分布式光纖產(chǎn)氣剖面測井技術研究應用

王瑞強

摘要：當前頁巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測井儀存在下井難的問題，無法準確測量不同產(chǎn)層產(chǎn)氣量，文章通過大量的實踐研究、不斷的攻關，逐漸探索出一套分布式聲波光纖產(chǎn)出剖面測井技術，從而有效解決和改善該項重點難題，中油測井在某油田黃金壩頁巖氣進行了首次頁巖氣水平井分布式光纖產(chǎn)氣剖面測井實驗任務，且獲得了精準的測井數(shù)據(jù)，為油田工業(yè)深入開發(fā)頁巖氣資源提供了基礎技術支持。

關鍵詞：頁巖氣;分布式光纖;產(chǎn)出剖面

前言：對頁巖氣儲層產(chǎn)氣能力產(chǎn)生影響的因素是非常多的，除了施工壓裂方面的因素之外，也和地質(zhì)環(huán)境因素密切相關，為了提高頁巖氣資源的開發(fā)效率和質(zhì)量，就必須要全面了解不同產(chǎn)層的實際產(chǎn)氣量。文章主要以分布式光纖測井技術為基礎，利用光纖作為主要的傳輸介質(zhì)和傳感器，分為多個生產(chǎn)制度對井下產(chǎn)層的溫度、聲波數(shù)據(jù)進行測量，再用相應的專業(yè)軟件進行處理，并獲取不同產(chǎn)層的實際精準產(chǎn)氣量。中油測井公司為此進行了頁巖氣水平井分布式光纖產(chǎn)氣剖面測井實驗任務，并獲得精準的數(shù)據(jù)，為油田事業(yè)的進一步開發(fā)與研究提供了有力的技術支持。

1.概念簡述

1.1一般測井技術發(fā)展現(xiàn)狀與特點

當前，水平井產(chǎn)出剖面測井系列主要包括以下幾種：FSI與MAPS陣列生產(chǎn)測井儀，F(xiàn)SI測井系列主要包含微轉(zhuǎn)子流量計、測量、光學與電阻傳感器，主要用于測量分層流體的實際流速、持氣率與持水率的實際參數(shù)。MAPS測井系列主要包含陣列式電阻持率、陣列式電容持率以及陣列式渦輪流量。在測井過程中，需要通過不同測速上下移動電纜測量不同的曲線。井口壓力比較大的生產(chǎn)井，在實際測量過程中，應當采用相應的密封脂對其進行密封，活動電纜對密封會產(chǎn)生一定的負面影響，不能長時間分生產(chǎn)制度完成測井任務，一般測井系列一起具有一定的外徑，如果使用油管或者是比較小的套管所生產(chǎn)的井，是不能使用常規(guī)測井系列進行測井的，對于大部分的水平井而言，一般測井系統(tǒng)是無法覆蓋所有測量段的[1]。

1.2分布式光纖測井技術發(fā)展現(xiàn)狀與特點

分布式光纖測井通常采用光纖所具有的一維特性進行測量，這樣能夠同時獲取時間實時變化狀態(tài)下的測井信息，可以在整段光纖長度中對光纖分布的環(huán)境參數(shù)進行持續(xù)測量。光纖傳感器與光纖傳輸通常具備一定的抗電磁干擾、抗腐蝕性，能夠在相對惡劣的環(huán)境下工作，其靈敏度比較高，信息量非常大，體積非常小，重量輕，可撓曲，便于進行復用測量與對被測介質(zhì)產(chǎn)生的影響小等特點，是非常適用于油田開發(fā)測井的實際需求的。在實際測井過程中，分布式光纖測井技術容易下井，對于超長水平段井，其測井成功率也非常高，可勝任比較小生產(chǎn)井的實際測井需求，因為分布式光纖測井不會移動，能夠最大程度上滿足不同生產(chǎn)制度下的實際測井需求。

2.分布式光纖測井原理

2.1散射與溫敏原理

固體當中的光學聲子、分子振動和激發(fā)光之間相互作用，所產(chǎn)生的非彈性散射便是喇曼散射，其光強度和溫度之間有著密切的關聯(lián)。散射光當中，不僅有和激發(fā)光的實際波長相同的彈性成分之外，存在的斯托克斯光散射比激發(fā)光波長，反斯托克斯光散射比激發(fā)光波長短，這便是喇曼效應[2]。

