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現(xiàn)有的各種井下光學傳感系統(tǒng)將為真正實現(xiàn)油氣田生產(chǎn)優(yōu)化和智能完井系統(tǒng)提供重要的技術、裝備保證。以各類光學技術為基礎的應用型設備，正在不斷進入油氣田領域，威德福公司的永置式光學一體化系統(tǒng)已經(jīng)使全方位井下監(jiān)測成為現(xiàn)實。

永置式光學井下監(jiān)測系統(tǒng)

評價永置式井下監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)劣，最重要的指標就是：是否可以長期穩(wěn)定地向地面?zhèn)魉蜏蚀_可靠的井下數(shù)據(jù)。經(jīng)過十多年在油氣行業(yè)的不斷使用和技術更新，威德福公司的永置式光學井下監(jiān)測系統(tǒng)（如圖1）在業(yè)內(nèi)已成為應用范圍最廣、使用工況條件最寬、設計使用年限最長的井下設備系統(tǒng)。

具體來說，威德福的永置式光學井下監(jiān)測系統(tǒng)的特點包括：更小的物理尺寸，綜合包含更多的監(jiān)測內(nèi)容；更好的抗高溫能力，包括數(shù)據(jù)傳輸通道，可應用于超過1000℃的惡劣環(huán)境；更高的可靠性，最簡化的傳感單元；高抗干擾能力，不受來自無線電和供電系統(tǒng)的影響；無火花隱患，防火安全。而且光學數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)也具有更高的信號可靠性，以及數(shù)據(jù)密度和更長的數(shù)據(jù)傳輸距離。

迄今為止，威德福永置式井下光學系統(tǒng)已廣泛應用于油氣工業(yè)。首先，該系統(tǒng)已成功地應用在智能完井系統(tǒng)中，并成為很多油公司智能完井系統(tǒng)的標準配置。同時，該系統(tǒng)也已成功應用在深水油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中，突破了水下垂直 / 水平井口穿越、水下井口接頭、遠距離通訊等多項深水系統(tǒng)的技術瓶頸。

該系統(tǒng)包括以下傳感器：壓力、溫度計、分布式感溫系統(tǒng)（DTS）、單相及多相流量計、地震檢波器（站）。如圖1所示，永置式光學系統(tǒng)的主要部件有井下傳感單元（Transducers）、光纜（cables & connectors）、井口穿越工具（WellHead Equipment）、地面光學、數(shù)據(jù)設備（Surface Instrumentation）。下面做詳細介紹。

永置式光學

系統(tǒng)組成及其特點

光纖、光纜 如圖2、圖3所示，永置式光學井下監(jiān)測系統(tǒng)所使用的光纖包括單模和多模兩種。光纜可提供對內(nèi)部光纖的保護，使之不遭受外界因素的影響，如拉伸力、剪切力、濕度、彎曲、腐蝕等?，F(xiàn)在的應用光纜包括兩個尺寸：外徑1/8英寸和外徑1/4英寸。

常用的光纜為外徑1/4”，外鋼套管材質(zhì)為Inc825，最高應用溫度可達175℃，可容納3根或4根光纖。而外徑1/8”的光纜應用溫度為100℃以下。

光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Gratings） 光纖布拉格光柵是依賴波長的反射體，可以被高能UV激光束刻入光纖的玻璃內(nèi)核（glass core），并記錄其折射率（refractive index）。這些被寫入的光柵對不同波長入射光產(chǎn)生不同的折射率。當入射光束通過光柵時，大部分的光繼續(xù)傳輸，而對應光柵較高折射率的部分被反射了回去，如圖4。光纖布拉格光柵應用于光學流量計、壓力/溫度計和地震檢波器。應用于流量計的光柵采用干涉?zhèn)鞲小?/p>

壓力和溫度 永置式壓力傳感器的數(shù)據(jù)，不僅可以用來描述油氣藏的規(guī)模和它的壓力降，還可以通過井下長時間的壓力計監(jiān)視獲取油藏壓力的變化值，是一種新的油藏生產(chǎn)管理方法。根據(jù)永置式壓力計的特點，特別針對測試周期長或生產(chǎn)任務緊的高產(chǎn)油氣井，建立長時間的壓力與產(chǎn)能監(jiān)測，監(jiān)控油藏壓力在變流量條件下的數(shù)學模型，利用壓力計及時獲取生產(chǎn)參數(shù)，和快速計算壓力響應, 應用非線性優(yōu)化技術進行油氣井全生產(chǎn)狀態(tài)自動擬合，能夠有效地確定油藏參數(shù)。該類似壓力監(jiān)測功能，已成功地應用于遼河油田的熱采監(jiān)測過程，取得較大收益。

