光纖傳感器在測(cè)井上的研究分析

　　(2) 溫度監(jiān)測(cè)

　　分布式光纖溫度傳感器具有通過沿整個(gè)完井長度連續(xù)性采集溫度資料來提供一條監(jiān)測(cè)生產(chǎn)和油層的新途徑的潛力。因?yàn)榫臏囟绕拭娴淖兓梢耘c其它地面采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測(cè)井曲線對(duì)比，從而為操作者提供有關(guān)出現(xiàn)在井下的變化的定性和定量信息。傳統(tǒng)的測(cè)溫工具只能在任何給定時(shí)間內(nèi)測(cè)量某個(gè)點(diǎn)的溫度，要測(cè)試全范圍的溫度，點(diǎn)式傳感器只能在井中來回移動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，不可避免地對(duì)井內(nèi)環(huán)境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢(shì)在于光纖無須在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)來回移動(dòng)，能保證井內(nèi)的溫度平衡狀態(tài)不受影響。而且由于光纖被置于毛細(xì)鋼管內(nèi)，因此凡毛細(xì)鋼管能通達(dá)的地方都可進(jìn)行光纖分布式溫度傳感器測(cè)試。

　　最廣泛地應(yīng)用于井下監(jiān)測(cè)應(yīng)用的光纖傳感器之一就是喇曼反向散射分布式溫度探測(cè)器，這種方法已經(jīng)在測(cè)量井筒溫度剖面（特別是在蒸汽驅(qū)井）中，得到了廣泛的應(yīng)用。分布式溫度傳感器要綜合考慮測(cè)量的點(diǎn)數(shù)和連接器衰減，遇到的問題和解決方法為：

　　a. 光纖以及連接器對(duì)信號(hào)的衰減問題，解決的方法為盡量減少連接器的數(shù)目、采用布喇格光纖光柵傳感器以及改進(jìn)連接器的性能；

　　b. 井下安裝時(shí)容易損壞，解決的方法為配備熟練工人、光纖傳感器需要外部保護(hù)層、減小應(yīng)力（包括射孔和溫度引起的應(yīng)力）。對(duì)于光纖分布式溫度傳感器系統(tǒng)，英國Sensa公司一直處于技術(shù)領(lǐng)先地位，有一系列產(chǎn)品問世，而且與各大石油公司合作，積極探索光纖分布式溫度傳感器在石油井下的應(yīng)用。CiDRA公司也一直在研究光纖溫度傳感器，目前該公司的溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍0℃ ~175℃，準(zhǔn)確度±1℃，分辨率0.1℃，長期穩(wěn)定性±1℃/yr（150℃下連續(xù)使用）。

　　目前的光纖溫度、壓力傳感器的最主要的缺點(diǎn)之一就是溫度壓力交叉敏感特性，如何消除或者利用這種交叉敏感特性是研究的熱點(diǎn)。

　　(3) 多相流監(jiān)測(cè)

　　為了做好油藏監(jiān)控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲得生產(chǎn)井和注水井穩(wěn)定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數(shù)油井分層開采，每層含水量不同，而且有時(shí)流速較大，給利用常規(guī)生產(chǎn)測(cè)井設(shè)備測(cè)量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來了巨大的困難。液體在油管中的摩阻和從油藏中向井筒內(nèi)的噴射使得壓差密度儀器無法準(zhǔn)確測(cè)量，電子探頭更是無法探測(cè)到液體中的小油氣泡。

　　光纖測(cè)量多相流有兩種方法，第一種是美國斯倫貝謝公司的持氣率光纖傳感儀，該儀器能直接測(cè)量多相流中持氣率。其四個(gè)光纖探頭均勻地分布在井筒的橫剖面中，其空間取向方位可用一個(gè)集成化的相對(duì)方位傳感器準(zhǔn)確測(cè)量，在氣液混合物中，通過探頭反射的光信號(hào)來確定持氣率和泡沫數(shù)量（這二者與氣體流量相關(guān)聯(lián)）。此外，利用每個(gè)探頭的測(cè)量值來建立一種井中氣體流動(dòng)的圖像，這些圖像資料特別適用于斜井和水平井，可以更好地了解多相流流型以及解釋在傾斜條件下這些流型固有的相分離。最近，這種儀器已在世界各地成功地進(jìn)行了測(cè)井實(shí)驗(yàn)。它提供的資料能直接測(cè)定和量化多相混合物中氣體和液體，能準(zhǔn)確診斷井眼問題，并有助于生產(chǎn)調(diào)整。儀器通過了三口井的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