2.2布里淵散射

布里淵散射指的是光在不均勻介質(zhì)當中傳播和發(fā)生的散射現(xiàn)象，其強度和頻率與入射光都會發(fā)生變化，光在通過光纖的時候，光子與光纖當中的熱運動，聲子之間會產(chǎn)生非彈性碰撞，出現(xiàn)布里淵散射，散射光的實際頻率與入射光的頻率相比較，發(fā)生了一定的變化，變化大小和散射角、光纖的材料有一定的關系，如折射率、密度以及泊松比等。

2.3分布式光纖溫度測量

光纖溫度的測量主要源于光纖當中所傳播的光和光纖介質(zhì)周邊的溫度有著直接的關系，光纖溫度測量的主要原理是根據(jù)光纖的反射原理與光纖背向喇曼散射溫度的敏感效應。光纖在實際傳輸過程中，當光脈沖由光纖的一端射向光纖時，光脈沖會沿著光纖的方向向前傳播，再者，光纖的每一個不同點也會產(chǎn)生反射，部分反射光和入射光的方向正好相反，被稱之為背向，這樣的背向反射光的實際強度和周圍溫度之間有關聯(lián)性;反射點的實際溫度越高，其反射的光強度也就越大，所測出的反射光強度能夠計算出反射點的實際溫度。

在測量過程中，光纖會存在彎曲、不穩(wěn)定以及接頭耗損等不足和缺點，所以，采用雙通道雙波長比較法對其實際溫度進行測量，具體操作如下，分別采集反射光當中的斯托克斯與反斯托克斯散射，之后通過兩者光強強度比值得出溫度信號，并充分全面考慮反斯托克斯散射光對溫度的敏感度，所以將反斯托克斯散射光作為信號通道。

2.4BOTDR聲波測量原理

分布式光纖聲波測量主要是由測定入射光后向布里淵散射光的實際參數(shù)變化來實現(xiàn)的，布里淵散射頻率移動與強度和光纖材料的聲速有著直接的關系，聲速也會受到光纖材料彈光特性與熱光特性的影響，所以，光纖當中的溫度與變化也會導致引起布里淵散射頻移與實際的強度變化。光纖環(huán)境聲波會導致引起光纖的變化，通過相應的測量數(shù)據(jù)，最終達到光纖測量聲波與聲速的目的。

2.5分布式光纖定位測量原理

光脈沖在進入到光纖之后開始計時，發(fā)射端所收到散射回波信號的時候，也能夠說明該處的信號是由距發(fā)射端處的光纖所產(chǎn)生的。只有接收端的頻率足夠高，且采樣的時間相對比較小，就能夠得到光纖的實際信號值，從而達到分布式測量的最終目的。

3.分布式光纖產(chǎn)氣剖面測井技術具體流程

（1）地面設備：地面設備的主要裝備便是激光接收器和激光發(fā)射器。

（2）井下儀器：單芯光纜主要是以1米分辨率進行連續(xù)性的探測與定位，其長達40公里的光纖逐漸轉(zhuǎn)變成為多個傳感器，頻率的范圍<5Hz。

（3）為了最大程度上保障井底的壓力對光纖不會造成損害，在連續(xù)的油管底部主要采用的是專用的密封部件對其進行密封，保障地面轉(zhuǎn)動部件不會對光纖造成損害，采用密封裝置對光纖進行固定。分布式溫度傳感器和聲波傳感通常會進行組合使用，分布式聲波傳感器主要采用的是單模的光纖，如果條件允許的情況下，可采用更多模光纖，分布式的溫度傳感器主要采用的是多模光纖，且不會受到溫度因素的影響[3]。

（4）4.結(jié)束語

分布式光纖產(chǎn)出剖面測井技術能夠高效解決頁巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測井獲取資料難的問題，且測井成功率比較高，所測量的不同產(chǎn)層產(chǎn)氣量也會更加的精準，分布式光纖測井技術也為巖氣區(qū)塊的高效開發(fā)與利用提供了基礎技術支持。

參考文獻：

[1]秦羽喬，石文睿，石元會，等.涪陵頁巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測井技術應用試驗[J].天然氣勘探與開發(fā)，2016（4）.42-43

[2]杜磊.某氣田水平井產(chǎn)氣剖面測井技術應用[J].當代化工，2019，48（7）.33-34

[3]楊政海，陳國偉，陳真.蘇里格氣田水平井產(chǎn)氣剖面測井技術及應用[J].化工管理，2019（23）.11-12