摘要:光纤传感测试系统具有良好的温度性能,在不影响原始温度场、压力场分布,及油田正常生产的情况下,可以实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量。尤其是光纤永久测量技术以其独特的安装方式,可以对水平井进行实时监测,解决以往水平井测量难的问题,从而实现直井、大斜度井、水平井的实时测试。本文主要介绍了光纤光栅传感技术、F-P腔传感技术、光纤分布测温技术,并就其技术原理、构建方法及其在某油田的应用情况进行了综合评述。
关键词:稠油热采技术;井下永久传感器技术;光纤传感技术;光纤分布测温
Abstract:The optical sensing system has good temperature performance, without prejudice to the original temperature, pressure distribution, and oil field under normal production conditions, can achieve real-time multi-point temperature, pressure, or continuous rapid measurement of temperature distribution. In particular, fiber-optic measurement techniques for permanent installation of its unique approach to real-time monitoring of horizontal wells, horizontal wells in the past to solve difficult measurement problems, in order to achieve vertical wells, deviated wells, horizontal wells, real-time test. In this paper, fiber Bragg grating, F-P cavity sensor technology, fiber optic distributed temperature measurement technology and its technical principles, construction methods and their application in a field were reviewed.
Key words:heavy oil thermal recovery technologies; downhole permanent sensor technologies; optical fiber sensing technology; fiber distributed temperature
光纤传感技术是以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。光纤传感器既可以直接传感温度和应变,也可以实现与温度和应变有关的其他许多物理量和化学量的间接测量。除具有抗电磁、抗腐蚀、耐高温、重量轻等优点外,光纤传感器还有其独特的优点:探头结构简单,尺寸小,易于与光纤耦合,耦合损耗小;光信号传输过程中失真、畸变、误差小,不产生也不受磁干扰;使用环境温度范围宽;集传感与传输于一体且具有更强的复用能力,易于构成传感网络;测量对象广泛,易于实现多参数传感测量等等。正是由于这些独特的优点,使得光纤传感器已成为目前最具有发展前途,最具有代表性的光纤无源器件之一,其应用领域也日渐扩展。
目前,油田已经进入中后期开发阶段,面临油层参数变化大,油层含水率高,早期的测井资料不能满足开发方案调整需要等突出矛盾,大量的剩余油有待于进一步开采,同时对实时动态监测技术也提出了新的需求。井下永久传感器技术是将传感器长时间的放置在井中,实时监测地层性质的变化,可以为油气田开发提供动态实时的地层信息,从而为油气资源的管理和提高油气采收率提供了一种新的技术手段,受到油公司和服务公司的普遍重视。
1光纤传感器测试原理
1.1FBG光纤光栅传感原理
用激光干涉条纹侧面辐照掺杂光纤可在光纤的内部制作光纤Bragg光栅,当光栅周围的温度、应力或其他待测量发生变化时,会使光栅的周期或纤芯折射率发生变化,从而导致Bragg反射峰值波长发生漂移,通过检测Bragg反射峰值波长的漂移量,即可获得待测量的变化情况。
1.2分布式测温原理
分布式温度传感技术是一种用于实时测量空间温度场分布的传感技术。该技术利用光时域反射原理、激光喇曼光谱原理,经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大并将温度信息实时地计算出来。
光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射原理以及光纤的后向喇曼散射温度效应。 2现场应用情况
通过对传感器的实验室内测试,模拟环境下的测试后,
进行了多口油井内温度压力测试试验,同时进行了分布式测温。
某井为汽驱油田未射孔观察井,井内压力为液柱压力。由于周围有注蒸汽井存在,从测试曲线上可以看出在960 m～980 m间为一注汽层,层内温度最高达237 ℃。将传感器测试和分布式测试结果比较,可得温度越高分布式测量结果出现温度飘移越严重。因此如果采用光纤分布式测温技术,必须对分布测温数据进行温度校正。
在胜利油区某井进行了3点温度、压力的现场实验,测量分12次进行,时间间隔为3 d,压力、温度传感器封装在一起,形成温度、压力传感器对。传感器对所处深度分别为:1号传感器对固定在井内1 635 m处,2号传感器对固定在井内1 642 m处,3号传感器对固定在井内1 655 m处。
1号传感器温度测量值变化范围为135.4 ℃～136.1 ℃,波动范围0.7 ℃,2号传感器测量值变化范围为141.7 ℃～141.8 ℃,波动范围为0.1 ℃,3号传感器温度测量值变化范围为132.0 ℃～132.5 ℃,波动范围为0.5 ℃。
1号传感器压力测量值变化范围为11.45 MPa～11.44 MPa,波动范围0.01 MPa,2号传感器测量值变化范围为11.51 MPa～11.53 MPa,波动范围为0.02 MPa,3号传感器压力测量值变化范围为11.63 MPa～11.66 MPa,波动范围为0.03 MPa。
3应用效果
光纤传感器因其抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、复用能力强、传输距离远、耐腐蚀等特征,成为国内外研究的热点和学科前沿问题。在进一步解决多量交叉灵敏问题,降低信号的解调成本和提高精度的同时,结合石油工业的特点从制作结构和工艺,制造出性能稳定、性价比高的石油传感仪器。目前这些具有潜力和市场前景的可实用化技术研究都正在进行当中。光纤分布式测温系统,则给出了油井纵向分辩率较高的温度测试结果。
稠油开采正处在从蒸汽吞吐到其他开采方式转换的关键时刻,无论是蒸汽驱、SAGD还是其他方式,已经不是依靠单一技术所能解决的,必须依靠多种复合技术的联合攻关,同时必须加强监测技术在石油开采中的应用,从而合理优化油藏开采方案,提高油藏的采收率和开采效率,降低开采成本。
到目前为止,还没有一种成本低廉、行之有效的解决水平井段监测的手段。通过安装永久式(套管和筛管外安装)和固定式(油管捆绑和空心油管输送)的光纤温度、压力监测系统不仅能测量直井段和水平段的温度、压力分布及变化情况。而且可以通过稳态到动态的瞬态温度、压力变化,并结合其他常规测试数据,计算吸气剖面和产液剖面。对于了解水平井的温度场分布,确定水平段注气情况,延长水平井的生产周期十分有效。
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