光纖傳感器在石油行業(yè)中的應用

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1、光纖傳感器在石油行業(yè)中的應用　　光纖傳感器在測井中得到了廣泛的應用。到目前為止光纖傳感器已經能夠進行井下參數(shù)(壓力、溫度、多相流)的監(jiān)測、聲波監(jiān)測、激光光纖核測井等，有一部分光纖測井技術已經商業(yè)應用。本文綜述了光纖傳感器在石油測井中的最新研究與應用進展，最后指出了光纖測井的應用前景?！　∫?、前言　　光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型傳感技術，國外一些發(fā)達國家對光纖傳感技術的應用研究已取得豐碩成果，不少光纖傳感系統(tǒng)已實用化，成為替代傳統(tǒng)傳感器的商品。　　在油田的開發(fā)過程中

2、，人們需要知道在產液或注水過程中有關井內流體的持性與狀態(tài)的詳細資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準確性是至關重要的，而傳統(tǒng)的電子基傳感器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。光纖傳感器可以克服這些困難，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)，同時，光纖傳感器具有分布式測量能力，可以測量被測量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據(jù)空間極小[2~11]。　　光纖傳感

3、器在地球物理測井領域取得了長足的進步，全世界各大石油生產公司、測井服務公司以及各種光纖傳感器研發(fā)機構和企業(yè)都參加了研究、開發(fā)過程。為了開拓光纖傳感器的應用領域，本文綜述了光纖傳感器在地球物理測井領域的研究與進展，希望其研究能夠對進一步提高石油開發(fā)的水平作出貢獻?！　《?、光纖傳感器在測井上的研究進展　　1、儲層參數(shù)監(jiān)測　　(1)壓力監(jiān)測　　由于開發(fā)方案的需要，對油藏壓力的管理需要特別謹慎，這樣做的目的是減少因在低于泡點壓力的狀態(tài)下開采所造成的原油損失，減少在注氣過程中因油藏超壓將原油擠入含水層所造成的原油損失

4、。傳統(tǒng)的井下壓力監(jiān)測采用的傳感器主要有應變壓力計和石英晶體壓力計，應變式壓力計受溫度影響和滯后影響，而石英壓力計會受到溫度和壓力急劇變化的影響。在壓力監(jiān)測時，這些傳感器還涉及安裝困難、長期穩(wěn)定性差等問題。井下光纖傳感器沒有井下電子線路、易于安裝、體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點，而這些正是井下監(jiān)測所必需的?！　∶绹鳦iDRA公司的在光纖壓力監(jiān)測研究方面處于前沿，他們的科研人員發(fā)現(xiàn)了布喇格光纖光柵傳感器對壓力的線性響應。已開發(fā)的傳感器能夠工作到175oC，200oC和稍高溫度的產品正在開發(fā)，250oC是研發(fā)的下一個

5、目標。不同溫度和壓力下的壓力測量誤差，在測試范圍(0MPa~34.5MPa)內，均小于±6.89kPa，相當于電子測量系統(tǒng)的最好的水平。目前，CIDRA公司的光纖壓力傳感器的指標為：測程0~103MPa，過壓極限129MPa，準確度±41.3kPa，分辨率2.06kPa，長期穩(wěn)定性±34.5kPa/yr(連續(xù)保持150oC)，工作溫度范圍25oC~175oC。1999年該公司在加利福尼亞的Baker油田進行了壓力監(jiān)測系統(tǒng)的試驗，結果表明該系統(tǒng)具有非常高的精度，目前已經交付商業(yè)銷售。2001年該公司的壓力傳感

6、器在英國BP公司的幾口井下安裝，監(jiān)測應力變化，結果表明其具有足夠的可靠性。　　美國斯倫貝謝油田服務公司Doll研究中心的TsutomuYamate等人對用布喇格光纖光柵傳感器實行井下監(jiān)測進行了長期的研究，他們研制成一種對溫度不敏感的側孔布喇格光纖光柵傳感器，最高工作溫度為300oC，最高測量壓力82MPa，在最高測量壓力下，對溫度的靈敏度極小，可以適用于井下的壓力監(jiān)測?！　?2)溫度監(jiān)測　　分布式光纖溫度傳感器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)測生產和油層的新途徑的潛力。因為井的溫度剖面的

7、變化可以與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測量某個點的溫度，要測試全范圍的溫度，點式傳感器只能在井中來回移動才能實現(xiàn)，不可避免地對井內環(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)域內來回移動，能保證井內的溫度平衡狀態(tài)不受影響。而且由于光纖被置于毛細鋼管內，因此凡毛細鋼管能通達的地方都可進行光纖分布式溫度傳感器測試?！　∽顝V泛地應用于井下監(jiān)測應用的光纖傳感器之一就是喇曼

8、反向散射分布式溫度探測器，這種方法已經在測量井筒溫度剖面(特別是在蒸汽驅井)中，得到了廣泛的應用。分布式溫度傳感器要綜合考慮測量的點數(shù)和連接器衰減，遇到的問題和解決方法為：　　a.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連接器的性能；　　b.井下安裝時容易損壞，解決的方法為配備熟練工人、光纖傳感器需要外部保護層、減小應力(包括射孔和溫度引起的應力)。對于光