光纖傳感器在石油測井中的應(yīng)用進(jìn)展

　　一、前言 

　　光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型傳感技術(shù)，國外一些發(fā)達(dá)國家對光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用研究已取得豐碩成果，不少光纖傳感系統(tǒng)已實(shí)用化，成為替代傳統(tǒng)傳感器的商品。  

　　在油田的開發(fā)過程中，人們需要知道在產(chǎn)液或注水過程中有關(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)，可以高精度地測量井筒和井場環(huán)境參數(shù)，同時(shí)，光纖傳感器具有分布式測量能力，可以測量被測量的空間分布，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[2～11]。 

　　光纖傳感器在地球物理測井領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)步，全世界各大石油生產(chǎn)公司、測井服務(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、開發(fā)過程。為了開拓光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，本文綜述了光纖傳感器在地球物理測井領(lǐng)域的研究與進(jìn)展，希望其研究能夠?qū)�進(jìn)一步提高石油開發(fā)的水平作出貢獻(xiàn)。 

　　二、光纖傳感器在測井上的研究進(jìn)展 

　　1、儲層參數(shù)監(jiān)測 

　�。�1） 壓力監(jiān)測 

　　由于開發(fā)方案的需要，對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)下開采所造成的原油損失，減少在注氣過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)測時(shí)，這些傳感器還涉及安裝困難、長期穩(wěn)定性差等問題。井下光纖傳感器沒有井下電子線路、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)測所必需的。 

　　美國CiDRA公司的在光纖壓力監(jiān)測研究方面處于前沿，他們的科研人員發(fā)現(xiàn)了布喇格光纖光柵傳感器對壓力的線性響應(yīng)。已開發(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量誤差，在測試范圍（0MPa ～34.5MPa） 內(nèi)，均小于±6.89kPa，相當(dāng)于電子測量系統(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：測程 0～103MPa，過壓極限129MPa，準(zhǔn)確度±41.3kPa，分辨率2.06kPa，長期穩(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)銷售。2001年該公司的壓力傳感器在英國BP公司的幾口井下安裝，監(jiān)測應(yīng)力變化，結(jié)果表明其具有足夠的可靠性。 

　　美國斯倫貝謝油田服務(wù)公司Doll研究中心的Tsutomu Yamate等人對用布喇格光纖光柵傳感器實(shí)行井下監(jiān)測進(jìn)行了長期的研究，他們研制成一種對溫度不敏感的側(cè)孔布喇格光纖光柵傳感器，最高工作溫度為300 oC，最高測量壓力82MPa，在最高測量壓力下，對溫度的靈敏度極小，可以適用于井下的壓力監(jiān)測 。 

　�。�2） 溫度監(jiān)測 

　　分布式光纖溫度傳感器具有通過沿整個(gè)完井長度連續(xù)性采集溫度資料來提供一條監(jiān)測生產(chǎn)和油層的新途徑的潛力。因?yàn)榫�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(guān)出現(xiàn)在井下的變化的定性和定量信息。傳統(tǒng)的測溫工具只能在任何給定時(shí)間內(nèi)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回移動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，不可避免地對井內(nèi)環(huán)境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳感器的優(yōu)勢在于光纖無須在檢測區(qū)域內(nèi)來回移動(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試。 

　　最廣泛地應(yīng)用于井下監(jiān)測應(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器，這種方法已經(jīng)在測量井筒溫度剖面（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量的點(diǎn)數(shù)和連接器衰減，遇到的問題和解決方法為： 

　　a. 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(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。 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：測量范圍0℃ ～175℃，準(zhǔn)確度±1℃，分辨率0.1℃，長期穩(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)。 

　�。�3） 多相流監(jiān)測 

　　為了做好油藏監(jiān)控和油田管理，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲得生產(chǎn)井和注水井穩(wěn)定可信的總流量剖面和各相流體的持率。然而，大多數(shù)油井分層開采，每層含水量不同，而且有時(shí)流速較