光纖傳感技術(shù)在儲5-8井的應(yīng)用實(shí)踐

于永 段新軍

國家管網(wǎng)集團(tuán)中原儲氣庫有限責(zé)任公司 河南 濮陽 457000

井筒完整性是油氣開采中的一個重要問題，它關(guān)系到油氣的生產(chǎn)效率和安全。井筒完整性的破壞可能導(dǎo)致油氣泄漏、地層污染、安全事故等問題，因此，評價井筒完整性是非常必要的。傳統(tǒng)的評價方法主要是通過井筒內(nèi)部的壓力、溫度等參數(shù)來判斷井筒的完整性情況。但是，這種方法存在著測量不準(zhǔn)確、難以監(jiān)測井筒的全面情況等問題。隨著光纖監(jiān)測傳感技術(shù)的發(fā)展，利用光纖監(jiān)測傳感技術(shù)評價井筒完整性成為了一種新的方法。

光纖監(jiān)測傳感技術(shù)是一種基于光纖的傳感技術(shù)，它具有高靈敏度、高分辨率、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。利用光纖監(jiān)測傳感技術(shù)可以對井筒內(nèi)部的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。同時，光纖傳感技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對井筒的全面監(jiān)測，能夠發(fā)現(xiàn)井筒的局部破壞情況。因此，利用光纖傳感技術(shù)評價井筒完整性具有很大的應(yīng)用潛力。

本文以儲5-8井為例，探討了利用光纖監(jiān)測傳感技術(shù)評價井筒完整性的應(yīng)用實(shí)踐。首先介紹了光纖傳感技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)，然后介紹了儲5-8井的基本情況，接著介紹了利用光纖傳感技術(shù)對儲5-8井進(jìn)行評價的具體方法和步驟。最后，分析了評價結(jié)果，并進(jìn)行了漏點(diǎn)監(jiān)測和預(yù)測。

1 光纖監(jiān)測傳感技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)是一種利用光纖作為傳感器來實(shí)現(xiàn)對物理量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的技術(shù)。其原理是將一段光纖作為傳感器，通過測量背向散射光，探測出井下每個小層的溫度、聲波和應(yīng)變等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對油氣井生產(chǎn)過程、壓裂改造過程的監(jiān)測。

為了獲得有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們結(jié)合了分布式聲波傳感技術(shù)（DAS）與分布式溫度傳感技術(shù)（DTS）兩種技術(shù)，使數(shù)據(jù)間可以相互驗(yàn)證。

激光在光纖中傳播時會產(chǎn)生三種背向散射光，瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，根據(jù)散射光的光學(xué)特性，運(yùn)用于不同的監(jiān)測設(shè)備，瑞利散射主要運(yùn)用于DAS監(jiān)測，拉曼散射主要運(yùn)用于DTS監(jiān)測，布里淵散射主要運(yùn)用于DSS監(jiān)測。

分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）高精度：分布式光纖監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對物理量的高精度監(jiān)測，精度可以達(dá)到亞毫米級別。

（2）高靈敏度：分布式光纖監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對微小變化的監(jiān)測，如溫度、壓力、應(yīng)變等微小變化。

（3）高可靠性：分布式光纖監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對大范圍區(qū)域內(nèi)的物理量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，具有高可靠性和穩(wěn)定性。

（4）高安全性：分布式光纖監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對危險區(qū)域內(nèi)的物理量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，提高了安全性。

（5）易于安裝和維護(hù)：分布式光纖監(jiān)測技術(shù)可以通過簡單的光纖布置和連接實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，易于安裝和維護(hù)。

2 儲5-8 井的基本情況

文23儲氣庫-儲5-8井（簡稱儲5-8井）位于河南省濮陽縣文留鎮(zhèn)后邢屯村，文23儲氣庫建設(shè)區(qū)一口采氣井，完鉆井深3096m，補(bǔ)心高7.5m，井徑為215毫米。儲5-8井的起壓原因及其井的完整性一直是該儲氣庫關(guān)注的焦點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的評價方法主要是通過井筒內(nèi)部的壓力、溫度等參數(shù)來判斷井筒的完整性情況。但是，這種方法存在著測量不準(zhǔn)確、難以監(jiān)測井筒的全面情況等問題。因此，該儲氣庫公司決定采用光纖監(jiān)測傳感技術(shù)來評價儲5-8井（全井筒）的完整性情況。通過實(shí)時、精確還原井下泄漏震動信息，尋找可能的泄漏點(diǎn)，同時利用井下細(xì)微的溫度、震動信息，評價油環(huán)段流體流動信息，評價油環(huán)段封閉性，為采取井控安全措施提供依據(jù)。

3 利用光纖監(jiān)測傳感技術(shù)評價儲5-8 井的完整性

3.1 光纖監(jiān)測傳感系統(tǒng)的安裝

為了實(shí)現(xiàn)對儲5-8井的完整性情況的監(jiān)測，該儲氣庫公司聯(lián)合四川安東油氣工程技術(shù)服務(wù)有限公司的一套光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光纖傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成。其中，光纖傳感器是安裝在井筒內(nèi)部的傳感器，用于監(jiān)測井筒內(nèi)部的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集器是用來采集光纖傳感器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴脑O(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備是用來將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)等設(shè)備，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

