孫 杰

（勝利油田現(xiàn)河采油廠，山東 東營(yíng) 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(hào)（被測(cè)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(shí)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(cè)量。除具有抗電磁、抗腐蝕、耐高溫、重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，光纖傳感器還有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，易于與光纖耦合，耦合損耗小；光信號(hào)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(qiáng)的復(fù)用能力，易于構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)；測(cè)量對(duì)象廣泛，易于實(shí)現(xiàn)多參數(shù)傳感測(cè)量等等。正是由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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(wú)源器件之一，其應(yīng)用領(lǐng)域也日漸擴(kuò)展。

目前，油田已經(jīng)進(jìn)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(cè)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(jìn)一步開采，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(zhǎng)時(shí)間的放置在井中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地層性質(zhì)的變化，可以為油氣田開發(fā)提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)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(cè)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(cè)量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)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(zhǎng)發(fā)生漂移，通過檢測(cè)Bragg反射峰值波長(zhǎng)的漂移量，即可獲得待測(cè)量的變化情況。

1.2 分布式測(cè)溫原理

分布式溫度傳感技術(shù)是一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的傳感技術(shù)。該技術(shù)利用光時(shí)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(cè)器等對(duì)采集的溫度信息進(jìn)行放大并將溫度信息實(shí)時(shí)地計(jì)算出來(lái)。

光纖溫度傳感原理的主要依據(jù)是光纖的光時(shí)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(chǎng)應(yīng)用情況

通過對(duì)傳感器的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試，模擬環(huán)境下的測(cè)試后，進(jìn)行了多口油井內(nèi)溫度壓力測(cè)試試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了分布式測(cè)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(cè)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(dá)237 ℃。將傳感器測(cè)試和分布式測(cè)試結(jié)果比較，可得溫度越高分布式測(cè)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(cè)溫技術(shù)，必須對(duì)分布測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行溫度校正。

在勝利油區(qū)某井進(jìn)行了3點(diǎn)溫度、壓力的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量分12次進(jìn)行，時(shí)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(duì)。傳感器對(duì)所處深度分別為：1號(hào)傳感器對(duì)固定在井內(nèi)1 635 m處，2號(hào)傳感器對(duì)固定在井內(nèi)1 642 m處，3號(hào)傳感器對(duì)固定在井內(nèi)1 655 m處。

1號(hào)傳感器溫度測(cè)量值變化范圍為135.4 ℃～136.1 ℃，波動(dòng)范圍0.7 ℃，2號(hào)傳感器測(cè)量值變化范圍為141.7 ℃～141.8 ℃，波動(dòng)范圍為0.1 ℃，3號(hào)傳感器溫度測(cè)量值變化范圍為132.0 ℃～132.5 ℃，波動(dòng)范圍為0.5 ℃。

1號(hào)傳感器壓力測(cè)量值變化范圍為11.45 MPa～11.44 MPa，波動(dòng)范圍0.01 MPa，2號(hào)傳感器測(cè)量值變化范圍為11.51 MPa～11.53 MPa，波動(dòng)范圍為0.02 MPa，3號(hào)傳感器壓力測(cè)量值變化范圍為11.63 MPa～11.66 MPa，波動(dòng)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(qiáng)、尺寸小、重量輕、復(fù)用能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、耐腐蝕等特征，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和學(xué)科前沿問題。在進(jìn)一步解決多量交叉靈敏問題，降低信號(hào)的解調(diào)成本和提高精度的同時(shí)，結(jié)合石油工業(yè)的特點(diǎn)從制作結(jié)構(gòu)和工藝，制造出性能穩(wěn)定、性價(jià)比高的石油傳感儀器。目前這些具有潛力和市場(chǎng)前景的可實(shí)用化技術(shù)研究都正在進(jìn)行當(dāng)中。光纖分布式測(cè)溫系統(tǒng)，則給出了油井縱向分辯率較高的溫度測(cè)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(shí)刻，無(wú)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(shí)必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)不僅能測(cè)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(dòng)態(tài)的瞬態(tài)溫度、壓力變化，并結(jié)合其他常規(guī)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算吸氣剖面和產(chǎn)液剖面。對(duì)于了解水平井的溫度場(chǎng)分布，確定水平段注氣情況，延長(zhǎng)水平井的生產(chǎn)周期十分有效。