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1、2017年6月22日,光纤传感技术在油气藏开发中的应用,汇报单位：山东省科学院激光研究所汇报人：吕京生邮箱：,汇 报 内 容,一、引言,二、光纤油气井井下温度压力测试,三、光纤油气井剖面温度测试,四、光纤微地震监测技术,1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。,芯径小，质量轻；信息传输量大、传输速度快；信息传输距离远；,引 言,随着当今社会智能化的发展，感知、测试成为智能化判别的前提条件，现有的电子类测试技术在与传输光纤匹配过程中都需要电光转化，信号放大等诸多环节，能否开发出在光纤基础上的传感技术，与现有光纤通信技术无缝连接，消除供电、电磁干扰、转化模块、温度/腐蚀环境限制、乃至
2、于分布式沿线感知等技术受到越来越多的关注。,武汉理工大学上海紫衫光电清华大学天津大学,引 言,博士：10人,泰山学者特聘专家：2人,硕士：35人,国家：1人,引 言,引 言,引 言,经过近十年的科研、攻关、服务，目前我们已经开发出包括温度、应变、压力、加速度、倾角、超声、微地震、位移、气体浓度等各种光纤传感器及解调仪器、配套软件，能够提供各种解决方案及系统，在油田方面，主要应用于以下方面：,输油气管线泄漏监测,油田供电系统温度监测,有害气体浓度监测,海洋平台状态安全健康监测,油气井井下温度压力测试,储油罐安全监测,油气井井下温度压力测试,光纤传感在油田的应用,输油气管线泄漏监测,海洋平台状态安
3、全健康监测,油气井井下温度压力测试,储油罐安全监测,油气井井下温度压力测试,实时在线监测；可实现固定式测试；光传感、光传输，不带电，不受电磁干扰；工作温度高，最高可达300以上；耐高温高压、耐腐蚀；测量精度高，响应速度快；可以串联，实现分层测量；传输距离远，可达数十公里。,光纤传感的优势,2、井下温度压力点式测试系统,技术背景： 国外上世纪80年代已经开始这方面的研究，目前测试技术已经相对成熟。 比如威德福、斯伦贝谢。 我国该技术起步于上世纪90年代，近年来得到了迅猛的发展，在油气井监测技术上也取得了很大的进步。 比如西安石油大学、大连理工、清华大学等。,国家863 项目 2006AA06Z2
4、13 “光纤高温高压井筒测试技术” 山东省科技攻关项目 2006GG2201020 “基于光纤传感技术的智能油井监测系统”山东省重大专项 “光纤传感网络在海洋油气和矿山领域的关键技术研究及产业化”,2、井下温度压力点式测试系统,研究基础,中石化 “固定式光纤温度压力测试技术研究”,2、井下温度压力点式测试系统,合作基础,中海油 “井下动态监测新技术配套工艺专题研究”中海油 “多点井下温度压力监测系统”中石化 “油水井光纤四参数测试技术研究”,合作基础,光缆,FP腔,解调仪,计算机,压力,腔长发生变化,反射光谱特征发生变化,计算出F-P腔长,得到压强变化,解调光谱信号,入射光,反射光,2、井下温
5、度压力点式测试系统,PT传感器,光缆,FBG,解调仪,计算机,温度,光栅结构发生变化,反射与温度对应的特定光谱,计算出温度,解调光谱信号,入射光,反射光,入射部分光继续传输,2、井下温度压力点式测试系统,PT传感器,PT传感器,PT传感器,2、井下温度压力点式测试系统,PT传感器,PT传感器,2、井下温度压力点式测试系统,下井光缆,单缆长度：大于2000m；光纤种类：单模、多模及单多模混合（纤芯数可选）；光缆外径：6.35mm（1/4英寸）；材 质：316L不锈钢耐温等级：0150；0350；外层成缆方式：冷拔损 耗：1310nm1.0dB/km 1550nm100MPa抗 拉：15kN,下井
