光纤测试技术在稠油热采中的应用

1 光纤测试技术在稠油热采中的现状

目前稠油油田多已进入多轮次吞吐、高含水开发阶段, 为提高稠油油藏的采收率, 对全井筒进行实时温度监测, 井下测试技术可使工程人员及时了解井筒温度变化, 为油藏动态分析、汽驱方案调整、现场注采管理及调整提供依据。目前应用的井下高温测温仪表都属于点式传感器, 只能在任一时间内测量单点的温度, 要测试全井范围的温度, 即获取整个井筒内一段间隔处的温度数据, 点式传感器只能在井中来回移动才能实现, 这样不可避免破坏井筒内热平衡, 而且难测出各点同一时刻的温度值。近年兴起的分布式光纤测温技术因具有全井段分布式及实时在线监测等优点, 开始在油田监测领域得到应用。

2 光纤测试机理

2.1 光纤传感原理

光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置, 光纤本身就是传感器, 主要由光发送器、敏感元件 (光纤或非光纤的) 、光接收器、信号处理系统以及光纤组成。

以电为基础的传统的传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。

井下光纤传感系统由位于地面的信号解调器、井下光缆、光缆端部的光纤传感器三部分组成。井下光纤传感系统的原理是:信号解调器内置井下温度剖面解调器与井下压力解调器两个模块。井下温度剖面解调器中的半导体激光器发出经过调制的光脉冲, 输送到光缆中。

2.2 分布式光纤测温技术

分布式光纤测温系统的基本工作原理为:在同步控制单元的触发下, 激光器产生一个大功率光脉冲, 经过光路耦合器后进入一段放置在恒温槽中的光纤 (用于系统标定) , 然后进入传感光纤, 传感光纤发生的携带温度信息的自发拉曼散射光中的背向成分沿原路返回, 通过分光器后分为两束光, 下接两个不同中心波长的滤波器, 对应滤出斯托克斯光和反斯托克斯光, 经光电探测器转化为电信号后送入数据采集与处理单元。在数据采集与处理单元中, 包括了电信号放大、去噪、算法, 最后输出温度值。

分布式光纤技术指标: (1) 设计寿命3年; (2) 空间分辨率0.25m; (3) 温度测量范围0-350℃; (4) 温度测量精度±0.5℃。

对于光纤分布式温度传感器系统, 英国Sensa公司一直处于技术领先地位, 有一系列产品问世, 而且与各大石油公司合作, 积极探索光纤分布式温度传感器在石油井下的应用。

3 光纤测试技术在热采中应用

3.1 蒸汽吞吐中应用

通过在线监测蒸汽吞吐的全过程, 智能分析这一注采周期中的油层动用程度, 分析预测转抽数据。综合分析以上数据, 分析射孔位置影响、油层地质综合情况和油藏参数, 调整注汽管柱、注汽参数和强度, 制定下周期注汽热采方案。

该技术国内最早在辽河油田进行了现场应用, 2009年胜利油田现河采油厂在草桥的一口注汽井中安装了光纤光栅测试仪进行了注汽、焖井监测, 取得了井下注汽和焖井数据, 2010年胜利石油开发中心在郑411油田的一口油井中安装了光纤光栅测试仪进行了地层温度场合压力场的监测。

3.2 蒸汽驱中应用

针对蒸汽驱油藏, 要想有效进行开发, 就需要了解稠油油藏汽驱时的注汽井的注汽情况, 生产井生产情况和汽驱突破情况:

识别汽驱层位, 判断注汽与生产之间的连通程序, 诊断油层受效程度及效果。

1995年分布式光纤 (DTS) 首次在加利福尼亚的油井中投入商业应用, 光纤DTS具备了260℃下正常测温的能力, 证明光纤DTS是蒸汽驱油井理想的监控仪器。

2008年5月锦45块II类稠油蒸汽驱先导试验全面转驱, 在中心井组附近采用￠40mm空心油管完井3口, 并下入测温光纤, 实时监测地层温度场变化, 测温光纤全部引入光纤监测中心, 实现了区块温度场的连续监测。

3.3 SAGD中应用

SAGD开采过程中, 对油藏开发状态的分析和进行相应调整是必要的。连续蒸汽腔的形成分析、注汽速度对原油产量和产能的影响分析、注汽井与生产井间的连通性分析需要井下动态监测数据。

4 应用前景

4.1 水平井汽驱注汽井高温分布式光纤测温技术

采用分布式光纤测温技术实现0.25m的间隔, 温度370℃以上的光纤测试, 实现汽驱观察井全井筒及水平吸汽段的温度场监测, 配套注汽井井温解释软件, 分析水平段吸汽情况, 分析各部位汽窜发生规律, 为水平井汽驱工业化推广提供依据。

4.2 分布式光纤测温及F-P (或Brag光纤) 测压的连续铠装光缆测试装置

采用分布式光纤测温技术实现0.5m的间隔, 温度380℃以上的光纤测试, 实现热采井, 从注汽、焖井、到生产的全过程温度剖面监测, 尤其是针对水平井全井段的监测, 对提高水平井注汽热效率、水平段的动用程度具有重要的开发意义。对稠油热采新工艺的实施及推广具有重要的意义。

摘要：随着光纤光栅测温测压和分布式光纤测温技术的成熟, 光纤测试技术越来越多的应用于油田监测领域, 光纤测试技术因本身具有的稳定性、长效性和实时性等特点, 已经部分取代了传统电子监测技术, 而成为首选的油井监测方法。本文主要对稠油热采开发方式中, 不同的光纤测试技术和测试工艺进行了分类总结, 并主要介绍胜利油田高温分布式光纤应用技术, 最后对光纤测试技术的发展前景予以展望。

关键词：胜利油田,稠油热采,光纤