光纤通信在石油行业中的应用

“在油田旳开发过程中,人们需要懂得在产液或注水过程中有关井内流体旳持 性与状态旳具体资料,这就要用到石油测井,其可靠性是至关重要旳, 而老式旳电子基传感器无法在井下恶劣旳环境诸如高温、高压、腐蚀、地磁地电 干扰下工作。光纤传感器可以克服这些困难,其对电磁干扰不敏感并且能承受极 端条件,涉及高温、高压(几十兆帕以上)以及强烈旳冲击与振动,可以高精度地 测量井筒和井场环境参数,同步,光纤传感器具有分布式测量能力,可以测量被 测量旳空间分布，给出剖面信息。并且，光纤传感器横截面积小，外形短，在井筒中占据空间很小。

光纤传感器在测井上的研究进展

1、储层参数监测(1)压力监测

由于开发方案的需要，对油藏压力的管理需要特别谨慎，这样做的目的是减少因在低于泡点压力的状态下开采所导致的原油损失，减少在注气过程中因油藏超压将原油挤入含水层所导致的原油损失。老式的井下压力监测采用的传感器重要有应变压力计和石英晶体压力计，应变式压力计受温度影响和滞后影响，而石英压力计会受到温度和压力急剧变化的影响。在压力监测时，这些传感器还波及安装困难、长期稳定性差等问题。井下光纤传感器没有井下电子线路、易于安装、体积小、抗干扰能力强等长处，而这些正是井下监测所需的。

(2)温度监测

分布式光纤温度传感器具有通过沿整个完井长度持续性采集温度资料来提供一条监测生产和油层的新途径的潜力。由于井的温度剖面的变化可以与其他地面采集的资料(流量、含水、井口压力等)以及裸眼测井曲线对比，从而为操作者提供有关出目前井下的变化的定性和定量信息。老式的测温工具只能在任何给定期间内测量某个点的温度，要测试全范畴的温度，点式传感器只能在井中来回移动才干实现，不可避免地对井内环境平衡导致影响。光纤分布式温度传感器的优势在于光纤不必在检测区域内来回移动，能..井内的温度平衡状态不受影响。并且由于光纤被置于毛细钢管内，因此凡毛细钢管能通达的地方都可进行光纤分布式温度传感器测试。广泛地应用于井下监测应用的光纤传感器之一就是喇曼反向散射分布式温度探测器，这种措施已经在测量井筒温度剖面(特别是在蒸汽驱井)中，得到了广泛的应用。分布式温度传感器要综合考虑测量的点数和连接器衰减，遇到的问题和解决措施为:

a.光纤以及连接器对信号的衰减问题，解决的措施为尽量减少连接器的数目、采用布喇格光纤光栅传感器以及改善连接器的性能;

b.井下安装时容易损坏，解决的措施为配备纯熟工人、光纤传感器需要外部保护层、减小应力(涉及射孔和温度引起的应力)。对于光纤分布式温度传感器系统，英国 Sensa 公司始终处在技术优先地位，有一系列产品问世，并且与各大石油公司合伙，踊跃摸索光纤分布式温度传感器在石油井下的应用。CiDRA公司也始终在研究光纤温度传感器，目前该公司的温度传感器技术指标为:测量范畴 0℃~175℃,***度土1℃,辨别率 0.1℃，长期稳定性土1℃/vr(150℃下持续使用)。目前的光纤温度、压力传感器的着重的缺陷之一就是温度压力交叉敏感特性，如何消除或者运用这种交叉敏感特性是研究的热点。

