稠油熱采中光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用介紹

孫 杰

（勝利油田現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000）

光纖傳感技術(shù)是以光為載體、光纖為媒質(zhì)、感知和傳輸外界信號（被測量）的新型傳感技術(shù)。光纖傳感器既可以直接傳感溫度和應(yīng)變，也可以實現(xiàn)與溫度和應(yīng)變有關(guān)的其他許多物理量和化學(xué)量的間接測量。除具有抗電磁、抗腐蝕、耐高溫、重量輕等優(yōu)點外，光纖傳感器還有其獨特的優(yōu)點：探頭結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于與光纖耦合，耦合損耗小；光信號傳輸過程中失真、畸變、誤差小，不產(chǎn)生也不受磁干擾；使用環(huán)境溫度范圍寬；集傳感與傳輸于一體且具有更強的復(fù)用能力，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)；測量對象廣泛，易于實現(xiàn)多參數(shù)傳感測量等等。正是由于這些獨特的優(yōu)點，使得光纖傳感器已成為目前最具有發(fā)展前途，最具有代表性的光纖無源器件之一，其應(yīng)用領(lǐng)域也日漸擴展。

目前，油田已經(jīng)進入中后期開發(fā)階段，面臨油層參數(shù)變化大，油層含水率高，早期的測井資料不能滿足開發(fā)方案調(diào)整需要等突出矛盾，大量的剩余油有待于進一步開采，同時對實時動態(tài)監(jiān)測技術(shù)也提出了新的需求。井下永久傳感器技術(shù)是將傳感器長時間的放置在井中，實時監(jiān)測地層性質(zhì)的變化，可以為油氣田開發(fā)提供動態(tài)實時的地層信息，從而為油氣資源的管理和提高油氣采收率提供了一種新的技術(shù)手段，受到油公司和服務(wù)公司的普遍重視。

1 光纖傳感器測試原理

1.1 FBG光纖光柵傳感原理

用激光干涉條紋側(cè)面輻照摻雜光纖可在光纖的內(nèi)部制作光纖Bragg光柵，當(dāng)光柵周圍的溫度、應(yīng)力或其他待測量發(fā)生變化時，會使光柵的周期或纖芯折射率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致Bragg反射峰值波長發(fā)生漂移，通過檢測Bragg反射峰值波長的漂移量，即可獲得待測量的變化情況。

1.2 分布式測溫原理

分布式溫度傳感技術(shù)是一種用于實時測量空間溫度場分布的傳感技術(shù)。該技術(shù)利用光時域反射原理、激光喇曼光譜原理，經(jīng)波分復(fù)用器、光電檢測器等對采集的溫度信息進行放大并將溫度信息實時地計算出來。

光纖溫度傳感原理的主要依據(jù)是光纖的光時域反射原理以及光纖的后向喇曼散射溫度效應(yīng)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

通過對傳感器的實驗室內(nèi)測試，模擬環(huán)境下的測試后，進行了多口油井內(nèi)溫度壓力測試試驗，同時進行了分布式測溫。

某井為汽驅(qū)油田未射孔觀察井，井內(nèi)壓力為液柱壓力。由于周圍有注蒸汽井存在，從測試曲線上可以看出在960 m～980 m間為一注汽層，層內(nèi)溫度最高達237 ℃。將傳感器測試和分布式測試結(jié)果比較，可得溫度越高分布式測量結(jié)果出現(xiàn)溫度飄移越嚴(yán)重。因此如果采用光纖分布式測溫技術(shù)，必須對分布測溫數(shù)據(jù)進行溫度校正。

在勝利油區(qū)某井進行了3點溫度、壓力的現(xiàn)場實驗，測量分12次進行，時間間隔為3 d，壓力、溫度傳感器封裝在一起，形成溫度、壓力傳感器對。傳感器對所處深度分別為：1號傳感器對固定在井內(nèi)1 635 m處，2號傳感器對固定在井內(nèi)1 642 m處，3號傳感器對固定在井內(nèi)1 655 m處。

1號傳感器溫度測量值變化范圍為135.4 ℃～136.1 ℃，波動范圍0.7 ℃，2號傳感器測量值變化范圍為141.7 ℃～141.8 ℃，波動范圍為0.1 ℃，3號傳感器溫度測量值變化范圍為132.0 ℃～132.5 ℃，波動范圍為0.5 ℃。

1號傳感器壓力測量值變化范圍為11.45 MPa～11.44 MPa，波動范圍0.01 MPa，2號傳感器測量值變化范圍為11.51 MPa～11.53 MPa，波動范圍為0.02 MPa，3號傳感器壓力測量值變化范圍為11.63 MPa～11.66 MPa，波動范圍為0.03 MPa。

3 應(yīng)用效果

光纖傳感器因其抗電磁干擾能力強、尺寸小、重量輕、復(fù)用能力強、傳輸距離遠、耐腐蝕等特征，成為國內(nèi)外研究的熱點和學(xué)科前沿問題。在進一步解決多量交叉靈敏問題，降低信號的解調(diào)成本和提高精度的同時，結(jié)合石油工業(yè)的特點從制作結(jié)構(gòu)和工藝，制造出性能穩(wěn)定、性價比高的石油傳感儀器。目前這些具有潛力和市場前景的可實用化技術(shù)研究都正在進行當(dāng)中。光纖分布式測溫系統(tǒng)，則給出了油井縱向分辯率較高的溫度測試結(jié)果。

稠油開采正處在從蒸汽吞吐到其他開采方式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時刻，無論是蒸汽驅(qū)、SAGD還是其他方式，已經(jīng)不是依靠單一技術(shù)所能解決的，必須依靠多種復(fù)合技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)，同時必須加強監(jiān)測技術(shù)在石油開采中的應(yīng)用，從而合理優(yōu)化油藏開采方案，提高油藏的采收率和開采效率，降低開采成本。

到目前為止，還沒有一種成本低廉、行之有效的解決水平井段監(jiān)測的手段。通過安裝永久式（套管和篩管外安裝）和固定式（油管捆綁和空心油管輸送）的光纖溫度、壓力監(jiān)測系統(tǒng)不僅能測量直井段和水平段的溫度、壓力分布及變化情況。而且可以通過穩(wěn)態(tài)到動態(tài)的瞬態(tài)溫度、壓力變化，并結(jié)合其他常規(guī)測試數(shù)據(jù)，計算吸氣剖面和產(chǎn)液剖面。對于了解水平井的溫度場分布，確定水平段注氣情況，延長水平井的生產(chǎn)周期十分有效。