交替注入，可以提高生產(chǎn)量。在剛開始進行注入的時候，出水率能夠達到97%。在經(jīng)過一段時間后，油氣井上部溫度產(chǎn)生變化，引起出油量大幅上升。但是如果油氣井上部溫度沒有發(fā)生變化，則說明水和二氧化碳注入并沒有涉及到這些層段。所以，在每層的產(chǎn)量開始下跌之前，可以對油氣井上部層段進行封閉，調(diào)整油氣井下部層段壓力，維持井下作業(yè)穩(wěn)定。

第二，監(jiān)測井下注入水突破。一口新井一般是從下部和上部兩個層段同時進行產(chǎn)油，通過光纖傳感器，可以清楚監(jiān)測到油氣井下部層段出現(xiàn)了明顯的溫度下降。下部層段出現(xiàn)溫度驟降的原因是鉆井液侵入或注入水突破，導致產(chǎn)出液的含水率成為100%，即說明井下產(chǎn)油作業(yè)沒能產(chǎn)油。通過監(jiān)測就可以及時發(fā)現(xiàn)這一問題，并且制定相應的措施。

第三，監(jiān)測井下酸化壓裂。一般來說，一口油氣井的上部層段枯竭后，下部層段基本還基本處于原始油藏壓力。對砂巖層段進行酸化壓裂設(shè)計，通過DTS系統(tǒng)對相關(guān)作業(yè)進行監(jiān)測，對處理部位進行實時顯示，以便對壓裂順序、壓裂規(guī)模以及泵的排量進行及時調(diào)整。同時對調(diào)整結(jié)果進行監(jiān)測，確定調(diào)整方案的效果以便進行二次優(yōu)化。

結(jié)束語

光纖傳感器最大的優(yōu)點就是工作穩(wěn)定、抗干擾能力出眾，能夠在較為惡劣的環(huán)境下進行工作?？梢詫τ蜌饩聹囟取⒘黧w、壓力等多個方面的內(nèi)容進行監(jiān)測，可以促進油氣井開發(fā)相關(guān)工作，具有非常廣闊的發(fā)展空間。

（作者單位：1、中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)夏子街采油站，2、中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)烏爾禾采油站，3、中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)SAGD采油一站。）

作者簡介

趙軼，1985年4月生，男，籍貫：河南省柘城縣；工作單位：中國石油新疆油田公司風城油田作業(yè)區(qū)夏子街采油站；夏子街采油站地質(zhì)組組長，助理工程師；文學學位，工學學位；研究方向：油藏地質(zhì)。