光纤测温技术在油田开发中的应用

摘要：光纤测温技术已开始应用于油田的开发监测项目当中。该技术可以将油水井各点温度实时显示出来，突出时效性，整体趋势性。这样油水井管理者就可以通过油水井的温度分布判断该井的状况，尤其采蒸汽热采工艺的蒸汽驱井、蒸汽吞吐井、热采水平井中，通过其产层温度的高低，可以判断产层吸汽能力的差异，继而评价注蒸汽的效果。

关键词：光纤温度传感器；测井；井下监测

前言：

在油田的开发过程中，人们需要知道在产液或注水过程中有关井内流体的持性与状态的详细资料，这就要用到石油测井，其可靠性和准确性是至关重要的，而传统的电子基传感系统已无法在井下恶劣的环境诸如高温、高压、腐蚀、地磁地电干扰下工作。而光纤传感系统可以克服这些困难，其对电磁干扰不敏感而且能承受极端条件，包括高温、高压（几十兆帕以上）以及强烈的冲击与振动，可以高精度地测量井筒和井场环境参数。

光纤测温技术是利用目前在通讯领域大量采用的光纤经过特殊加工制成传感器件的光电技术。此技术可以长距离大范围多点温度测量，每口井只需一条光纤就可以连续测量井中任何一点的温度，具有防燃、防爆、抗腐蚀、耐高温、测量范围广、定位精度高和使用方便等优点。

一、测量原理及系统结构

1.测量原理

光纤测温的机理是依据后向拉曼散射光谱的温度效应。拉曼散射光由反斯托克斯（anti-Stokes）光和斯托克斯（stokes）光两种不同波长的光组成。前者对温度特别敏感，而后者与温度关系很小。为消除光源波动和光纤弯曲等影响，提高测温准确度。采anti-Stokes光和Stokes光强度的比值来解调温度信号，基于DSP系统的信号处理单元完成对雪崩二极管（APD）光电探测器输出信号的放大、采样和处理，并解调出温度。

2.光纤温度传感系统的结构

分布式光纤井下温度测试系统分光纤传感器、终端机、工控电脑三个部分。光纤传感器既是信号的传输通道，又是温度传感器，其主要是由高纯度的绝缘材料石英组成，具有不受电场、磁场诱导干扰，耐高温、抗腐蚀等异性能，能在各种油田野外恶劣环境下工作。终端机是系统的核心组成部分，其主要功能是实现信号的发射、接收、滤波、放大和信息处理，数据分析和输出。实现系统的控制、信号处理、显示、储存和打印以及外部其它扩展功能的实现。

二、光纤测温技术的应用

光纤测温技术利用光纤技术为成千上万个监控点提供温度测量。这一日趋成熟的技术能够精确发送实时温度情况该系统利用光时域反射（0TDR）技术、激光拉曼光谱技术，经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大、信号处理，并将温度信息实时显示出来。分布式光纤传感技术能快速多点测量并定位等优点，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里的范围，空间定位精度达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量。

光纤测温技术具有通过沿整个完井长度连续性采集温度资料来提供一条监测生产和油层的新途径的潜力。因为井的温度剖面的变化可以与其它地面采集的资料（流量、含水、井口压力等）以及裸眼测井曲线对比，从而为操作者提供有关出现在井下的变化的定性和定量信息。传统的测温工具只能在任何给定时间内测量某个点的温度，要测试全范围的温度，点式传感器只能在井中来回移动才能实现，不可避免地对井内环境平衡造成影响。光纤分布式温度传感器的优势在于光纤无须在检测区域内来回移动，能保证井内的温度平衡状态不受影响。而且由于光纤被置于毛细钢管内.因此凡毛细钢管能通达的地方都可进行光纤分布式温度传感器测试。

光纤测温技术要综合考虑测量的点数和连接器衰减，遇到的问题和解决方法为：

（1）光纤以及连接器对信号的衰减问题，解决的方法为尽量减少连接器的数目、采用布喇格光纤光栅传感器以及改进连接器的性能。（2）安装时容易损坏，解决的方法为进行现场技术培训。另外，光纤传感器需要外部保护层、减小应力（包括射孔和温度引起的应力）。（3）多相流监测。为了做好油藏监控和油田管理，最关键的环节是获得生产井和注水井稳定可信的总流量剖面和各相流体的持率。然而，大多数油井分层开采，每层含水量不同，而且有时流速较大，给利用常规生产测井设备测量和分析油井的生产状况带来了巨大的困难。液体在油管中的摩阻和从油藏中向井筒内的喷射使得压差密度仪器无法准确测量，电子探头更是无法探测到液体中的小油气泡。

三、结论与展望

光纤测温技术可以将油水井每1.25米间隔的各点温度实时显示出来，突出时效性，整体趋势性。油水井管理者可以通过油水井的温度分布判断该井的状况，尤其采用蒸汽热采工艺的蒸汽驱井、蒸汽吞吐井、热采水平井中，其产层温度的高低，可以判断产层吸汽能力的差异，继而评价注蒸汽的效果。为此，光纤测温应用考虑以下方面：

1.开展注蒸汽井分时温度压力测试：对停注后闷井期间进行每天一次测试，通过资料对比分析闷井期井下温度变化，确定合理的闷井期，分析吸汽油层位置和效果。

2.蒸汽驱观察井温度测试：在蒸汽驱观察井中进行连续测试，分析吸汽层温度波动情况，判断注汽效果。

3.闷井期后利用固定式监测方式进行热采水平井温度剖面测试，分析吸汽油层位置和效果，有效解决造斜段、水平段测试难问题。

从分析可以看出，光纤测温技术以其独特的优势，可以广泛应用于石油天然气井下的温度的监测。极大地丰富了石油和天然气公司对储层的了解，便于优化油气田开采和维护。