光纖傳感器在測(cè)井上的研究分析

一、前言

　　光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型傳感技術(shù)，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用研究已取得豐碩成果，不少光纖傳感系統(tǒng)已實(shí)用化，成為替代傳統(tǒng)傳感器的商品。

　　在油田的開發(fā)過(guò)程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過(guò)程中有關(guān)井內(nèi)流體的持性與狀態(tài)的詳細(xì)資料，這就要用到石油測(cè)井，其可靠性和準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的，而傳統(tǒng)的電子基傳感器無(wú)法在井下惡劣的環(huán)境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作。光纖傳感器可以克服這些困難，其對(duì)電磁干擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓（幾十兆帕以上）以及強(qiáng)烈的沖擊與振動(dòng)，可以高精度地測(cè)量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，同時(shí)，光纖傳感器具有分布式測(cè)量能力，可以測(cè)量被測(cè)量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據(jù)空間極小。

　　光纖傳感器在地球物理測(cè)井領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，全世界各大石油生產(chǎn)公司、測(cè)井服務(wù)公司以及各種光纖傳感器研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)都參加了研究、開發(fā)過(guò)程。為了開拓光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，本文綜述了光纖傳感器在地球物理測(cè)井領(lǐng)域的研究與進(jìn)展，希望其研究能夠?qū)M(jìn)一步提高石油開發(fā)的水平作出貢獻(xiàn)。

二、光纖傳感器在測(cè)井上的研究進(jìn)展

　　1、儲(chǔ)層參數(shù)監(jiān)測(cè)

　　(1) 壓力監(jiān)測(cè)

　　由于開發(fā)方案的需要，對(duì)油藏壓力的管理需要特別謹(jǐn)慎，這樣做的目的是減少因在低于泡點(diǎn)壓力的狀態(tài)下開采所造成的原油損失，減少在注氣過(guò)程中因油藏超壓將原油擠入含水層所造成的原油損失。傳統(tǒng)的井下壓力監(jiān)測(cè)采用的傳感器主要有應(yīng)變壓力計(jì)和石英晶體壓力計(jì)，應(yīng)變式壓力計(jì)受溫度影響和滯后影響，而石英壓力計(jì)會(huì)受到溫度和壓力急劇變化的影響。在壓力監(jiān)測(cè)時(shí)，這些傳感器還涉及安裝困難、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等問(wèn)題。井下光纖傳感器沒(méi)有井下電子線路、易于安裝、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而這些正是井下監(jiān)測(cè)所必需的。

　　美國(guó)CiDRA公司的在光纖壓力監(jiān)測(cè)研究方面處于前沿，他們的科研人員發(fā)現(xiàn)了布喇格光纖光柵傳感器對(duì)壓力的線性響應(yīng)。已開發(fā)的傳感器能夠工作到175 oC，200 oC和稍高溫度的產(chǎn)品正在開發(fā)，250 oC是研發(fā)的下一個(gè)目標(biāo)。不同溫度和壓力下的壓力測(cè)量誤差，在測(cè)試范圍（0MPa ~34.5MPa） 內(nèi)，均小于±6.89kPa，相當(dāng)于電子測(cè)量系統(tǒng)的最好的水平。目前，CIDRA公司的光纖壓力傳感器的指標(biāo)為：測(cè)程0~103MPa，過(guò)壓極限129MPa，準(zhǔn)確度±41.3kPa，分辨率2.06kPa，長(zhǎng)期穩(wěn)定性±34.5kPa/yr（連續(xù)保持150oC），工作溫度范圍25 oC ~175 oC。1999年該公司在加利福尼亞的Baker油田進(jìn)行了壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有非常高的精度，目前已經(jīng)交付商業(yè)銷售。2001年該公司的壓力傳感器在英國(guó)BP公司的幾口井下安裝，監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，結(jié)果表明其具有足夠的可靠性。

　　美國(guó)斯倫貝謝油田服務(wù)公司Doll研究中心的Tsutomu Yamate等人對(duì)用布喇格光纖光柵傳感器實(shí)行井下監(jiān)測(cè)進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，他們研制成一種對(duì)溫度不敏感的側(cè)孔布喇格光纖光柵傳感器，最高工作溫度為300 oC，最高測(cè)量壓力82MPa，在最高測(cè)量壓力下，對(duì)溫度的靈敏度極小，可以適用于井下的壓力監(jiān)測(cè) 。