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1、光纤法水平井蒸汽辅助重力泄油( S A G D ) 温度压力一体化监测技术 赵业卫1 ，2 崔士斌2李洪海2 ( 1 中国石油大学( 华东) ；2 中国石油辽河油田公司) 摘要水平井蒸汽辅助重力泄油( S A G 3 ) 技术可以极大地提高采收率，但困其特殊井身结 构，井下温度压力监测一直是个难点，目前还没有好的方法。光纤是近年来发展起来的一种用于 油井监测的新型传感材料，具有耐高温、抗压、防腐、防爆和抗电磁干扰等特点，非常适台 S A G D 水平井的长期实时监测。采用分布式光纤测量系统，可以实时同步测量等步长的温度点， 实现水平井的全井段监测，采用光纤压力传感器可以实时监测井下压力，通过对
2、上述两种光纤传 感器进行一体化封装并开发地面复式光端机系统，可以实现温度压力一体化监测。 辽河油田拥有丰富的超稠油资源，在曙光、冷家等区块均有分布，仅在曙光油田超稠油 地质储量就达1 5x1 护t 以上。由于超稠油粘度高，井下不易流动，开采难度较大。国外超 稠油开发研究与试验表明，采用蒸汽辅助重力泄油( S A G D ) 技术是提高超稠油采收率的有效 手段。在蒸汽辅助重力泄油过程中，主要采取水平对井或直井+ 水平井组合方式，蒸汽通过 储层上部的水平井( 或直井) 注入，超稠油受热后靠重力泄进下方的水平井，由于水平井可增 加井筒与油层的接触面积和渗流面积，扩大加热油层的体积，提高蒸汽驱扫效率，
3、因而可以 获得较高的采收率u - 。 国外S A G D 开发表明，井下温度和压力参数的实时监测对于超稠油蒸汽辅助重力泄油开 发具有重要意义，通过S A G D 水平生产井温度压力实时监测曲线，可以详细了解油藏的蒸汽 前缘、蒸汽串槽及未波及冷点，以采取措施更有效地应用蒸汽资源，有效指导油藏开发。 辽河油田超稠油于1 9 9 6 年开始大规模开发，并于“九五”期间开展蒸汽辅助重力泄油 ( S A G D ) 研究，经过多年技术准备，于2 0 0 5 年在杜8 4 馆平1 1 、馆平1 2 两个井组进行蒸汽辅 助重力泄油( S A G D ) 先导试验，采用直井注汽水平井采油的蒸汽辅助重力泄油(
4、S A G D ) 。8 4 馆 平11 、馆平1 2 水平井采用毛细管测压、热电偶束测温的组合监测，整套监测系统全部采用 国外技术。由于受测试工艺以及井下条件制约，只实现了全井4 点测温、2 点测压，未能实 现全井段分布式井温剖面测量。其中4 个测温点位置分别在泵下、水平段人口点、水平段后 1 3 处、水平段端点；2 个测压点位置分别在泵下和水平段后1 3 处。 为解决蒸汽辅助重力泄油( S A G D ) 水平井动态监测问题，于2 0 0 3 年起开始进行S A G D 水 平井光纤温度压力永久监测技术的研究工作，目前已达到实用水平。 一、光纤温度、压力测量原理 光纤是近年来发展起来的新型
5、传感材料，利用光纤材料研制出多种传感器。国外在2 0 2 9 6 世纪9 0 年代末期将分布式光纤温度传感器应用于油井温度测量，目前已在S A G D 中得斟应 用，而光纤压力测量国内还未见应用。 ( 一】光纤温度测 光纤分布式温度测量系统包括主机( 光端机) 、分布式传感光纤和信号采集处理部分( 计 算机) 三个部分。 分布式光纤温度测量是基于光纤本身所具有的散射现象实现的，光纤既是温度传感器又 是光信号的传输通道。当某一波长的脉冲光导人光纤后，从光纤返回三种随时间变化的散射 光：l t a y l e i g n ，t l a m a n 和B r i l l o u i n ，对其中的R
6、 a m a n 后向散射光信号进行采集与处理，可用于温 度测量。其中测点深度位置是根据发射入射脉冲光和接收到R a m a n 散射光的时间差确定； 测点温度是根据接收到的R a m a n 散射光的频率与入射脉冲光的频率差得到。 将一条光纤分为等距离区域( 如l m ，2 m 等) ，并对每个区域的后向R a m a n 散射光信号进 行处理，可实现整条光纤等间距分布式温度测量。 ( 二) 光纤压力测量 光纤压力测量主要包括光纤压力传感头、传输光纤及地殛解调仪等三部分。压力传感头 是一个在光纤上采用微激光技术制作出的一个法布里珀罗( F P ) 干涉仪结构，其测量基 本原理是波动光学中平行
