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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)測成為現(xiàn)實。
永置式光學(xué)井下監(jiān)測系統(tǒng)
評價永置式井下監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)劣，最重要的指標(biāo)就是：是否可以長期穩(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)計使用年限最長的井下設(shè)備系統(tǒng)。
具體來說，威德福的永置式光學(xué)井下監(jiān)測系統(tǒng)的特點包括：更小的物理尺寸，綜合包含更多的監(jiān)測內(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1000℃的惡劣環(huán)境；更高的可靠性，最簡化的傳感單元；高抗干擾能力，不受來自無線電和供電系統(tǒng)的影響；無火花隱患，防火安全。而且光學(xué)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)也具有更高的信號可靠性，以及數(shù)據(jù)密度和更長的數(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，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、分布式感溫系統(tǒng)（DTS）、單相及多相流量計、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
光纖、光纜 如圖2、圖3所示，永置式光學(xué)井下監(jiān)測系統(tǒng)所使用的光纖包括單模和多模兩種。光纜可提供對內(nèi)部光纖的保護，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）。這些被寫入的光柵對不同波長入射光產(chǎn)生不同的折射率。當(dāng)入射光束通過光柵時，大部分的光繼續(xù)傳輸，而對應(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、壓力/溫度計和地震檢波器。應(yīng)用于流量計的光柵采用干涉?zhèn)鞲小?/p>
壓力和溫度 永置式壓力傳感器的數(shù)據(jù)，不僅可以用來描述油氣藏的規(guī)模和它的壓力降，還可以通過井下長時間的壓力計監(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)永置式壓力計的特點，特別針對測試周期長或生產(chǎn)任務(wù)緊的高產(chǎn)油氣井，建立長時間的壓力與產(chǎn)能監(jiān)測，監(jiān)控油藏壓力在變流量條件下的數(shù)學(xué)模型，利用壓力計及時獲取生產(chǎn)參數(shù)，和快速計算壓力響應(yīng), 應(yīng)用非線性優(yōu)化技術(shù)進行油氣井全生產(chǎn)狀態(tài)自動擬合，能夠有效地確定油藏參數(shù)。該類似壓力監(jiān)測功能，已成功地應(yīng)用于遼河油田的熱采監(jiān)測過程，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)測系統(tǒng)。
簡單的結(jié)構(gòu)和單純的測量通道（如圖5），使現(xiàn)在的光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。公司從1999年6月開始針對光學(xué)傳感器穩(wěn)定性的試驗，傳感器在150℃，5000psi的工況條件下，經(jīng)過6年的測試，沒有出現(xiàn)任何原點漂移。通過加速老化試驗，表明光學(xué)壓力計的使用壽命可達(dá)20年以上。目前光學(xué)壓力、溫度監(jiān)測系統(tǒng)的最高使用溫度為175℃，壓力范圍為20,000psi。壓力測量精度為全量程0.01%（±2psi），分辨率達(dá)到0.03psi以下。溫度測量精度為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、溫度計的光纜內(nèi)，這個重要的技術(shù)進步徹底結(jié)束了一口井需要兩根纜線分別測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；識別井的潛在問題；監(jiān)測水，氣或蒸汽的突入；氣舉優(yōu)化；電潛泵監(jiān)測等。
相及多相流量計 井內(nèi)的流體性質(zhì)是不斷變化的，流量計必須適用于不穩(wěn)定的多相流體而無需進行反復(fù)標(biāo)定。永置式井下流量計（如圖6）的應(yīng)用范圍包括：
減少地面測試設(shè)備、服務(wù)，通過使用井下三相流量測量工具，節(jié)省地面、平臺上的分離測試設(shè)備，避免了進行常規(guī)測井時的安全問題；在多層完井時，井下流量計可準(zhǔn)確提供每個產(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；早期識別儲層流體流動方向，對水錐、氣侵等因素導(dǎo)致的生產(chǎn)壓力變化和產(chǎn)量突變起到及時監(jiān)測的作用；在生產(chǎn)井的開采初期階段，實時監(jiān)測油藏，為油藏和采油工程師提供可視化的動態(tài)分析數(shù)據(jù)來源；自動控制生產(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，激動油藏流體穩(wěn)定流，而降低穩(wěn)產(chǎn)周期的現(xiàn)象，實現(xiàn)快速穩(wěn)產(chǎn)和最優(yōu)化、最佳產(chǎn)能的目的；井下流量計數(shù)據(jù)，可應(yīng)用于分層動態(tài)分析、小層精細(xì)對比、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流的監(jiān)測精度，為油藏單井單層生產(chǎn)監(jiān)測提供可靠數(shù)據(jù)；實時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)測領(lǐng)域。實時更新的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”油藏和實質(zhì)性地“進入”井下，達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)。時間推移4-D地震監(jiān)測更可以動態(tài)地描述油藏的流動生產(chǎn)。
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