光纤与电缆及其应用技术
OpticalFiber&ElectricCable
2004年第1期
NO.12004
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{应用技术}L+._.一_.一_.一+.』
油田测试中的光纤传感技术
童茂松，彭会忠，杜国同
(1.大庆石油管理局测井公司，黑龙江大庆163412;2.吉林大学电子科学与-r程学院，吉林长春130023)
[摘要]指出了目前油田井下多相流，压力，温度，声波以及核等储层参数测试的意义和所面临的问题，介绍
了光纤传感技术以其独特的优势和在这些参数测试中的广泛应用.最后展望了光纤传感器在油田测试中的应用前 景.
[关键词]光纤传感技术；油田测试；测井
大容量存储器
[中图分类号]TN253[文献标识码]A[文章编号]1006—1908(2004)01—0014—05 Fiberopticsensorsinoilfieldmeasurement
TONGMao—song～.PENGHui—zhong.DUGuo—tong.
(1.ResearchandDevelopmentCenterofDaqingWellLoggingCompany,Daqing163412?H eilongjiang,China;
2.DepartmentofElectronicScienceandEngineering,JilinUniversity,Changchun130023,J ilin,China)
Abstract:Thesignificanceandproblemsofreservoirparameterssuchasmuhiphaseflow,perature,
她来自台北
acousticwaveandnuclearmeasurementarereviewed.Theadvantagesoffiberopticsensorsa ndtheirapplicationsin
oilfieldmeasurementarepointedOUt.Finallytheapplicationprospectoffiberopticsensorsi noilfieldmeasurement
arelookedforward.
Keywords:fiberopticsensor;oilfieldmeasurement;logging
0前言
在油田的开发过程中，必须进行井下多相流，声
波，核，温度，压力等参数的测试，了解油井在产液或
而可以优化生产，提高原油采收率和产量，降低成
本，尤其重要的是可以预防生产过程中的油管套管
损坏.对于油田测试而言，可靠性和准确性是至关重
要的.传统的电子传感器无法在井下恶劣环境下工
作，而光纤传感器具有精高度，轻巧，且能承受井下
极端条件等优点[1]，集传感与传输于一体，实现远
区域的一维分布图，能在一条长达几公里的传感器
光纤环路上获得几十，几百甚至几千条信息，因此单
位信息成本大大降低；在一些恶劣环境下，分布式光
纤传感器具有无可比拟的优点，目前光纤传感器已
[收稿日期]2003—06—10
[基金项目]大庆油田博士后科研攻关课题资助
台海中线[作者筒介]童茂松(1971一)，男，安徽望江人，吉林大学电
子科学与技术专业博士后流动站和大庆油田
博士后科研工作站博士后.
[作者地址]黑龙江省大庆市(银浪)大庆测井公司研发中
心.163412
经能够测量井下温度，压力，多相流，声波以及核等
参数，在油田开发中具有非常广阔的应用前景.
二十多年来，光纤传感器在油田监测领域应用
的研究取得了长足的进步，部分已经商用.全世界各大石油生产公司，测井服务公司以及各种光纤传感器研发机构和企业，包括美国斯伦贝谢公司，英国BP公司，英国壳牌公司，美国CiDRA公司，英国Sensa公司等都正致力于油田测试用光纤传感器的研究与开发.
1多相流测试
生产井中，不同层段或同一层段的不同部位，可意义建构
能产出不同性质的流体.准确判断井下任意深度流体的流量和性质，对于评价产层性质，了解各相流量，预测储层产能，都具有非常重要的意义.两相/多相流或两组份/多组份流，是指同时存在气，液，固三相中的两种或两种以上不同相的物质的流动体系. 传统的井下多相流流速测量主要采用机械方式
和电子方式.机械式主要是涡轮流量计，该流量计利用流体的流动使涡轮转动，通过涡轮的转速求出流量.其主要缺点是测量精度受到流体特性(粘度，密
童茂松等：油田测试中的光纤传感技术?15?