7、平面反射镜间的多光束干涉，利用光纤F P 干涉仪对微小腔长变 化敏感性感知测量外界物理量变化。 光纤压力传感器光源采用宽谱E L E D 宽带光经过耦合器后，由多路开关分为多个压力 传感器通道进行复用，光开关由计算机控制，采用分时方式按时序测量压力信号，由传感器 反射回的干涉信号由微型光谱仪测量。由于E F P I 的干涉腔是由两个光纤平行端面形成，反 射光谱是随波长和卜P 腔长变化的低细度的干涉条纹，卜P 腔的腔长的大小会随温度、应 变或压力改变，因而通过解调干涉光谱得到卜P 腔的腔长绝对值和变化量。就可以测量相 应的传感物理量的值。 三) 超稠油s A G D 水平井温压测量光纤封装 光纤
8、主要由二氧化硅制成，光纤裸纤从内到外一般分为中心高折射率玻璃芯、低折射率 硅玻璃包层以及纤体表面的加强披覆涂层，裸纤外面的外套封装材料和保护外铠使得光纤可 以承受高温及腐蚀环境。 根据S A G D 水平井监测工艺要求，温压测量光纤采用1 8 i n 不锈钢毛细管封装，可根据 需要选择温压测量光纤一体封装，也可分体封装。 ( 四) 光纤湿压监测复式光端机 分布式光纤测温与光纤测压系统构成、信号传输以及系统构成均不相同，需要不同的解 调仪器。为了方便现场使用以及降低成本，在光纤测温与测压解调原理基础上设计一种温 匿测量一体化复式光端机，实现光纤温度压力测量信号的读取与光电转换。 ( 五) 技术指
9、标 压力测量范围：0 3 0 M P a ； 压力测量精度：0 1 ( 满量程) ； 温度测量范围：0 3 5 0 ； 湿度测量精度：1 ； 温度分辨率：0 1o C ； 最大测量井深：3 0 0 0 m ； 2 9 7 温度测点间隔：l m 。 二、光纤温度压力监测技术特点 与传统传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、电绝缘性能好、抗强电磁干扰、抗化学 腐蚀、防爆、耐高温、耐腐蚀等传统传感器无法比拟的优点，因而适用于常规传感器无法应 用的恶劣的工业环境，尤其在测温方面具有传统热电偶测试方法无法比拟的优点，可以实现 分布式实时测量，每米一个温度测点。 三、S A G D 光纤温度压力监测设计 I
10、 一) S A G D 水平井澳I 试管柱结构 由于水平井的特殊井身结构，S A G D 水平井光纤温度压力监测需采用测试护管与采油生 产管柱的双管柱结构，1 9 i n 测试护管下至抽油泵附近位置，在起、下泵管时用于保护其内 部已穿接温压测量光纤的连续油管不被损坏。 ( 二】井口装置 S A G D 水平生产井光纤温度压力监测需要采用专用测试井口，见图1 所示。 图1 S A G D 水平井光纤温压一体化监测井口装置 ( 三) $ A G D 水平井温压监测设计 S A G D 水平井温压监测设计结构示意图如图2 所示。温度测量采用分布式高温光纤传感 器测量，可得到从井底到井口每米1 个温度
11、测点的分布式井温剖面；压力测量一般在水平段 设计2 3 个测点，在泵人口处设计1 个测压点，根据需要还可以适当增加压力测点。 2 9 8 图2S A G D 水平井光纤温压一体化测试结构图 【四) 测试施工步骤 ( 1 ) 按油井监测深度，准备好1 i I l 连续油管，并在设计测压深度位置留出压力传导孔； ( 2 ) 将光纤压力传感器与传导光纤连接并封装； ( 3 ) 将分布式测温光纤、压力传导光纤( 底部已接好压力传感器) 穿人1 i n 连续油管内； ( 4 ) 下人1 9 i n 护管至井设计深度； ( 5 ) 采用专用下人工具将连续油管从1 9 i n 护管内下至井底设计深度； (
12、6 ) 下人生产管柱； ( 7 ) 坐封专用测试井口，下人抽油杆； ( 8 ) 密封测试井口，将井下温度压力测量光纤接至光纤温度压力一体化复式光端机。 ( 五) 配套技术 根据实际需要，可采用G P R S 无线传输技术，将光纤温度压力监测数据通过互联网传输 至室内计算机实时读取，实现监测数据的共享。 四、结论 光纤温度压力一体化监测技术是目前比较先进的温压监测技术，是热电偶测温、毛细管 测压组合技术的换代技术，完全适用于S A G D 水平井井下温度压力的实时监测，尤其在井温 测量方面，可以实现全井段分布式井温剖面监测，与热电偶测温技术相比，该技术具有无可 比拟的优势。光纤温压一体化监测技术适用于各类油井的温度压力监测，使高温监测技术取 得了质的进步。 参考文献 岳清山稠油油藏注蒸汽开发技术北京：石油工业出版杜。1 9 9 8 刘文章稠油注蒸汽热采工程北京：石油工业出版社，1 9 9 7 张在宣，激光拉曼型分布光纤温度传感器系统光电学报，1 9 9 5 ，1 5 ( 1 1 ) 史晓峰，蔡志权等分布式光纤测量系统及其在石油测井中的应用石油仪器2 0 0 2 ，1 6 ( 4 ) 2 9 9
