光纖傳感器在測井上的研究分析

　　(2) 溫度監測

　　分布式光纖溫度傳感器具有通過(guò)沿整個(gè)完井長(cháng)度連續性采集溫度資料來(lái)提供一條監測生產(chǎn)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(xiàn)對比，從而為操作者提供有關(guān)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(shí)間內測量某個(gè)點(diǎn)的溫度，要測試全范圍的溫度，點(diǎn)式傳感器只能在井中來(lái)回移動(dòng)才能實(shí)現，不可避免地對井內環(huán)境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢在于光纖無(wú)須在檢測區域內來(lái)回移動(dòng)，能保證井內的溫度平衡狀態(tài)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(jìn)行光纖分布式溫度傳感器測試。

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

　　a. 光纖以及連接器對信號的衰減問(wèn)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(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層、減小應力（包括射孔和溫度引起的應力）。對于光纖分布式溫度傳感器系統，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(wèn)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)指標為：測量范圍0℃ ~175℃，準確度±1℃，分辨率0.1℃，長(cháng)期穩定性±1℃/yr（150℃下連續使用）。

　　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) 多相流監測

　　為了做好油藏監控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節是獲得生產(chǎn)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(kāi)采，每層含水量不同，而且有時(shí)流速較大，給利用常規生產(chǎn)測井設備測量和分析油井的生產(chǎn)狀況帶來(lái)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(wú)法準確測量，電子探頭更是無(wú)法探測到液體中的小油氣泡。

　　光纖測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)集成化的相對方位傳感器準確測量，在氣液混合物中，通過(guò)探頭反射的光信號來(lái)確定持氣率和泡沫數量（這二者與氣體流量相關(guān)聯(lián)）。此外，利用每個(gè)探頭的測量值來(lái)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)行了測井實(shí)驗。它提供的資料能直接測定和量化多相混合物中氣體和液體，能準確診斷井眼問(wèn)題，并有助于生產(chǎn)調整。儀器通過(guò)了三口井的現場(chǎng)測試。

　　第二種是通過(guò)測量聲速來(lái)確定兩相混合流的相組分，因為混合流體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/液混合流體系統中，同時(shí)也適用于多相混合流系統。根據混合流體的聲速確定各相流體的體積分數，就是測量流過(guò)流量計的各單相體積分數（即持率測量）。某一流體相持率是否等于該相流動(dòng)體積分數，取決于該相相對于其它相是否存在嚴重的滑脫現象。對于不存在嚴重滑脫的油水兩相混合流系統，可以用均勻流動(dòng)模型進(jìn)行分析；對于存在嚴重滑脫現象的流動(dòng)狀態(tài)，則必須應用更完善的滑脫模型來(lái)解釋流量計測量的數據，才能準確地確定各相的流量。經(jīng)流動(dòng)循環(huán)實(shí)驗表明：對于油水混合流體，流量計的長(cháng)波長(cháng)聲速測量可以確定各相體積分數（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在的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)了井下光相多相流傳感器。目前的樣品只局限在測量準均勻流體：如油、水兩相或油、水、氣三相（氣相體積份數小于20%）。為了考察這種新型的光纖多相流傳感器在生產(chǎn)井中測量油/水/氣三相的性能，CiDRA最近在一口測試井進(jìn)行了實(shí)驗。在測試井中混合了油、水和氣體，混合物包括粘度為32API的油、7%礦化度的水和礦廠(chǎng)天然氣（甲烷），測試溫度100oF，壓力2.75MPa。在0%~100%含水率范圍內，儀器測量誤差小于±5%，精度滿(mǎn)足要求。該流量計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?xún)?，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。而且除了能夠測量持水率之外，該儀器還測試了三相中氣體的體積含量，只是測試中油水的比例已知。結果表明，該儀器能夠求出以泡沫流流出型出現的液體中的氣體體積百分數。

　　2、聲波測量

　　與過(guò)去相比，勘探開(kāi)發(fā)公司如今面臨更大的風(fēng)險和更復雜的鉆井環(huán)境，因此獲得準確的地層構造圖和油藏機理具有重要意義。目前使用的地震測量方法，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)油區域的測量，但這些方法具有相對高的作業(yè)費用，不能下入井內或受環(huán)境條件的限制等，而且提供的圖像不全面、不連續，分辨率不是很高，因此難于實(shí)現連續實(shí)時(shí)油藏動(dòng)態(tài)監測。

　　基于光纖的井下地震檢波器系統能夠解決這些問(wèn)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?chē)貙訄D像，在某些情況下測量范圍能達數千英尺。它在油井的整個(gè)壽命期間運行，能經(jīng)受惡劣的環(huán)境條件(溫度達175℃，壓力達100MPa)，且沒(méi)有可移動(dòng)部件和井下電子器件，被封裝在直徑2.5cm的保護外殼中，能經(jīng)受強的沖擊和振動(dòng)，可安裝到復雜的完井管柱及小的空間內。此外，該系統還具有動(dòng)態(tài)范圍大和信號頻帶寬的特點(diǎn)，其信號頻帶寬度為3Hz～800Hz，能記錄從極低到極高頻率的等效響應。