光纖測試技術(shù)在稠油熱采中的應(yīng)用

趙曉（勝利油田石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257000）

光纖測試技術(shù)在稠油熱采中的應(yīng)用

趙曉（勝利油田石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257000）

隨著光纖光柵測溫測壓和分布式光纖測溫技術(shù)的成熟，光纖測試技術(shù)越來越多的應(yīng)用于油田監(jiān)測領(lǐng)域，光纖測試技術(shù)因本身具有的穩(wěn)定性、長效性和實時性等特點，已經(jīng)部分取代了傳統(tǒng)電子監(jiān)測技術(shù)，而成為首選的油井監(jiān)測方法。本文主要對稠油熱采開發(fā)方式中，不同的光纖測試技術(shù)和測試工藝進行了分類總結(jié)，并主要介紹勝利油田高溫分布式光纖應(yīng)用技術(shù)，最后對光纖測試技術(shù)的發(fā)展前景予以展望。

勝利油田；稠油熱采；光纖

1 光纖測試技術(shù)在稠油熱采中的現(xiàn)狀

目前稠油油田多已進入多輪次吞吐、高含水開發(fā)階段，為提高稠油油藏的采收率，對全井筒進行實時溫度監(jiān)測，井下測試技術(shù)可使工程人員及時了解井筒溫度變化，為油藏動態(tài)分析、汽驅(qū)方案調(diào)整、現(xiàn)場注采管理及調(diào)整提供依據(jù)。目前應(yīng)用的井下高溫測溫儀表都屬于點式傳感器，只能在任一時間內(nèi)測量單點的溫度，要測試全井范圍的溫度，即獲取整個井筒內(nèi)一段間隔處的溫度數(shù)據(jù)，點式傳感器只能在井中來回移動才能實現(xiàn)，這樣不可避免破壞井筒內(nèi)熱平衡，而且難測出各點同一時刻的溫度值。近年興起的分布式光纖測溫技術(shù)因具有全井段分布式及實時在線監(jiān)測等優(yōu)點，開始在油田監(jiān)測領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2 光纖測試機理

2.1 光纖傳感原理

光纖傳感器則是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置，光纖本身就是傳感器，主要由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖的）、光接收器、信號處理系統(tǒng)以及光纖組成。

以電為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的傳感器是一種把測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的電信號的裝置。

圖2 光纖傳感原理

井下光纖傳感系統(tǒng)由位于地面的信號解調(diào)器、井下光纜、光纜端部的光纖傳感器三部分組成。井下光纖傳感系統(tǒng)的原理是：信號解調(diào)器內(nèi)置井下溫度剖面解調(diào)器與井下壓力解調(diào)器兩個模塊。井下溫度剖面解調(diào)器中的半導(dǎo)體激光器發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的光脈沖，輸送到光纜中。

2.2 分布式光纖測溫技術(shù)

分布式光纖測溫系統(tǒng)的基本工作原理為：在同步控制單元的觸發(fā)下，激光器產(chǎn)生一個大功率光脈沖，經(jīng)過光路耦合器后進入一段放置在恒溫槽中的光纖（用于系統(tǒng)標定），然后進入傳感光纖，傳感光纖發(fā)生的攜帶溫度信息的自發(fā)拉曼散射光中的背向成分沿原路返回，通過分光器后分為兩束光，下接兩個不同中心波長的濾波器，對應(yīng)濾出斯托克斯光和反斯托克斯光，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號后送入數(shù)據(jù)采集與處理單元。在數(shù)據(jù)采集與處理單元中，包括了電信號放大、去噪、算法，最后輸出溫度值。

分布式光纖技術(shù)指標：（1）設(shè)計壽命3年；（2）空間分辨率0.25m；（3）溫度測量范圍0-350℃；（4）溫度測量精度±0.5℃。

對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。

3 光纖測試技術(shù)在熱采中應(yīng)用

3.1 蒸汽吞吐中應(yīng)用

通過在線監(jiān)測蒸汽吞吐的全過程，智能分析這一注采周期中的油層動用程度，分析預(yù)測轉(zhuǎn)抽數(shù)據(jù)。綜合分析以上數(shù)據(jù)，分析射孔位置影響、油層地質(zhì)綜合情況和油藏參數(shù)，調(diào)整注汽管柱、注汽參數(shù)和強度，制定下周期注汽熱采方案。

該技術(shù)國內(nèi)最早在遼河油田進行了現(xiàn)場應(yīng)用，2009年勝利油田現(xiàn)河采油廠在草橋的一口注汽井中安裝了光纖光柵測試儀進行了注汽、燜井監(jiān)測，取得了井下注汽和燜井數(shù)據(jù)，2010年勝利石油開發(fā)中心在鄭411油田的一口油井中安裝了光纖光柵測試儀進行了地層溫度場合壓力場的監(jiān)測。

3.2 蒸汽驅(qū)中應(yīng)用

針對蒸汽驅(qū)油藏，要想有效進行開發(fā)，就需要了解稠油油藏汽驅(qū)時的注汽井的注汽情況，生產(chǎn)井生產(chǎn)情況和汽驅(qū)突破情況：

識別汽驅(qū)層位，判斷注汽與生產(chǎn)之間的連通程序，診斷油層受效程度及效果。

1995年分布式光纖（DTS）首次在加利福尼亞的油井中投入商業(yè)應(yīng)用，光纖DTS具備了260℃下正常測溫的能力，證明光纖DTS是蒸汽驅(qū)油井理想的監(jiān)控儀器。

2008年5月錦45塊II類稠油蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗全面轉(zhuǎn)驅(qū)，在中心井組附近采用￠40mm空心油管完井3口，并下入測溫光纖，實時監(jiān)測地層溫度場變化，測溫光纖全部引入光纖監(jiān)測中心，實現(xiàn)了區(qū)塊溫度場的連續(xù)監(jiān)測。

3.3 SAGD中應(yīng)用

SAGD開采過程中，對油藏開發(fā)狀態(tài)的分析和進行相應(yīng)調(diào)整是必要的。連續(xù)蒸汽腔的形成分析、注汽速度對原油產(chǎn)量和產(chǎn)能的影響分析、注汽井與生產(chǎn)井間的連通性分析需要井下動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 應(yīng)用前景

4.1 水平井汽驅(qū)注汽井高溫分布式光纖測溫技術(shù)

采用分布式光纖測溫技術(shù)實現(xiàn)0.25m的間隔，溫度370℃以上的光纖測試，實現(xiàn)汽驅(qū)觀察井全井筒及水平吸汽段的溫度場監(jiān)測，配套注汽井井溫解釋軟件，分析水平段吸汽情況，分析各部位汽竄發(fā)生規(guī)律，為水平井汽驅(qū)工業(yè)化推廣提供依據(jù)。

4.2 分布式光纖測溫及F-P（或Brag光纖）測壓的連續(xù)鎧裝光纜測試裝置

采用分布式光纖測溫技術(shù)實現(xiàn)0.5m的間隔，溫度380℃以上的光纖測試，實現(xiàn)熱采井，從注汽、燜井、到生產(chǎn)的全過程溫度剖面監(jiān)測，尤其是針對水平井全井段的監(jiān)測，對提高水平井注汽熱效率、水平段的動用程度具有重要的開發(fā)意義。對稠油熱采新工藝的實施及推廣具有重要的意義。