高温水平井SAGD连续光纤温度压力监测.doc

高温水平井连续光纤温度压力监测

目前大多数稠油区块已进入高轮次的蒸汽吞吐阶段。为提高油藏的采收率，势必进行吞吐后开采方式的转换。SAGD开采方式是目前比较有效的开发方案之一，其需要对井下蒸汽腔的压力和温度分布进行了解。利用监测系统取得的温压资料是进行注采参数优化和调整的依据。
光纤监测具有测量温度点覆盖面广的特点，能够充分发现注汽过程中的温度突破点。通过对水平井段温度压力的长期动态监测，来实时了解生产井段的温压以及蒸汽腔的发育情况。
光纤实际是指由透明材料作成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料作成的包层所被覆，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。近年来，随着光纤传感技术的发展，温度漂移和光纤的氢损问题一直困扰着人们，成为光纤传感发展的技术瓶颈。
光纤分布测温原理
当激光耦合入传感光纤后，在高能脉冲向前传播的同时，产生后向喇曼散射，通过采集光谱中的Stokes和Antistokes两个光谱，其中Antistokes光的强度与温度相关，通过相关算法解调出分布温度值。相关公式如下：
光纤分布测温的解调方式是属于强度解调，采集的数据信号非常弱，采集频率非常高，通常达到200M，通过数万次采集的数据叠加，从噪声中提取数据。因此，DTS光纤分布测温解调原理致使光纤分布温度存在温度漂移现象。
光纤F-P腔温度传感器原理
当地面激光光源向光纤耦合一束激光，传导到井下的F-P腔光纤温度传感器，根据热胀冷缩原理，当外界的温度发生变化时，F-P腔的尺寸发生变化，从而导致光纤温度传感器反射的光谱发生变化，通过地面温度解调仪接收反射光谱，并经过波长解调和温度标定，得到井下传感器所在位置点的温度。
光纤F-P腔温度传感器是采用波长解调方式，具有精度高，传输距离远的优点（最远可达30Km）。缺点是光纤F-P腔温度传感器只能手工制作，成本高，并且具有温压交叉敏感性，因此，在使用时必须与压力隔绝。
分布温度存在的问题
DTS仪器造成的温度漂移
左图是国外某公司光纤分布测温仪器测得的典型的分布温度数据曲线。在２４小时（1次/小时）内常规光纤分布测温仪器测得的温度数据曲线中可以看到在低温段测试温度波动最大达到５℃，高温段测试温度波动最大达到２４℃。

通过在井口以下设置两个温度校正点，即在高温段设置一个光纤温度传感器，在井口设置一个光纤温度传感器或者热电偶进行分布温度校正。下图是通过光纤温度传感器校正后２４小时（1次/小时）内分布温度的测试曲线，在测得的温度数据曲线中可以看到在低温段测试温度的误差最大只有1℃，高温段测试温度误差的最大也只有１℃。

光纤氢暗问题
在油井的富氢条件下，长期使用的普通高温光纤的损耗会大幅增加，进而严重影响光纤温度的测量精度，甚至无法测量。使用抗氢损高温光纤可以有效避免上述问题。氢暗特点是光纤上分布的不均匀性，下面是普通高温光纤和抗氢损高温光纤在相同条件下的损耗实验。可见普通高温光纤随着温度的升高损耗急剧加大，而抗氢损高温光纤的损耗基本不变。

光纤氢暗的原因
光纤的氢损，是氢气扩散入光纤玻璃之中，同时和玻璃中的缺陷发生反应，在一些特征波长上造成光纤衰减增加的过程，这种过程包括物理过程和化学过程两个方面。物理过程主要是指氢气在光纤玻璃中的扩散过程，这个过程中，氢分子并未和玻璃的缺陷发生反应，因此其造成的氢损也仅仅和氢分子的特征振动有关。氢损的化学过程在于氢分子在玻璃中扩散的同时，氢将和玻璃中存在的缺陷发生反应，形成某些特定的化学键，这些化学键的本征振动或高次振动模，同样会在其特征波长上造成衰减增加。
防氢暗设计
光缆加阻氢保护层（316，铝，镍合金825）
光缆光纤的U型设计
光缆氮气溢出和压力保持
DTS设备的双光源设计
DTS设备的氢暗检测校正设计
采用防氢暗光纤（纯石英芯无锗，无缺陷光纤）
采用吹光纤技术
光纤传感器核心问题
由于封装材料热膨胀系数差异非常大（石英：5.5×10-7/℃；金属:>100×10-7/℃），造成传感器封装非常困难；
温度和压力的交叉敏感；
石英材料在外界高温高压环境下的弹性模量的不稳定性；
由于石英材料本身的空隙度，在高温高压环境下外界小分子气体渗入压力传感器；
因此，高温高压条件下光纤压力传感器是失败的。
毛细管测压原理
SAGD温度压力动态监测系统压力测试应用毛细管测压的原理。当毛细管内氮气压力与井下压力平衡时，地面测得的压力与井下实际压力相关。经过计算可得到井下实际压力。
利用开井和生产期间的光纤温度数据，通过多源数据模型，定性计算水平段的液体产出情况。
同时也可利用生产期间和停产期间的光纤温度数据，通过温度响应模型，定性计算水平段的液体产出情况。
亦可通过开井和停产期间的光纤温度数据，了解蒸汽腔的收效情况。
光纤温度毛细管压力测试系统除具有抗干扰