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1、 光纤永久式井下温度压力监测系统 施工解决方案 西安和其光电科技有限公司 2012 年 11 月 目目 录录 一 油井概况 1一 油井概况 1 二 光纤永久式井下温度压力监测系统原理 1二 光纤永久式井下温度压力监测系统原理 1 三 系统规格 3三 系统规格 3 四 系统功能 3四 系统功能 3 五 系统优越性 4五 系统优越性 4 六 系统组成 5六 系统组成 5 七 模块功能和技术规格 6七 模块功能和技术规格 6 7 1 单点传感器7 1 单点传感器 如图 7 1 所示 6 6 7 2 双点传感器7 2 双点传感器 如图 7 2 所示 6 6 7 3 单点传感器内压托筒7 3 单点传感器
2、内压托筒 如图 7 3 所示 7 7 7 4 单点传感器外压托筒7 4 单点传感器外压托筒 如图 7 4 所示 8 8 7 5 双点传感器托筒7 5 双点传感器托筒 如图 7 5 所示 10 10 7 6 光缆保护器7 6 光缆保护器 如图 7 6 所示 11 11 7 7 井下铠装光缆7 7 井下铠装光缆 如图 7 7 所示 图 7 8 为铠装光缆截面图 11 11 7 8 Y 分支器及卡具7 8 Y 分支器及卡具 如图 7 9 所示 12 12 7 9 光缆焊点保护器及卡具7 9 光缆焊点保护器及卡具 如图 7 10 所示 13 13 7 10 穿越密封组件7 10 穿越密封组件 如图 7
3、 11 所示 14 14 7 11 地面光缆7 11 地面光缆 如图 7 12 所示 15 15 7 12 光纤接续盒7 12 光纤接续盒 如图 7 13 所示 16 16 7 13 光纤终端盒7 13 光纤终端盒 如图 7 14 所示 17 17 7 14 解调器7 14 解调器 如图 7 15 所示 17 17 7 15 通道切换模块7 15 通道切换模块 如图 7 16 所示 18 18 7 16 上位机7 16 上位机 如图 7 17 所示 19 19 7 17 操作软件7 17 操作软件 如图 7 18 所示 20 20 八 系统配置清单 21八 系统配置清单 21 九 施工准备 2
4、2九 施工准备 22 9 1 需要现场提供的物料 229 1 需要现场提供的物料 22 9 2 对现场部分下井工具的要求 229 2 对现场部分下井工具的要求 22 9 3 对放置解调器设备间的要求 229 3 对放置解调器设备间的要求 22 十 施工解决方案 22十 施工解决方案 22 10 1 光缆盘的架起 2810 1 光缆盘的架起 28 10 2 井口吊装滑轮的安装 2810 2 井口吊装滑轮的安装 28 10 3 传感器托筒的安装 2910 3 传感器托筒的安装 29 10 4 单点传感器在托筒上的安装 2910 4 单点传感器在托筒上的安装 29 10 5 光缆卡子的安装 3010
5、 5 光缆卡子的安装 30 10 6 下井过程 3110 6 下井过程 31 10 7 光缆穿越封隔器 3110 7 光缆穿越封隔器 31 10 8 穿越封隔器后光缆的续接 3210 8 穿越封隔器后光缆的续接 32 10 9 继续下井过程 3310 9 继续下井过程 33 10 10 光缆从油管挂上的穿越 3310 10 光缆从油管挂上的穿越 33 10 11 光缆从上法兰穿越 3510 11 光缆从上法兰穿越 35 10 12 井下光缆与地面光缆的续接 3510 12 井下光缆与地面光缆的续接 35 10 13 地面设备的安装与调试 3510 13 地面设备的安装与调试 35 十一 额外增
6、加施工时间开支 37十一 额外增加施工时间开支 37 1 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 一 油井概况 一 油井概况 在我国经济对石油的需求持续增长的情况下 提高现有开发油田的原 油采收率具有重大的意义 在石油热采过程中对注入蒸汽的温度 压力和 干度等参数进行长期有效动态监测是了解掌握井下注汽状况 及时调整注 汽参数 合理优化油藏开采方案 提高油藏的采收率和开采效率 降低开 采成本的有效手段 由于井内高温 高压 腐蚀环境的限制 传统的热电 偶 热敏电阻等电子传感器难以满足长期检测的需要 与传统的电子式油 藏动态测试技术相比 光纤传感器具有体积小 不含电子设备 信号传输
