光纖測溫技術在油田開發中的應用

李磊

摘要：光纖測溫技術已開始應用于油田的開發監測項目當中。該技術可以將油水井各點溫度實時顯示出來，突出時效性，整體趨勢性。這樣油水井管理者就可以通過油水井的溫度分布判斷該井的狀況，尤其采蒸汽熱采工藝的蒸汽驅井、蒸汽吞吐井、熱采水平井中，通過其產層溫度的高低，可以判斷產層吸汽能力的差異，繼而評價注蒸汽的效果。

關鍵詞：光纖溫度傳感器；測井；井下監測

前言：

在油田的開發過程中，人們需要知道在產液或注水過程中有關井內流體的持性與狀態的詳細資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準確性是至關重要的，而傳統的電子基傳感系統已無法在井下惡劣的環境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電干擾下工作。而光纖傳感系統可以克服這些困難，其對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）以及強烈的沖擊與振動，可以高精度地測量井筒和井場環境參數。

光纖測溫技術是利用目前在通訊領域大量采用的光纖經過特殊加工制成傳感器件的光電技術。此技術可以長距離大范圍多點溫度測量，每口井只需一條光纖就可以連續測量井中任何一點的溫度，具有防燃、防爆、抗腐蝕、耐高溫、測量范圍廣、定位精度高和使用方便等優點。

一、測量原理及系統結構

1.測量原理

光纖測溫的機理是依據后向拉曼散射光譜的溫度效應。拉曼散射光由反斯托克斯（anti-Stokes）光和斯托克斯（stokes）光兩種不同波長的光組成。前者對溫度特別敏感，而后者與溫度關系很小。為消除光源波動和光纖彎曲等影響，提高測溫準確度。采anti-Stokes光和Stokes光強度的比值來解調溫度信號，基于DSP系統的信號處理單元完成對雪崩二極管（APD）光電探測器輸出信號的放大、采樣和處理，并解調出溫度。

2.光纖溫度傳感系統的結構

分布式光纖井下溫度測試系統分光纖傳感器、終端機、工控電腦三個部分。光纖傳感器既是信號的傳輸通道，又是溫度傳感器，其主要是由高純度的絕緣材料石英組成，具有不受電場、磁場誘導干擾，耐高溫、抗腐蝕等異性能，能在各種油田野外惡劣環境下工作。終端機是系統的核心組成部分，其主要功能是實現信號的發射、接收、濾波、放大和信息處理，數據分析和輸出。實現系統的控制、信號處理、顯示、儲存和打印以及外部其它擴展功能的實現。

二、光纖測溫技術的應用

光纖測溫技術利用光纖技術為成千上萬個監控點提供溫度測量。這一日趨成熟的技術能夠精確發送實時溫度情況該系統利用光時域反射（0TDR）技術、激光拉曼光譜技術，經波分復用器、光電檢測器等對采集的溫度信息進行放大、信號處理，并將溫度信息實時顯示出來。分布式光纖傳感技術能快速多點測量并定位等優點，它能夠連續測量光纖沿線所在處的溫度，測量距離在幾公里的范圍，空間定位精度達到米的數量級，能夠進行不間斷的自動測量。

光纖測溫技術具有通過沿整個完井長度連續性采集溫度資料來提供一條監測生產和油層的新途徑的潛力。因為井的溫度剖面的變化可以與其它地面采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測井曲線對比，從而為操作者提供有關出現在井下的變化的定性和定量信息。傳統的測溫工具只能在任何給定時間內測量某個點的溫度，要測試全范圍的溫度，點式傳感器只能在井中來回移動才能實現，不可避免地對井內環境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳感器的優勢在于光纖無須在檢測區域內來回移動，能保證井內的溫度平衡狀態不受影響。而且由于光纖被置于毛細鋼管內.因此凡毛細鋼管能通達的地方都可進行光纖分布式溫度傳感器測試。

光纖測溫技術要綜合考慮測量的點數和連接器衰減，遇到的問題和解決方法為：

（1）光纖以及連接器對信號的衰減問題，解決的方法為盡量減少連接器的數目、采用布喇格光纖光柵傳感器以及改進連接器的性能。（2）安裝時容易損壞，解決的方法為進行現場技術培訓。另外，光纖傳感器需要外部保護層、減小應力（包括射孔和溫度引起的應力）。（3）多相流監測。為了做好油藏監控和油田管理，最關鍵的環節是獲得生產井和注水井穩定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數油井分層開采，每層含水量不同，而且有時流速較大，給利用常規生產測井設備測量和分析油井的生產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的噴射使得壓差密度儀器無法準確測量，電子探頭更是無法探測到液體中的小油氣泡。

三、結論與展望

光纖測溫技術可以將油水井每1.25米間隔的各點溫度實時顯示出來，突出時效性，整體趨勢性。油水井管理者可以通過油水井的溫度分布判斷該井的狀況，尤其采用蒸汽熱采工藝的蒸汽驅井、蒸汽吞吐井、熱采水平井中，其產層溫度的高低，可以判斷產層吸汽能力的差異，繼而評價注蒸汽的效果。為此，光纖測溫應用考慮以下方面：

1.開展注蒸汽井分時溫度壓力測試：對停注后悶井期間進行每天一次測試，通過資料對比分析悶井期井下溫度變化，確定合理的悶井期，分析吸汽油層位置和效果。

2.蒸汽驅觀察井溫度測試：在蒸汽驅觀察井中進行連續測試，分析吸汽層溫度波動情況，判斷注汽效果。

3.悶井期后利用固定式監測方式進行熱采水平井溫度剖面測試，分析吸汽油層位置和效果，有效解決造斜段、水平段測試難問題。

從分析可以看出，光纖測溫技術以其獨特的優勢，可以廣泛應用于石油天然氣井下的溫度的監測。極大地豐富了石油和天然氣公司對儲層的了解，便于優化油氣田開采和維護。