度和流动状态)的影响，井内异物以及产出的砂粒可能会卡死涡轮.电子式流量计虽然没有可动元件，可以克服涡轮流量计测量精度较差，仪表参数易变化的缺点，但由于油污对其测量的一致性影响很大，故仍不适用于油，气，水三相流，油，水两相流以及油单相流的测量，且测量范围还受制于仪器的量程.
传统的多相流组分测量主要采用电容传感器,
它是利用多相流体中各相相对介电常数不同来测量
的.井下测井仪器采用的电容传感器都是由表面覆盖绝缘层的金属内电极和同轴金属外壳构成的，该仪器受油膜，水膜，出砂，结蜡，稠油，滑脱速度，温度
和矿化度的影响较大]，尤其是当含水量超过30 时.仪器的测量精度很低，甚至失效.
光纤传感器在多相流测量方面具有非常大的优势.它以光波为信息载体而与混合流体电阻率，介电常数无关，可以实现分布式测量，抗干扰能力强，能
够长期工作于井下，测量精度高，频带宽.井下恶劣
的环境，例如高温高压，腐蚀性液体等，都不利于电
传感器和仪器的操作.由于光纤传感器的抗电磁干扰能力，快速响应和耐腐蚀性，以及在易燃易爆场合的安全性，使其理所当然地适用于以上环境.光纤传感器对于水中含油，油中含水或水中含气的测定非常灵敏，全量程0～100%内有效.其大动态范围，卓
越的抗干扰性能是传统的测量方法无法比拟的[s]. 新的永久井下光纤流量计提供实时井下测量,
包括流量和各相流体的体积分数(即持率).该流量
计包括分布在一根光纤上的布拉格光栅传感器阵列，提供覆盖全井眼的多种全光学测量.测量设备是在完井时和生产油管柱一起下入井中的.流量计的测量系统由光学流量传感器和相体积分数传感器组成.光纤流量计应用互相关技术确定总的流体速度, 在理想情况下，下部传感器与上部传感器的测量信号有一个时间延迟.因此测定轴向上，下两个测量信号的时间差就能确定流体速度，进而推算出体积流量.光纤组分测量是基于各相的光折射率调制.
美国CiDRA公司的光纤传感技术一直处于国
际领先，开发了井下光纤多相流传感器，并且不含电
子元件.目前的样品只局限在准均匀流体.CiDRA蒸纱
公司最近在测试井进行了多相流组分(包括持水率, 持气率)和流速的测量，持水率误差小于±5，流速
测量误差小于±5%.两相流传感器工作温度O～150.C；工作压力0～103MPa.该公司成功地将光
纤传感系统应用于北海生产井中，同时测量流动的油，气和水混合物中各组分的流速，而不需要分离各组分引.
美国斯伦贝谢公司的B.Theron等人设计了一
种利用光纤传感器的新型生产测井仪器——持气率光纤传感仪.最近，这种仪器在世界各地成功地进行了测井实验，大量的测井实验和实验数据说明此仪器具备优良的性能.将光纤传感技术引入这种新仪器是生产测井仪器的一种创新，它提供的资料能直接确定和量化多相混合物中的气体和液体，能准确诊断井眼问题，并有助于生产调整.该仪器通过了三口井的现场测试【7].
中科院西安光机所的阮航等人研究了基于折射
率调制的光纤传感器在持水率检测方面的应用.该传感器的核心部件是一段u型光纤.u型圆弧处的光纤包层被剥除，这样使u型端头周围成为敏感区间，油和水混合液中的持水率测试范围可达0～1009/5，相对误差<1%].
aeviou注汽井井下的温度，压力，干度(气体含量)，流
量的测定决定了流动剖面，流动剖面的分析对于提高产油，减少注汽，降低热损和描述管理油藏具有重要意义.而且注汽井下的环境较之普通井更加恶劣, 唯有光纤传感器能够胜任这种工作.中科院西安光机所陈尧生和阮航发明了一种注汽井测试仪，它在
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