7、不受电磁辐射 可靠性好 抗电磁干扰 抗腐蚀等优点 利用光纤既可以 作为传输介质 又可以作为传感介质的特点 即该系统具有良好的温度性 能 真正实现高温 高压测试 可以在不影响原始温度场 压力场分布 不影响油田正常生产的情况下 实现实时多点温度 压力或连续的温度分 布快速测量 尤其是光纤永久式测量技术以其独特的安装方式 可以对水 平井进行实时监测 解决以往水平井测试难的技术瓶颈 从而实现直井 大斜度井和水平井的实时测试 二 光纤永久式井下温度压力监测系统原理 二 光纤永久式井下温度压力监测系统原理 光纤永久式井下温度压力监测系统是一种永久安装于油井内 在油气 井寿命全程内实时监控井下温度 压力参量
8、 并具有将被测参量数据实时 传输到地面解调器进行显示和存储的功能 实时井下温度 压力参量数据 可以帮助生产工程师和油藏分析师进行实时优化生产 及时故障诊断 动 态了解油藏变化趋势等工作 是规划油藏 制定生产任务的重要决策依据 光纤永久式井下温度压力监测系统突破了传统电子类测井设备的设计 采 2 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 用光纤传感器对井下的温度 压力进行实时监测 该监控系统具有精度高 寿命长 长期工作温度高 不受电磁干扰 安全隐患小 井下元器件无源 传输距离远等显著特点 测温测压原理 井口解调器内的激光器发出激光 光信号通过光纤到 达井下的传感器 传感器对激光器发
9、出来的激光进行反射 当环境温度和 压力发生变化时 从传感器反射回来的光谱信号也将发生相应的变化 井 口的探测器接收到从传感器反射回来的光谱 通过对干涉光谱的分析得到 温度和压力的数值 压力传感器原理 压力传感器采用光纤法布里 帕罗腔结构 1 由两光纤端面形成的空腔在光学上称作法布里 帕罗腔 简称法 帕腔 激光由一端光纤进入法帕腔时 部分光能量在该端的光纤端面形成 反射 其余光能量继续前向传播 继而由第二个光纤端面反射 并且反向 进入第一段光纤 两次反射的激光在探测器表面形成干涉 干涉光谱由法 帕腔腔长唯一决定 在频率域为正弦波 通过测量正弦波的周期和相位 则可以精确得知腔长 2 外界压力P将压
10、缩法帕腔 导致两根光纤端面之间形成的法帕腔 的腔长随着外界压力的变化而变化 因此 通过测量法帕腔的腔长 可以 反推出外界的压力P 温度传感器原理 温度传感器采用光纤光栅 压力温度传感器信号合成 1 压力温度传感器串联 2 光纤法帕腔与光纤光栅串联在同一根光纤上 3 光纤法帕腔封装 暴露在压力环境下 对外界压力 温度都有响应 4 光纤光栅封装 与外界压力环境隔绝 只对外界温度有响应 5 光谱处理采取划分不同传感器的波长范围 分别处理 3 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 6 光纤光栅中心波长 直接通过标定文件转换为温度T 7 温度对光纤法帕腔腔长的影响 通过温度串扰算法进行
11、去除 然后 通过标定文件转换为压力P 三 系统规格 三 系统规格 测温范围 C 室温 175 温度精度 C 0 5 温度分辨率 C 0 1 温度漂移 C 年 0 1 测压范围 Mpa 0 200 压力精度 Mpa 0 02 压力分辨率 Mpa 0 001 压力漂移 Mpa 0 02 采样率 4s 通道 通道数量 32 信道 下位机 数据接口 RS485 RS232 USB2 0 LAN 最大测井深度 Km 20 数据存储 year 5 四 系统功能 四 系统功能 光纤永久式井下温度压力 P T 监测系统采油气 关井阶段进行全过程 监控 该系统实现了 确定油藏中油 气 水的相态特征和物性 根据流