6、光缆,传感器下井,传感器安装,2、井下温度压力点式测试系统,2、井下温度压力点式测试系统,工作压力：0-5000psi;0-10000psi;0-15000psi 工作温度：150C; 200C；350C；压力精度： +/- 0.025% F.S；压力分辨率： 0.01%；压力长期稳定性：0.5%/年温度分辨率： 0.1 C ；温度精度： +/- C ；温度长期稳定性： 0.3F.S /年,2、井下温度压力点式测试系统,技术参数,温度梯度测试系统,井筒分布式温度剖面测试系统,单井单点测温测压系统,多井单点测温测压系统,单井多点测温测压系统,2、井下温度压力点式测试系统,多井单点测温测压系统,解
7、调仪,16通道扩展模块,网线,计算机,最多 共监测 16口井,2、井下温度压力点式测试系统,传感器,解调仪,网线,计算机,单井多点分层测试,1、采用多芯 光缆 ，一芯 可连接 一个 传感器 2、最多串联四个传感器,2、井下温度压力点式测试系统,2、井下温度压力点式测试系统,2、井下温度压力点式测试系统,关于拉曼散射,3、光纤油气井剖面温度测试,光纤,瑞利散射,入射光,光子和SIO2分子碰撞,光具有波粒二相性,没有发生能量交换,布里渊散射,发生能量交换,非弹性碰撞,弹性碰撞,拉曼散射,斯托克斯光,反斯托克斯光,包括,两者光强之比,光纤分子振动频率,光纤温度,脉冲激光器,信号处理,光电转换,喇曼散
8、射,光纤,测温,滤光器,P,激光脉冲,散射光,从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。,3、光纤油气井温度剖面测试,计算机,多模 解调仪,多模 光缆,3、光纤油气井温度剖面测试,实时在线监测；光缆本身既是传输介质又是传感单元；能对光缆上每点的温度进行监测；能精确定位温度点，实现分布式测量；耐高温，最高可达350度以上；施工方便。,3、光纤油气井温度剖面测试,优点,3、光纤油气井温度剖面测试,微地震监测技术 微地震监测，利用水力压裂作业时引起的地下岩层裂缝或错断所产生的地震波（微地震），进行水力压裂裂缝属性监测的方法。 压裂产生地震信号微弱，对接收地
9、震信号的检波器提出较高要求，通常需要高灵敏度的检波器，并布放在井下，对微地震信号进行采集。,4、光纤微地震检波器技术,低噪声探测特性采用光纤干涉技术，灵敏度高可检测最小信号比传统压电检波器要高2个数量级（500 ng以下），使探测更弱地震波信号成为可能频带宽带宽宽，可以响应甚低频到1 kHz动态范围大传统压电检波器的系统动态范围一般在60 dB80 dB光纤检波器采用数字信号处理，系统动态范围可以到120 dB140 dB,4、光纤微地震检波器技术-技术优势,抗电磁干扰与信号串扰能力强全光光纤检波器从检波器探头到信号传输均以光纤为载体，无电磁干扰影响，各通道信号串扰小尤其在野外石油勘探作业中优
10、势明显传感与传输一体化，适于远距离传输井下无电子设备，信号传输全部在光纤中进行探头也由光纤制作而成，前端 不需要供电信号的传感与传输一体化，系统结构简单光纤传输损耗小，适于远距离传输,4、光纤微地震检波器技术-技术优势,光纤检波器实验室测试,4、光纤微地震检波器技术,4、光纤微地震检波器技术,频带宽,光纤DFB检波器与动圈检波器的频带响应对比,4、光纤微地震检波器技术-系统原理,4、光纤微地震检波器技术,检波器与系统、软件已开发8道检波器演示阵列和系统,光纤检波器、信号处理机及软件界面,现场实验联合用户单位（胜利物探），已开展多次野外验证实验，取得良好实验结果。,4、光纤微地震检波器技术,电子检波器,光纤检波器,2012年12月，东营野外地震采集试验,4、光纤微地震检波器技术,现场实验2013年9月 光纤检波器与动圈检波器对比试验,激光所,2013年11月，临邑野外多炮试验8道动圈检波器8道光纤干涉式检波器8道光纤激光和光纤光栅检波器,光纤检波器多炮排列,4、光纤微地震检波器技术,Laser Research Institute of Shandong Academy of Sciences,谢谢专家指导！,