(3)多相流监测

为了做好油藏监控和油田管理，核心的环节是获得生产井和注水井稳定可信的总流量剖面和各相流体的持率。然而，大多数油井分层开采，每层含水量不同，并且有时流速较大，给运用常规生产测井设备测量和分析油井的生产状况带。来了巨大的困难。液体在油管中的摩阻和从油藏中向井筒内的喷射使得压差密度仪器无法***测量，电子探头更是无法探测到液体中的小油气泡。光纤测量多相流有两种措施，***种是美国斯伦贝谢公司的持气率光纤传感仪，该仪器能直接测量多相流中持气率。其四个光纤探头均匀地分布在井筒的横剖面中，其空间取向方位可用一种集成化的相对方位传感器***测量，在气液混合物中，通过探头反射的光信号来拟定持气率和泡沫数量(这两者与气体流量有关联)。此外，运用每个探头的测量值来建立一种井中气体流动的图像，这些图像资料特别合用于斜井和水平井，可以更好地理解多相流流型以及解释在倾斜条件下这些流型固有的相分离。近来，这种仪器已在..各地成功地进行了测井实验。它提供的资料能直接测定和量化多相混合物中气体和液体，能诊断井眼问题，并有助于生产调节。仪器通过了三口井的现场测试。第2种是通过测量声速来拟定两相混合流的相组分，由于混合流体的声速与各单相流体的声速和密度具有有关性，而这个有关性普遍存在于两相气/液和液/液混合流体系统中，同步也合用于多相混合流系统。根据混合流体的声速拟定各相流体的体积分数，就是测量流过流量计的各单相体积分数(即持率测量)。某***体相持率与否等于该相流动体积分数，取决于该相相对于其他相与否存在严重的滑脱现象。对于不存在严重滑脱的油水两相混合流系统，可以用均匀流动模型进行分析:对于存在严重滑脱现象的流动状态，则须应用更..的滑脱模型来解释流量计测量的数据，才干***地拟定各相的流量。经流动循环实验表白:对于油水混合流体，流量计的长波长声速测量可以拟定各相体积分数(即持率)，而不受流动非均质性(如层状流动)昀影响。

2、声波测量

与过去相比，勘探开发公司如今面临更大的风险和更复杂的钻井环境，因此获得***的地层构造图和油藏机理具有重要意义。目前使用的地震测量措施，如拖曳等浮电缆检波器组、临时海底布放地震检波器和井下电缆布放地震检波器等，能提供目的产油区域的测量，但这些措施具有相对高的作业费用，不能下入井内或受环境条件的限制等，并目提供的图像不多方面、不持续，辨别率不是很高，大此难于实现持续实时油藏动态监测。基于光纤井下地震检波器系统可以解决这些问题，它能提供整个油井寿命期间***高辨别率四维油藏图像，很大以便了油藏管理。这种井下地震加速度检

波器能接受地震波，并将其解决成地层和流体前缘图像。***井下光纤3分量地震测量具有高的敏捷度和方向性，能产生高精度空间图像，不仅能提供近井眼图像，并且能提供井眼周边地层图像，在某些状况下测量范畴能达数千英尺。它在油井的整个寿命期间运营，能经受恶劣的环境条件(温度达175℃，压力达100MPa)，且没有可移动部件和井下电子器件，被封装在直径2.5cm的保护外壳中，能经受强的冲击和振动，可安装到复杂的完井管柱及小的空间内。此外，该系统还具有动态范畴大和信号频带宽的特点，其信号频带宽度为3Hz~800Hz，能记录从很低到很高频率的等效响应。

3、激光光纤核测井技术

激光技术和光纤技术可以用于研制井下传感器,用于在充有原油和泥浆等非透明流体的井中进行测井。对于激光光纤核传感器的研究在国外比较盛行，美国、德国、俄罗斯和比利时等国均有大量的有关研究论文。激光光纤核传感器是在光纤通信和光纤传感器的基础上产生的,它运用了光致损耗和光致发光等物理效应，比常规核探测器具有更多的优越性，是典型的学科交叉。光纤核测井技术，事实上就是在特定的环境下的核探测技术，其典型的长处为:

(1)可以针对不同的核探测的能级范畴，研制在该范畴的敏感探头。

(2)由于应用了光致发光效应，可使探头位于千米的井下，而光电倍增管由传播光缆相连置于井上，远离了恶劣的井下环境(高温高压)，从而延长其的使用寿命。

(3)光纤具有高速率、大容量传播能力，还能搭载其他井下仪器信号。然而，激光光纤核探测器也有缺陷，重要表目前耐高温和承受高压的保护涂层、传播光缆的机械强度以及耐辐射的传播光缆低衰减损耗。

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