12、体特征 制定 4 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 生产策略 包括金属选材 操作计划 应急计划和补救措施等 判断油藏随温度 压力变化析出的石蜡 沥青 和水合物的特 征 确定最佳输油管线 预测固体析出时间和程度 制定应对 策略 根据压力温度的变化 结合模拟软件及专家经验 预测异常原因 根据诊断结果 制定补救措施 实时动态监测输油管线温度 压力变化趋势 评价补救措施效果 动态调整补救策略 五 系统优越性 五 系统优越性 使用寿命长 光纤传感器比电子传感器的使用寿命明显增长 可 达 10 15 年 传感距离长 光信号在光缆中的信号衰减很小 所以光学传感器 的有效传感距离可以达到
13、 20km 适合于深井的传感 易于组网可扩展性好 采用模块化设计 单台解调器经扩展可实 现 32 口井的温度压力测量 抗震性好 PT 传感器经过 500G 抗冲击试验 抗震性能卓越 可靠性强 井下传感元器件数量少 结构简单 系统可靠性强 不受电磁干扰 采用光学传感技术 系统井下部分无电子器件及 线路 光学传感器完全不受电磁干扰的影响 耐高温稳定性高 最高工作温度 370 度 温度漂移 0 1 摄氏 度 年 压力漂移 0 02Mpa 年 5 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 六 系统组成 六 系统组成 该套光纤永久式井下温度压力监测系统主要是由传感器部分 信号传 输部分和信
14、号解调三个大部分组成 针对不同的井况 光纤永久式井下温 度压力监测系统所选用其中的组成部分会有所不同 该系统由如下子部分 组成 1 单点传感器 2 双点传感器 3 单点传感器内压托筒 4 单点传感器外压托筒 5 双点传感器托筒 6 光缆保护器 7 井下铠装光缆 8 Y 分支器及卡具 9 光缆焊点保护器及卡具 10 穿越密封组件 11 地面光缆 12 光纤接续盒 13 光纤终端盒 14 解调器 15 通道切换模块 6 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 七 模块功能和技术规格 七 模块功能和技术规格 7 1 单点传感器7 1 单点传感器 如图 7 1 所示 模块功能 模块功能
15、 此传感器主要是实现井下温度和压力的数据测量 可单独测量 管柱内实时压力和温度或者管柱和套管环空空间内的实时压力和温度 图 7 1 技术参数 技术参数 测温范围 C 室温 175 室温 370 温度精度 C 0 5 温度分辨率 C 0 1 温度漂移 C 年 0 1 测压范围 Mpa 0 200 压力精度 Mpa 0 02 压力分辨率 Mpa 0 001 压力漂移 Mpa 0 02 7 2 双点传感器7 2 双点传感器 如图 7 2 所示 模块功能 模块功能 此传感器可以同时实现管柱内和环空空间内实时压力和温度参 数的测量 7 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 图 7 2
16、技术参数 技术参数 内压传感器和外压传感器共用如下性能参数表 测温范围 C 室温 175 室温 370 温度精度 C 0 5 温度分辨率 C 0 1 温度漂移 C 年 0 1 测压范围 Mpa 0 200 压力精度 Mpa 0 02 压力分辨率 Mpa 0 001 压力漂移 Mpa 0 02 7 3 单点传感器内压托筒7 3 单点传感器内压托筒 如图 7 3 所示 模块功能 模块功能 提供传感器压力入口与管柱内连通的通道 为传感器提供安装 位置和机械保护 在托筒上提供卡紧井下铠装光缆的位置 可以防止铠装 光缆在下井的过程中与传感器发生转动和相对移动 保证传感器信号传输 的安全可靠 内压力传感器 外压力传感器 8 西安和其光电科技有限公司 中科院西安光学精密机械研究所 图 7 3 技术参数 7 4 单点传感器外压托筒 技术参数 7 4 单点传感器外压托筒 如图 7 4 所示 模块功能 模块功能 提供传感器压力入口与环空空间内连通的通道 为传感器提供 安装位置和机械保护 在托筒上提供卡紧井下铠装光缆的位置 可以防止 尺寸 in 2 7 8 3 1 2 4 1 2 5 1 2 7 重量 Kg
