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1、光纤传感器论文光纤温度传感器论文光纤传感器在稠油热采技术中的应用摘要:光学仪器在油气田开采上的应用备受关注,其具有高可靠性和低耗高效等方面的技术优势。各种光纤传感器已被应用在油气勘探和开发上。本文将重点讨论井下光谱仪、分布式温度传感器、光纤压力传感器在稠油热采技术的应用。加强这方面的研究,对于合理优化稠油开采方案,提高稠油采收率,降低开采成本具有深远的意义。 关键词:光纤传感器 稠油热采 光纤传感器可在高压和高温等极端条件下被使用,在不影响原始温度、压力及油田正常生产的情况下,可以实现实时多点温度、压力或连续温度分布的瞬时测量。光纤传感技术是以光为载体、光纤为媒介,感知和传输被测外界信号的新型
2、传感技术。通过光纤传感器可实现与温度和应变相关的许多物理量和化学量的直接与间接测量。本文将主要讨论光纤传感器在稠油热采技术的应用。尤其是光纤传感器以其独特的安装方式,可以对水平井、直井、大斜度井进行实时监测,解决以往水平井难测量的问题,并结合其他常规测试数据,计算吸气剖面和产液剖面。对于了解水平井的温度场分布,确定水平段注气情况,延长水平井的生产周期等具有不可低估的效果。分布式光纤测温系统主要用于油井温度状况监测。这些传感器能在高达20000psi(1大气压=14.7psi)的高压和高达175摄氏度的高温的极端条件下被使用。由于采油深度日益加深,这就要求传感器能适应更高的温度和其他极端条件的要
3、求。光纤传感器可以为稠油热采提供动态实时的地层信息,从而为油气资源的管理和提高油气采收率提供一种高效技术手段。 1 井下光谱仪 了解稠油开发过程中原油组成成分将有助于优化资源开采。这方面的信息可通过流体分析仪获得,其应用数据来源于安装在开口处的、用来测定信息性质的动态信息测试工具。基于测量所得的混合物原始成分,流体分析仪提供实时信息来优化流体取样过程。流体分析仪由两个传感器合成。其一是吸收光谱分析仪,另一个是荧光和气体探测器。井下流体通过并行的探针被引入流体管,光学传感器用于分析流体管内的液体。流体分析分光计通过光谱分发器的光经过流体管,进入一组光学滤波器来检测吸收物。为分光计提供光源的是钨丝
4、灯。来自此光源的光被分成两个单独的路径:源路径和测量路径。源路径提供测量参数,直接把光从灯发送到光谱分发器。分发器和光的路径由光纤束组成。测量路径通过流体管内的液体流把光从灯传递到光谱分发器,在这里它和源路径再度耦合到一起。吸收单元是由厚重的蓝宝石窗构成,用以抵抗流体管高达20000 psi的压力。 流体管内荧光和气体探测器发射蓝光并射到窗口。气体探测器放置于反射角位置上并用以测量直接反射到位于光窗和流体之间表面上的光。另外两个探测器用来测量油面荧光的强度和频谱。所有的感光器和电子元件均按照极端环境规格设计,并保证在温度高达175摄氏度时正常运行。 可见范围内的光谱能显示流体颜色,用以区分轻、
5、重油。水的吸收峰值高达1450nm,但是油的吸收峰值却达不到1450nm。这样,即可达到区分水层和油层的目的。油的吸收峰值大约在1700nm左右,围绕油的吸收峰值进行详细的光谱分析即可判定稠油的组成成分。 采用流体分析仪分析井下混合物成分。关于厚砂层领域流体成分随深度改变方面的信息很难通过其他技术手段获得。通过将来自压力梯度测量的流体密度数据与这些信息结合,并对适当位置的流体进行高级评估结论即可获得。 2 分布式温度传感器 光纤感知系统通过其发散式感知能力、复合式和高温运行能力使其在监测更大规模油气层流体运动方面具有优势。分布式光纤测温系统是井下应用最为广泛的光纤传感器。 分布式光纤测温系统工
6、作原理:光纤束兼具传感元件和数据传输媒介的功能。分布式光纤测温系统通过导向的光束连接器和下行辐射光纤,借助一束激光发送光脉冲。来自每个脉冲的光被多个机械装置分散开,包括喇曼(Raman)散射。Stokes Raman波段与反-Stokes Raman波段的比率是与产生光纤温度的幅度成正比的。通过时间取样和采用恒定的光速,光纤沿线的距离是能够被估算出来的。分布式光纤测温系统能够提供沿光纤全长温度持续变化的情况,给出了油井纵向分辨率较高的温度测试结果。 一个关于分布式光纤测温系统对于温度状况监测的应用实例是重油注水(或水蒸气)还原系统。蒸汽被注入重油层用以降低油的粘度,使稠油能够开采出来。井下蒸汽
7、温度可高达250摄氏度以上。 从注水井孔隙度中渗透过来的蒸汽通过横向扩散到达生产井,并且突破随之而来的阻力。蒸汽流可从井孔中穿越稠油储层。 蒸汽流井内光纤温度监测:蒸汽被注入三层砂岩,但就在监测的开始阶段蒸汽就已经到达位于观测孔位置较浅的二层砂岩。分布式光纤测温系统探测到15个月后蒸汽已突破顶层砂岩。 3 光纤压力传感器 斯伦贝谢对使用的单模的测井光纤,采用布拉格光栅压力传感器,通过低温敏感效应对高压作出回应进行论证。借助压力作用,在光纤覆层气孔内引入双折射,造成双峰值光谱输出。由于双峰间距对压力是敏感的,但对温度却不太敏感,所以布拉格光栅压力传感器能在非常高的温度下运行。 300 摄氏度下双
8、峰间距的压力效应从8000psi到12000psi的变化情况:双峰间距遵循压力的线性变化规则,侧孔光纤式压力传感器可在300摄氏度的条件下运行。在超过压力和温度范围时,双峰间距的压力敏感值仍维持于恒定值 0.06 pm/psi。但仍需进一步改进其对压力的敏感度,以满足测量要求。 4 结语 到目前为止,还没有一种成本低廉、行之有效的解决水平井监测的手段。通过安装永久式和固定式的光纤温度、压力监测系统不仅能测量直井段和水平段的温度、压力分布及变化情况,而且可以通过瞬态温度、压力变化,并结合其他常规测试数据,计算吸气剖面和产液剖面。对于了解水平井的温度场分布,确定水平段注气情况,延长水平井的生产周期
9、等具有不可低估的效果。 井下光谱学提供原位井下流体分析,并对适当位置的流体测算方式加以改进。分布式光纤测温系统在稠油温度状况监测方面发挥着重要作用。侧孔光纤式压力传感器主要致力于超高温和井下压力监测任务。光纤传感器因其耐腐蚀、尺寸小、重量轻、抗电磁干扰能力强、复用性能好、传输距离远等优点,容易应用在稠油热采当中,因而备受国内外石油工业研究者的关注。 稠油开采目前正从蒸汽吞吐方式转变,无论是SAGD、蒸汽驱还是其他方式,必须依靠采取多种复合技术,同时必须加强光纤监测技术在稠油开采中的应用,从而合理优化油藏开采方案,提高油藏的采收率,降低开采成本。 参考文献 1 张建华.高温稠油井温度压力光纤传感监测系统J.测井技术,2006.3. （注：论文素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注。）
