光纤传感器测井技术在当前石油测井中的应用探讨

2022-09-10

在全球的石油工业当中, 石油测井是一项非常基础的工作, 同时也是影响石油开采最关键的一个环节, 特别是油气井下的温度和压力等数据更是重中之重。所以当前必须通过相关的技术手段来对这些数据进行实时准确监测, 以期望能及时获得相关的油气井下信息, 这对地下石油的开采具有非凡意义。从工作实践来看, 以往传统的电子基传感器在井下的测试数据不准, 主要是受到了高温、高压条件的影响, 以及相关地磁地电的干扰。随着当前信息技术的发展, 出现了新的光纤传感器可以解决在高温、高压等极端条件下测试数据不准的问题。具有广阔的应用前景, 值得推广。

一、光纤传感器测井原理

1. 流量测量

光具有很多的特性, 例如波长、强度、频率以及相位等, 所以在光纤传输时, 会被流量所调制, 如果通过某种手段将调制量变成电信号, 可以计算出流体流量, 光纤流量计就是这样运作的。和以往的流量传感器进行比较, 这种传感器更加灵敏, 也更加的精确, 可以抗干扰, 也不需要电子线路, 占地面积小, 比较安全。多相流光纤流量计可以及时的测量压力、温度、流量和滞留量, 通过对流速和有关声速, 参考流体的压力、声速、温度能可以获得各相流量。

2. 温度及压力测量

DTS也叫做分布式光纤测量系统, 主要的原理就是光纤的温度效应, 实时测量光纤的温度场, FBG型以及EFPI型光纤传感器的类型属于波长编码型, 它通常比较灵敏, 可以在同一个时间里对温度、压力等一些参量进行测量。

3. 声波测量

VSP地震测井的工作原理是将检波器至于井里, 通过井里流体流动以及地面地震波形成的微震动, 让检波器获取信号。永久井下光纤3分量地震测量比较有方向性, 而且很灵敏, 可以形成精度很好的空间图像, 不但可以形成井眼附近的图像, 还可以形成井眼附近的地层图像, 涵盖几千公里的范围。它对环境没有过高的要求, 而且不需要井下电子设备以及可移动设备, 能够抵御很强的震动以及冲击, 对于完井管柱特别小的空间, 是最适用的。

二、光纤传感器在测井上的应用

1. 储层参数监测

(1) 压力监测

在光纤压力检测领域, 美国一家公司的研究成果是最先进的, 这家公司的专家发现, 布喇格光纤光栅传感器可以对压力做出反应。已经研发出来的传感器可以在175℃的条件下使用, 而现在还在进一步研发可以在200℃以及更好的温度下使用的传感器, 具体的目标是250℃。因为受到压力以及温度的影响, 所形成的测量偏差, 在某个范围内, 是达不到6.89k Pa的, 水平和电子测量系统差不多。美国一家公司研究中心的某些人长时间的研究利用布喇格光纤光栅传感器实现检测的情形, 他们开发出的侧孔布喇格光纤光栅传感器受到温度影响很小, 温度最高可以达到300℃, 测量压力最高可以达到82MPa, 在测量压力很高的情况下, 很少受到温度的影响, 比较适合对井下压力进行测量。

(2) 温度监测

对于井下监测来说, 应用的比较广泛的光纤传感器包括喇曼反向散射分布式温度探测器, 这种探测仪主要应用于对井简温度剖面的测量。英国Sensa公司在光纤分布式温度传感器系统方面属于领军人物, 开发了很多相关产品, 并且和各个知名石油公司联合, 深入的研究光纤分布式温度传感器在井下的工作情况。对光纤温度传感器进行研究的是Ci DRA公司, 现阶段, 这家公司的技术指标是:准确度是1℃, 测量范围是0℃到175℃, 分辨率是0.1℃。现阶段, 光纤压力以及温度传感器还有一个弊端, 那就是具有交叉敏感的特点, 而我们目前主要就是研究如何避免或利用好这种特点。

2. 声波测量

水久井下光纤3分量地震测量方向性很强, 也很灵敏, 可以形成精度很好的空间图像, 不但可以形成井眼附近的图像, 还可以形成井眼附近的地层图像, 在有些条件下, 可以测量几千英尺的范围。它不会受到环境的影响, 使用周期和油井的寿命周期差不多, 而且不需要井下电子设备以及可移动设备, 外层有2.5厘米的外壳所保护, 可以抵抗强烈的震动以及冲击, 比较适合在完井管柱等狭窄的空间里安装。同时, 这个系统信号频带比较宽, 动态范围也很广, 信号频带宽度达到3Hz至800Hz之间, 对于不同频率都可以记录。

3. 激光光纤核测井技术

对于井下传感器的研发来说, 光纤技术以及激光技术是很重要的, 可以在充有泥浆以及原油的井里应用。激光光纤核传感器的基础是光纤传感器以及光纤通信, 其原理是光致发光与光致损耗等物理反应, 和一般的核探测器比较起来, 优势更多。光纤核测井技术在某种意义上来说, 就是也是条件下的核探测技术, 它具有的优势是: (1) 应用的范围比较广, 对象可以是各种能级的核探测, 开发敏感探头。 (2) 如果利用了光致发光原理, 可以将探头置于几千米的井里, 通过传输光缆的连接, 光电倍增管可以放在井上, 不用考虑井下的恶劣条件, 这样可以延长寿命。 (3) 光纤的速率是非常高的, 而且具有较强的传输能力, 同时可以承载其他种类的井下仪器信号。