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現(xiàn)有的各種井下光學(xué)傳感系統(tǒng)將為真正實(shí)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(shù)、裝備保證。以各類光學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用型設(shè)備，正在不斷進(jìn)入油氣田領(lǐng)域，威德福公司的永置式光學(xué)一體化系統(tǒng)已經(jīng)使全方位井下監(jiān)測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。
永置式光學(xué)井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
評(píng)價(jià)永置式井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)劣，最重要的指標(biāo)就是：是否可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地向地面?zhèn)魉蜏?zhǔn)確可靠的井下數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)十多年在油氣行業(yè)的不斷使用和技術(shù)更新，威德福公司的永置式光學(xué)井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如圖1）在業(yè)內(nèi)已成為應(yīng)用范圍最廣、使用工況條件最寬、設(shè)計(jì)使用年限最長(zhǎng)的井下設(shè)備系統(tǒng)。
具體來(lái)說(shuō)，威德福的永置式光學(xué)井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：更小的物理尺寸，綜合包含更多的監(jiān)測(cè)內(nèi)容；更好的抗高溫能力，包括數(shù)據(jù)傳輸通道，可應(yīng)用于超過(guò)1000℃的惡劣環(huán)境；更高的可靠性，最簡(jiǎn)化的傳感單元；高抗干擾能力，不受來(lái)自無(wú)線電和供電系統(tǒng)的影響；無(wú)火花隱患，防火安全。而且光學(xué)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)也具有更高的信號(hào)可靠性，以及數(shù)據(jù)密度和更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸距離。
迄今為止，威德福永置式井下光學(xué)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于油氣工業(yè)。首先，該系統(tǒng)已成功地應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)配置。同時(shí)，該系統(tǒng)也已成功應(yīng)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(yuǎn)距離通訊等多項(xiàng)深水系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸。
該系統(tǒng)包括以下傳感器：壓力、溫度計(jì)、分布式感溫系統(tǒng)（DTS）、單相及多相流量計(jì)、地震檢波器（站）。如圖1所示，永置式光學(xué)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(xué)、數(shù)據(jù)設(shè)備（Surface Instrumentation）。下面做詳細(xì)介紹。
永置式光學(xué)
系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)
光纖、光纜 如圖2、圖3所示，永置式光學(xué)井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所使用的光纖包括單模和多模兩種。光纜可提供對(duì)內(nèi)部光纖的保護(hù)，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(yīng)用光纜包括兩個(gè)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(yīng)用溫度可達(dá)175℃，可容納3根或4根光纖。而外徑1/8”的光纜應(yīng)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(zhǎng)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(xiě)入的光柵對(duì)不同波長(zhǎng)入射光產(chǎn)生不同的折射率。當(dāng)入射光束通過(guò)光柵時(shí)，大部分的光繼續(xù)傳輸，而對(duì)應(yīng)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(yīng)用于光學(xué)流量計(jì)、壓力/溫度計(jì)和地震檢波器。應(yīng)用于流量計(jì)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(lái)描述油氣藏的規(guī)模和它的壓力降，還可以通過(guò)井下長(zhǎng)時(shí)間的壓力計(jì)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(jì)的特點(diǎn)，特別針對(duì)測(cè)試周期長(zhǎng)或生產(chǎn)任務(wù)緊的高產(chǎn)油氣井，建立長(zhǎng)時(shí)間的壓力與產(chǎn)能監(jiān)測(cè)，監(jiān)控油藏壓力在變流量條件下的數(shù)學(xué)模型，利用壓力計(jì)及時(shí)獲取生產(chǎn)參數(shù)，和快速計(jì)算壓力響應(yīng), 應(yīng)用非線性優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行油氣井全生產(chǎn)狀態(tài)自動(dòng)擬合，能夠有效地確定油藏參數(shù)。該類似壓力監(jiān)測(cè)功能，已成功地應(yīng)用于遼河油田的熱采監(jiān)測(cè)過(guò)程，取得較大收益。
第一套應(yīng)用于水下油田的永置式光學(xué)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(cè)系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和單純的測(cè)量通道（如圖5），使現(xiàn)在的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。公司從1999年6月開(kāi)始針對(duì)光學(xué)傳感器穩(wěn)定性的試驗(yàn)，傳感器在150℃，5000psi的工況條件下，經(jīng)過(guò)6年的測(cè)試，沒(méi)有出現(xiàn)任何原點(diǎn)漂移。通過(guò)加速老化試驗(yàn)，表明光學(xué)壓力計(jì)的使用壽命可達(dá)20年以上。目前光學(xué)壓力、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最高使用溫度為175℃，壓力范圍為20,000psi。壓力測(cè)量精度為全量程0.01%（±2psi），分辨率達(dá)到0.03psi以下。溫度測(cè)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(shù)結(jié)合到其光學(xué)永置式壓力、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。應(yīng)用DTS技術(shù)的光纖被組裝到支持光學(xué)壓力、溫度計(jì)的光纜內(nèi)，這個(gè)重要的技術(shù)進(jìn)步徹底結(jié)束了一口井需要兩根纜線分別測(cè)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(yīng)用，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括單井溫度剖面；產(chǎn)出和注入剖面；識(shí)別井的潛在問(wèn)題；監(jiān)測(cè)水，氣或蒸汽的突入；氣舉優(yōu)化；電潛泵監(jiān)測(cè)等。
單相及多相流量計(jì) 井內(nèi)的流體性質(zhì)是不斷變化的，流量計(jì)必須適用于不穩(wěn)定的多相流體而無(wú)需進(jìn)行反復(fù)標(biāo)定。永置式井下流量計(jì)（如圖6）的應(yīng)用范圍包括：
減少地面測(cè)試設(shè)備、服務(wù)，通過(guò)使用井下三相流量測(cè)量工具，節(jié)省地面、平臺(tái)上的分離測(cè)試設(shè)備，避免了進(jìn)行常規(guī)測(cè)井時(shí)的安全問(wèn)題；在多層完井時(shí)，井下流量計(jì)可準(zhǔn)確提供每個(gè)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(shí)別儲(chǔ)層流體流動(dòng)方向，對(duì)水錐、氣侵等因素導(dǎo)致的生產(chǎn)壓力變化和產(chǎn)量突變起到及時(shí)監(jiān)測(cè)的作用；在生產(chǎn)井的開(kāi)采初期階段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油藏，為油藏和采油工程師提供可視化的動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)來(lái)源；自動(dòng)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(dòng)油藏流體穩(wěn)定流，而降低穩(wěn)產(chǎn)周期的現(xiàn)象，實(shí)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(jì)數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于分層動(dòng)態(tài)分析、小層精細(xì)對(duì)比、剩余油研究及挖潛等油藏研究技術(shù)；光纖傳感器可以提供井筒多項(xiàng)流的監(jiān)測(cè)精度，為油藏單井單層生產(chǎn)監(jiān)測(cè)提供可靠數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)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(wú)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(cè)手段，如圖7、圖8、圖9。永置式安裝的系統(tǒng)可以應(yīng)用于寬泛的油藏成像和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。實(shí)時(shí)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(shí)質(zhì)性地“進(jìn)入”井下，達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。時(shí)間推移4-D地震監(jiān)測(cè)更可以動(dòng)態(tài)地描述油藏的流動(dòng)生產(chǎn)。
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