渤海油氣田光纖式井下壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

周海軍 黃佳

摘? 要：針對渤海油氣田高溫高壓井以及大斜度井生產(chǎn)測試?yán)щy的問題，研發(fā)出了一套光纖式壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其井下傳感器、光纜以及可集成、模塊化的地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，便于多井同時集中監(jiān)測。高精度、高可靠性、耐高溫/高壓/高腐蝕的特點可以解決超高溫井、電加熱井和注熱井等的測壓、測溫難題，同時形成了一套海上油氣田光纖測試系統(tǒng)的安裝工藝。

關(guān)鍵詞：海上油氣田;光纖傳感器;測溫測壓

0? ? 引言

壓力和溫度是油氣資源開發(fā)中的基本油藏工程參量，其實時、高精度測量對于確定油層的位置、厚度、含水層的深度以及確定注水/汽層作業(yè)等具有重要意義。傳統(tǒng)的電子式或氣動平衡式壓力傳感器由于在高溫環(huán)境下存在漂移大、精度低和壽命短等問題，難以滿足井下永久性監(jiān)測的需要。光纖傳感測量較傳統(tǒng)電—機(jī)械類傳感器有其獨特的優(yōu)點，例如重量輕、體積小、抗電磁干擾、本質(zhì)安全、耐高溫、耐腐蝕并具有極高的靈敏度和分辨率，非常適用于油井下惡劣工業(yè)環(huán)境的多種參數(shù)的測量。因此，開發(fā)一種價格低廉、適用于高溫高壓以及水平井的壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)，永久安裝于井下進(jìn)行長期監(jiān)測，可靠地為油藏分析提供準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)，顯得尤為重要。

1? ? 溫度壓力傳感器[1]

溫度傳感器采用FBG（光纖布拉格光柵）測溫系統(tǒng)，激光刻柵后的光纖位置封裝在石英毛細(xì)管中，兩端激光焊接封裝（圖1）。

壓力傳感器通過全熔融石英結(jié)構(gòu)的微型F-P腔（法布里-佩羅干涉）光纖壓力敏感元制作，結(jié)合光纖F-P腔腔長精確解調(diào)技術(shù)，實現(xiàn)了耐高壓密封并保持了良好的光學(xué)性能。

光纖式溫壓傳感器技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2? ? 光纜

2.1? ? 鎧裝光纜

光纖由兩層不銹鋼管封裝，內(nèi)層不銹鋼管通過阻氫油膏對光纖進(jìn)行密封，兩層鋼管之間為鋁填充層，鎧裝光纖[2]實現(xiàn)耐壓138 MPa（20 000 psi），耐溫300 ℃。

2.2? ? 保護(hù)器

光纜下井需要可靠的光纜保護(hù)器（圖2）來支撐、固定和保護(hù)，以防止管柱在下井過程中因沖擊、拉扭等造成光纜損壞。

3? ? 信號傳輸

地面光譜解調(diào)儀發(fā)出1 510～1 590 nm的連續(xù)波長掃描激光，激光經(jīng)過信號光纖傳遞到井下的F-P腔壓力傳感器和FBG溫度傳感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光譜，反射光譜將攜帶傳感器附近的壓力和溫度信息沿同一條光纖傳回解調(diào)儀，通過全光譜TDM時分復(fù)用技術(shù)，從光纖FBG測溫和光纖F-P腔測壓復(fù)合光譜信號中分離溫度和壓力信號，進(jìn)行高精度解調(diào)測量，并由解調(diào)儀將光譜信號發(fā)送給計算機(jī)，計算機(jī)按照解調(diào)程序計算出井下的壓力和溫度值，并按需要的數(shù)據(jù)庫格式進(jìn)行實時顯示、存儲或遠(yuǎn)程發(fā)送。

4? ? 測溫測壓系統(tǒng)應(yīng)用

4.1? ? 多模式測溫測壓系統(tǒng)

光纖測溫測壓系統(tǒng)具有單井單點測壓模式、多井單點測溫測壓模式（解調(diào)儀具有16通道擴(kuò)展模塊，可同時對16口井的光纖信號進(jìn)行集中解調(diào)）、單井多點測溫測壓模式（采用多芯光纖，一芯可連接一個傳感器，最多串聯(lián)4個傳感器）。

4.2? ? 準(zhǔn)分布式測溫系統(tǒng)

單芯光纖可串聯(lián)20個FBG溫度傳感器，封裝于不銹鋼管中，不增加地面解調(diào)設(shè)備，能夠測量井內(nèi)多個位置的溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)準(zhǔn)分布溫度測量[3]。

4.3? ? 光纖測試方式與其他測試方式的比較

光纖測試方式與其他測試方式的對比情況如表2所示。

5? ? 結(jié)論

（1）研制出了適用于海上油氣井高壓、高溫環(huán)境的壓力傳感器和溫度傳感器。

（2）研究出了適用于海上油氣井的光纖式溫度、壓力傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)了多參數(shù)、多傳感器分布實時監(jiān)測，實現(xiàn)了測井?dāng)?shù)據(jù)的連續(xù)存儲和遠(yuǎn)程傳輸。

（3）設(shè)計、選用適用于海上測井的耐高壓、耐高溫、耐腐蝕的光纖和鎧裝保護(hù)結(jié)構(gòu)，研究光纖密封保護(hù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括穿過封隔器、油管頭、井口采油樹的密封接頭。

（4）研究出光纖測試系統(tǒng)的海上安裝工藝。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張向林，陶果，劉新茹.光纖傳感器在油田開發(fā)測井中的應(yīng)用[J].測井技術(shù)，2006，30（3）：267-268.

[2] 邰洪峰，張春熹，劉建勝.耐高溫光纖光纜在測井領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國外測井技術(shù)，2008，23（1）：33-36.

[3] 李政穎，周祖德，童杏林，等.高速大容量光纖光柵解調(diào)儀的研究[J].光學(xué)學(xué)報，2012，

32（3）：60-65.

[4] 王民軒，王世杰，劉殷韜.毛細(xì)管測壓技術(shù)及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，1998（2）：3-5.

收稿日期：2020-06-18

作者簡介：周海軍（1981—），男，重慶人，碩士研究生，工程師，研究方向：海上油氣田增產(chǎn)增注技術(shù)。