　　第二種是通過測(cè)量聲速來確定兩相混合流的相組分，因?yàn)榛旌狭黧w的聲速與各單相流體的聲速和密度具有相關(guān)性，而這個(gè)相關(guān)性普遍存在于兩相氣/液和液/液混合流體系統(tǒng)中，同時(shí)也適用于多相混合流系統(tǒng)。根據(jù)混合流體的聲速確定各相流體的體積分?jǐn)?shù)，就是測(cè)量流過流量計(jì)的各單相體積分?jǐn)?shù)（即持率測(cè)量）。某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分?jǐn)?shù)，取決于該相相對(duì)于其它相是否存在嚴(yán)重的滑脫現(xiàn)象。對(duì)于不存在嚴(yán)重滑脫的油水兩相混合流系統(tǒng)，可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析；對(duì)于存在嚴(yán)重滑脫現(xiàn)象的流動(dòng)狀態(tài)，則必須應(yīng)用更完善的滑脫模型來解釋流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確地確定各相的流量。經(jīng)流動(dòng)循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于油水混合流體，流量計(jì)的長波長聲速測(cè)量可以確定各相體積分?jǐn)?shù)（即持率），而不受流動(dòng)非均質(zhì)性（如層狀流動(dòng)）的影響。

　　CiDRA公司挖掘了光纖傳感器內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了井下光相多相流傳感器。目前的樣品只局限在測(cè)量準(zhǔn)均勻流體：如油、水兩相或油、水、氣三相（氣相體積份數(shù)小于20%）。為了考察這種新型的光纖多相流傳感器在生產(chǎn)井中測(cè)量油/水/氣三相的性能，CiDRA最近在一口測(cè)試井進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在測(cè)試井中混合了油、水和氣體，混合物包括粘度為32API的油、7%礦化度的水和礦廠天然氣（甲烷），測(cè)試溫度100oF，壓力2.75MPa。在0%~100%含水率范圍內(nèi)，儀器測(cè)量誤差小于±5%，精度滿足要求。該流量計(jì)能夠確定原油和鹽水混合物中的持水率，在持水率全量程中其誤差為±5%以內(nèi)，滿足生產(chǎn)要求。而且除了能夠測(cè)量持水率之外，該儀器還測(cè)試了三相中氣體的體積含量，只是測(cè)試中油水的比例已知。結(jié)果表明，該儀器能夠求出以泡沫流流出型出現(xiàn)的液體中的氣體體積百分?jǐn)?shù)。

　　2、聲波測(cè)量

　　與過去相比，勘探開發(fā)公司如今面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)和更復(fù)雜的鉆井環(huán)境，因此獲得準(zhǔn)確的地層構(gòu)造圖和油藏機(jī)理具有重要意義。目前使用的地震測(cè)量方法，如拖曳等浮電纜檢波器組、臨時(shí)海底布放地震檢波器和井下電纜布放地震檢波器等，能提供目的產(chǎn)油區(qū)域的測(cè)量，但這些方法具有相對(duì)高的作業(yè)費(fèi)用，不能下入井內(nèi)或受環(huán)境條件的限制等，而且提供的圖像不全面、不連續(xù)，分辨率不是很高，因此難于實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

　　基于光纖的井下地震檢波器系統(tǒng)能夠解決這些問題，它能提供整個(gè)油井壽命期間永久高分辨率四維油藏圖像，極大方便了油藏管理。這種井下地震加速度檢波器能接收地震波，并將其處理成地層和流體前緣圖像。

　　永久井下光纖3分量地震測(cè)量具有高的靈敏度和方向性，能產(chǎn)生高精度空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周圍地層圖像，在某些情況下測(cè)量范圍能達(dá)數(shù)千英尺。它在油井的整個(gè)壽命期間運(yùn)行，能經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件(溫度達(dá)175℃，壓力達(dá)100MPa)，且沒有可移動(dòng)部件和井下電子器件，被封裝在直徑2.5cm的保護(hù)外殼中，能經(jīng)受強(qiáng)的沖擊和振動(dòng)，可安裝到復(fù)雜的完井管柱及小的空間內(nèi)。此外，該系統(tǒng)還具有動(dòng)態(tài)范圍大和信號(hào)頻帶寬的特點(diǎn)，其信號(hào)頻帶寬度為3Hz～800Hz，能記錄從極低到極高頻率的等效響應(yīng)。