【儀器儀表商情網(wǎng) 產(chǎn)品應(yīng)用】隨著科技日新月異的發(fā)展，傳感器的類(lèi)型也越來(lái)越多。光纖傳感器是一種新型傳感技術(shù)，現(xiàn)目前在航天航空、交通運(yùn)行、石油和天然氣上都廣泛使用。本文主要針對(duì)光纖傳感器在石油測(cè)井中的應(yīng)用，進(jìn)行詳細(xì)敘述。
在油田的開(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)程。為了開(kāi)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(kāi)發(fā)的水平作出貢獻(xiàn)。
1、儲(chǔ)層參數(shù)監(jiān)測(cè)
(1) 壓力監(jiān)測(cè)
由于開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(xiāo)售。
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) 。
分布式光纖溫度傳感器具有通過(guò)沿整個(gè)完井長(zhǎng)度連續(xù)性采集溫度資料來(lái)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(lái)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(wú)須在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)來(lái)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(wèn)題和解決方法為：
a. 光纖以及連接器對(duì)信號(hào)的衰減問(wèn)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(guó)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(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(zhǎng)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)。
