石油测井中光纤传感器的应用

2015-02-23张荣王向鹏张剑

地球 2015年10期

关键词：油井测井光纤

■张荣王向鹏张剑

（成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室四川成都 610059；2山西焦煤汾西矿业集团山西介休 032000）

石油测井中光纤传感器的应用

■张荣1王向鹏1张剑2

（成都理工大学地球探测与信息技术教育部重点实验室四川成都 610059；2山西焦煤汾西矿业集团山西介休 032000）

本文从流量测量、温度及压力测量、密度测量等角度分析光纤传感器测井原理，并以石油测井工作为例，分析如何运用光纤传感器技术实现对持气率、温度及压力的测定，简单总结光纤传感器在石油测井行业运用存在的问题以及发展趋势，供同行参考和借鉴。

石油测井光纤传感器测量持率

1 光纤传感器测井原理

1.1 流量测量

光纤传感器运用光检测方法将光的强度、相位、频率、波长等受到的流量调制量转化成电信号，进而求解出流体流量。

1.2 温度及压力测量

分布式光纤传感器具有温度效应，其能利用光纤后向拉曼散射原理，实现光纤所在位置温度场的实时动态性检测，这是光纤传感器温度测量的基本原理；非本征F-P腔型光纤传感器则是一种波长编码型传感器，能实现对温度、压力、应力等指标的实时测量。

1.3 含水(气)率及密度测量

U型光纤以光波为载体，随着介质折射率的变化而智能化改变传输功率。在测井工作中，油、气、水混合在一起形成混合流体，这个混合流体会因为三者配合比的不同而出现折射率的不同，光纤传感器则会根据折射率的变化而发生传输功率的变化，从而实现对井内流体持率、密度等的测量，精度非常高。

1.4 声波测量

声波测量原理就是：通过光纤传感器获取测井地层中的声学性质资料，从而对这些声波进行分析，确定地层的性质、井眼的工作状况等。

1.5 自然伽马测量

在石油测井工作中，自然伽马测量是一种以地层自然放射性为基础，以伽马射线探测器进行井眼的测量工作。由于地层自然发射性会随着油井的开发而发生相应的变化，因此我们常用其来判断岩性。在自然伽马射线测量中，运用激光型光纤传感器，实现多点的实时准确性探测，对射孔进行全方位的跟踪定位测量。

1.6 光学电视测井

光学电视测井是一个完善的系统，是由光学电视、光缆、视频设备、绞车系统等组成的，光纤光缆、光纤传感器、专用连接器组成传输光缆，保证传输速率以及光缆的抗击打能力。

2 光纤传感器在石油测井中的应用

2.1 光纤传感器测定持率

持率测定是石油测井工作的一个重要目标，持率是判断油井生产剖面的一个重要指标，对于油井开采找准产油层、提高产油量具有重要现实意义。目前在持率测定上多采用电容法持水率、伽马持水率、波导持水率等，前两种方法在油井含水率≤30%的情况下测定油井的持水率、分辨气-液等具有重要积极作用，这时油井处于初步开发时期，而目前我国的油井开发多进入高含水率时期，因此运用前两种方法无法取得最佳效果。光纤传感器的出现解决了持率测量问题，前文已经介绍光纤传感器在石油测井中持率、密度等的测量原理。可见，运用光纤传感器测定油井持率十分可靠。

油的折射率为1.48-1.50、水的折射率为1.33、气的折射率为1；三者之间差异巨大，而且光的特性与混合体的电阻率无关，因此运用U型光纤传感器测量水中的含油率、油中的含水率、水中的含气率、油中的含气率等非常灵敏。美国斯伦贝谢公司研发出持气率光纤传感器，其能在多相流体中直接测量出持气率。该设备设有4个光纤探头，被均匀的布置在井筒横剖面上，并运用一个相对方位传感器测量出t在多相混合体中的空间方位，运用探头反射出的光信号来判断持气率以及泡沫量。最为关键的一点是，这4个探头均能显示出气体流动图像，在斜井、水平井的持气率测量上具有重要实践意义，有助于工作人员准确喷段出油井的井眼，从而科学调整生产管理方案。

2.2 非本征F-P腔型光纤传感器测量压力、温度

如图1所示为非本征F-P腔型光纤传感器测量温度、压力的原理，SLED发出宽带光，并耦合到多模光纤中，接着传递给传感器，F-P腔反射回的信号传给微型光谱仪，并通过计算机系统对光谱的分析，计算出F-P腔的腔长，从而确定其对应的温度以及压力。

图1 非本征F-P腔型光纤传感器系统原理

3 光纤传感器石油测井存在的问题和发展前景

随着光纤传感器的快速发展以及其在社会经济生活中的广泛应用，其在石油测井中的应用优势得到业内认可，但是目前还没能实现大力推广应用，这是因为其在石油测井工作中的应用还存在一些问题，主要是：（1）光纤和接头容易损坏，故而其稳定性受到质疑；（2）存在光信号损耗问题；（3）导管悬挂器连接头以及光纤接头的设计问题；（4）安装问题。虽然光纤传感器在石油测井中的应用还存在许多问题有待解决，但不可否认的是其在石油测井中的应用已成为必然发展趋势。到目前为止，全球各石油公司积极投入巨资进行光纤传感器的研究，例如：研究如何运用光纤传感器进行石油储层的分析评价。同时，还有许多光纤传感器研发机构也积极致力于光纤传感器在石油测井工作中运用的研究，不断完善光纤传感器，克服现有的缺陷，推动其在石油测井领域的广泛应用，为石油开采提供更加准确、可靠的信息。