3.2 數(shù)據(jù)采集和處理

為實(shí)現(xiàn)對儲5-8井的完整性情況的評價，該儲氣庫公司采集了光纖傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了處理和分析。數(shù)據(jù)采集的過程中，光纖傳感器會不斷地采集井筒內(nèi)部的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器會將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴臄?shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備會將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)等設(shè)備，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

數(shù)據(jù)處理和分析的過程中，首先對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識和過濾，去除異常數(shù)據(jù)和噪聲。然后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到井筒內(nèi)部的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)的變化情況。本井解釋使用ISP系列解釋軟件。該軟件主要包括三個模塊，Sp2s、Ariane、Plato，軟件界面如下。其中Sp2s用來對DAS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、分頻帶切片。Ariane用來對比轉(zhuǎn)換后的DAS與DTS數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合對比分析，如質(zhì)量控制、深度對比、生產(chǎn)層段識別等，Plato用來進(jìn)行生產(chǎn)剖面定量計算。最后，①通過分析A、B、C環(huán)空放壓階段各個環(huán)空壓力變化情況，初步判斷各環(huán)空連通情況；②通過回放的DAS數(shù)據(jù)識別可能的泄漏點(diǎn)，同時對比泄漏點(diǎn)深度位置與其上下的深度變化，確定該點(diǎn)是否為泄漏點(diǎn)，同時分析泄漏點(diǎn)位置氣體移動方向，進(jìn)而對井筒的完整性情況進(jìn)行評價。

3.3 光纖監(jiān)測施工過程

本井采用光電復(fù)合纜進(jìn)行監(jiān)測，主要施工流程為：施工前準(zhǔn)備工作→現(xiàn)場施工準(zhǔn)備→鋼絲光纖輸送→校深→漏點(diǎn)監(jiān)測→起出工具串→場地清理。2023年3月27日對文23-儲5-8井開展漏點(diǎn)監(jiān)測工作，其中背景聲音監(jiān)測14h，A環(huán)空泄壓監(jiān)測1.1h，A環(huán)空恢復(fù)壓力監(jiān)測0.1h，具體施工記錄如表1所示。

表1 監(jiān)測日志

3.3 評價數(shù)據(jù)分析

3.3.1 光纖底部溫壓分析

由圖1 可知，隨著A 環(huán)空閥門的開啟度增大，2802.7米處壓力不斷降低（22.89MPa至22.19MPa）；趨勢與A環(huán)空井口壓力高度相似。圖2所示，A環(huán)空閥門的開啟度增大溫度隨逐漸升高，（110.34 ℃至113.03℃）；指示氣體從下往上流過該位置（下部氣體溫度高，下部氣體流過對該位置產(chǎn)生加溫效應(yīng)，溫度升高2.69℃）。

圖1 儲5-8井油管與環(huán)空壓力曲線

圖2 文23-儲5-8井光纖底部溫壓曲線

3.3.2 DTS信號分析

A環(huán)空泄壓期間，井筒各位置溫度升高；1000m位置升高4.97℃，2000m位置升高8.59℃，2775m位置升高2.74℃；指示氣體從下往上流動（下部氣體溫度高，上部氣體溫度低，對井筒產(chǎn)生加溫效應(yīng)）。

3.3.3 DAS信號分析

2023/3/27/ 22：25開始背景聲音監(jiān)測（油管與A環(huán)空均關(guān)閉），持續(xù)14.3小時，關(guān)井狀態(tài)下井筒安靜，解釋視頻表現(xiàn)為持續(xù)的隨機(jī)噪聲，震動幅值0.2dB以內(nèi)，頻率無明顯峰值。而當(dāng)A環(huán)空閥門分別開啟程度1/6、1/3、1/2位置時，光纖分別指示2775.45m、2775.24m、2775.33m位置持續(xù)高能量顯示，氣體流動振幅幅值也分別高于0.7dB、0.9dB、1.2dB。綜合分析A環(huán)空三種閥門開啟程度DAS信號，分別在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置開始有明顯有流動通道明顯變小引起的DAS高能信號，結(jié)合井身結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為井下封隔器密封性出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

據(jù)井況先后對關(guān)井、A環(huán)空泄壓、A環(huán)空壓力恢復(fù)、過程進(jìn)行了監(jiān)測，施工過程順利，錄取數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求；采用專用軟件對采集的DTS、DAS、鋼絲底部溫度壓力計數(shù)據(jù)進(jìn)行了精細(xì)處理解釋；依據(jù)DTS與溫度壓力計數(shù)據(jù)分析：A環(huán)空閥門開啟后，篩管以上各位置出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象，分析為篩管以下位置有大量氣體流入篩管以上，對井筒呈現(xiàn)明顯加溫效應(yīng)；依據(jù)A環(huán)空三種閥門開啟程度DAS數(shù)據(jù)分析：分別在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置開始有明顯有流動通道明顯變小引起的DAS高能信號；震動幅值明顯高于增強(qiáng)，高頻分量明顯加大；指示流動通道減小，流動速度加快，綜合分布式光纖DTS與DAS分析結(jié)果，結(jié)合井身結(jié)構(gòu)與流動狀態(tài)，得出井下封隔器密封性出現(xiàn)失效現(xiàn)象的結(jié)論。實(shí)踐結(jié)果表明，利用光纖傳感技術(shù)可以有效地評價井筒完整性，為油氣開采提供了重要的技術(shù)支持。