第一套應用于水下油田的永置式光學系統(tǒng)在1996年安裝于Guillemot油田。殼牌（Shell）的Heron及Egret油田也在1998至1999年相繼安裝了多口水下油田監(jiān)測系統(tǒng)。

簡單的結構和單純的測量通道（如圖5），使現(xiàn)在的光學監(jiān)測系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。公司從1999年6月開始針對光學傳感器穩(wěn)定性的試驗，傳感器在150℃，5000psi的工況條件下，經(jīng)過6年的測試，沒有出現(xiàn)任何原點漂移。通過加速老化試驗，表明光學壓力計的使用壽命可達20年以上。目前光學壓力、溫度監(jiān)測系統(tǒng)的最高使用溫度為175℃，壓力范圍為20,000psi。壓力測量精度為全量程0.01%（±2psi），分辨率達到0.03psi以下。溫度測量精度為0.1℃，分辨率小于0.02℃。

分布式感溫系統(tǒng)（DTS） 2001年，威德福將DTS技術結合到其光學永置式壓力、溫度監(jiān)測系統(tǒng)中。應用DTS技術的光纖被組裝到支持光學壓力、溫度計的光纜內(nèi)，這個重要的技術進步徹底結束了一口井需要兩根纜線分別測量壓力和溫度剖面的歷史。

至今，DTS系統(tǒng)在油氣田生產(chǎn)中得到廣泛的應用，主要應用領域包括單井溫度剖面；產(chǎn)出和注入剖面；識別井的潛在問題；監(jiān)測水，氣或蒸汽的突入；氣舉優(yōu)化；電潛泵監(jiān)測等。

相及多相流量計 井內(nèi)的流體性質(zhì)是不斷變化的，流量計必須適用于不穩(wěn)定的多相流體而無需進行反復標定。永置式井下流量計（如圖6）的應用范圍包括：

減少地面測試設備、服務，通過使用井下三相流量測量工具，節(jié)省地面、平臺上的分離測試設備，避免了進行常規(guī)測井時的安全問題；在多層完井時，井下流量計可準確提供每個產(chǎn)層的產(chǎn)能信息，確定主力產(chǎn)層位置及各層產(chǎn)水的情況；早期識別儲層流體流動方向，對水錐、氣侵等因素導致的生產(chǎn)壓力變化和產(chǎn)量突變起到及時監(jiān)測的作用；在生產(chǎn)井的開采初期階段，實時監(jiān)測油藏，為油藏和采油工程師提供可視化的動態(tài)分析數(shù)據(jù)來源；自動控制生產(chǎn)井的排液，減少生產(chǎn)壓差不穩(wěn)定而造成的分離器分流不及，激動油藏流體穩(wěn)定流，而降低穩(wěn)產(chǎn)周期的現(xiàn)象，實現(xiàn)快速穩(wěn)產(chǎn)和最優(yōu)化、最佳產(chǎn)能的目的；井下流量計數(shù)據(jù)，可應用于分層動態(tài)分析、小層精細對比、剩余油研究及挖潛等油藏研究技術；光纖傳感器可以提供井筒多項流的監(jiān)測精度，為油藏單井單層生產(chǎn)監(jiān)測提供可靠數(shù)據(jù)；實時的井下流量和壓力信息可以直接確定井的生產(chǎn)指數(shù)，無需修井。

地震檢波器 光纖傳感器是目前最好的地震波監(jiān)測手段，如圖7、圖8、圖9。永置式安裝的系統(tǒng)可以應用于寬泛的油藏成像和監(jiān)測領域。實時更新的3-D數(shù)據(jù)錄取、處理和可視化成像使油藏專家可以直接“看到”油藏和實質(zhì)性地“進入”井下，達到生產(chǎn)目標。時間推移4-D地震監(jiān)測更可以動態(tài)地描述油藏的流動生產(chǎn)。