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光纤传感器在石油工业中的应用
  

光纤光栅传感器技术是一种新的传感技术,十九年代随着光纤通信技术的快速发展,对光纤传感技术的研究和国外一些发达国家的应用已经取得了丰硕的成果,许多光纤传感系统已被实践,作为一种替代传统的传感器产品。本文主要介绍了光纤传感器在石油工业中的应用,读者。
 
一,引言
 
光纤传感技术是一种新的传感技术,十九年代随着光纤通信技术的快速发展,对光纤传感技术的研究和国外一些发达国家的应用已经取得了丰硕的成果,许多光纤传感系统已被实践,作为一种替代传统的传感器产品。
 
在油田的开发过程中,人们需要知道的关于保持和流体在井液生产或注射过程中的细节,这将被用在石油测井,其可靠性和准确性是至关重要的,与传统的电子传感器不能在恶劣环境下工作等高温,高压,腐蚀的地磁扰动,。光纤传感器可以克服这些困难,它对电磁干扰不敏感,能承受极端的条件,包括温度,压力(兆帕以上TENS)和强烈的冲击和振动,轴的高精度测量和现场环境参数,同时,光纤传感器具有分布式测量能力,可以分布式测量被测量的空间,给档案信息。此外,光纤传感器的横截面积小,短的形状,占用井筒中的最小空间。
 
光纤传感器具有在地球物理测井领域取得了长足的进步,世界主要石油生产测井公司,服务公司和传感器各种光纤传感器的研究开发机构和企业参与的研究,开发过程。为了扩大光纤传感器的应用领域,本文讨论了光纤传感器在地球物理测井领域的研究和发展,希望本研究能有助于进一步提高油田开发水平。
 
在两个,光纤传感器在测井。
 
1,储层参数监测
 
(1)压力监测
 
由于对储层压力的发展计划的需要,管理需要特殊的照顾,目的是减少低于原油泡点压力开采造成的损失,降低注气过程中油藏压力的原油的含水层的损失引起的油损失。利用井下压力监测传统的主应变计和石英晶体压力计传感器,应变计的温度和滞后效应的影响,影响和石英压力计将由温度和压力变化的影响。在压力监测,传感器还涉及安装困难的问题,稳定性差等。ishita光传感器没有地下电子电路,安装方便,体积小,抗干扰能力强,这是必要的井下监测。
 
美国美国锡德拉公司在研究光纤压力监测的前沿,研究人员发现,光纤布拉格光栅压力传感器的线性响应。该传感器已开发工作在175oC,200oC和稍高的温度下的产品开发,250℃是下一个目标。压力测量误差在不同温度、压力下,在试验范围内(发现~34.5mpa),均小于±6.89kpa,相当于电子测量系统的最佳水平。目前,用于测量公司锡德拉指数光纤压力传感器:0~103MPa,129mpa超压的限制,±41.3kpa,分辨率2.06kpa精度的长期稳定性,±34.5kpa/yr(连续150oC),工作温度范围为~175oC。1999本公司是在加利福尼亚贝克油田测试压力监测系统,结果表明该系统具有很高的精度,已交付业务销售。2001安装在英国BP公司的一些威尔斯的公司的压力传感器,应力变化的监测,结果表明其具有足够的可靠性。
 
美国美国的斯伦贝谢油田服务公司娃娃研究中心的tsutomuyamate进行井下监测的光纤布拉格光栅传感器的长期研究,他们发展成一对边孔光纤布拉格光栅传感器的温度不敏感的,度的最高工作温度,最高82mpa在最高压力测量,测量压力,对最低气温的敏感性,可应用于井下压力监测。
 
(2)温度监测
 
分布式光纤温度传感器提供监控生产和油的一种新的方式通过沿温度数据和潜在的连续采集的整个长度。因为温度的配置文件可以和其他地面数据的变化(流,水,井口压力)和裸眼井测井曲线对比,以提供相关的算子的定性和定量信息的变化,出现了我。传统的仪器只能测量在任何给定的时间一点温度,测试温度的全方位,角度传感器只能在威尔斯来回移动可以实现,将不可避免地影响环境的平衡。分布式光纤温度传感器具有光学纤维的优点,不需要在检测区域来回移动,可以确保井内温度平衡状态不受影响。因为纤维被放置在一个毛细管,毛细管钢可以达到任何地方可以分布式光纤温度传感器的测试。
 
其中一个最广泛使用的光纤传感器的地下监测中的应用是拉曼散射的分布式温度检测,该方法已在井筒温度分布测量(尤其是在蒸汽驱),得到了广泛的应用。分布式温度传感器将测量点和连接器的衰减,和解决问题的方法:
 
A.纤维和信号衰减的问题,连接器,解决数的性能,减少使用光纤布拉格光栅和连接器的改良连接器传感器;
 
B.地下安装容易损坏,解决方法是配备技术熟练的工人,光纤传感器需要外部保护层,减少应力(包括穿孔和温度引起的应力)。对于分布式光纤温度传感器系统,英国公司感觉材料已经在技术上处于领先地位,有一系列的产品,但是主要的石油公司合作,积极探索在油井的分布式光纤温度传感器中的应用。锡德拉公司已在光纤温度传感器的研究,对公司的温度传感器的技术指标:0℃~175℃测量范围的1,±℃精度,0.1℃分辨率,1的±℃/年的长期稳定性(150℃连续使用)。
 
一种光纤温度,压力传感器的主要缺点,是当前压力与温度的交叉敏感特性,如何消除或利用交叉灵敏度的研究热点。
 
(3)多相流监测
 
为了对油田的油藏监测和管理工作,关键是要获得生产注射威尔斯稳定的流动剖面是可信的和相抱起来。然而,大多数石油威尔斯分层,每一层不同的水含量,有时高速度,带来了很大的困难,生产现状,采用常规生产测井仪器测量和分析油井。管内液体摩擦从油藏的井筒压差密度仪,无法准确测量的注入,电子探针是无法检测到泡沫小油液。
 
两种方式的多相流的光学测量,第一是光纤传感仪气控股美国斯伦贝谢公司的速率,可直接对气含率测量多相流。四光纤探针是均匀地分布在轴的横截面,相对定位传感器的空间取向范围可以是一个集成的精确测量,在气液混合物,光信号通过反射来确定气含率和气泡数(两个与气体流速相关的)。此外,通过测量每个探针建立图像的钻孔瓦斯流量值,图像数据倾斜威尔斯和水平威尔斯特别适合,可以在倾斜状态的多相流更好的理解和解释这些模式中的相分离的内在。最近,该仪器已成功地在世界各地进行测井实验。它的气体和液体的直接测定和多相混合的量化提供了信息,可以准确地诊断出井,并有助于生产调整。该仪器通过三威尔斯测试。
 
二是通过测量声速确定两相流的相组成,由于相关的流体的速度与单相流体的速度和密度的混合,这种关系存在于两相气/液,液/液混合液系统,也适用于多相流系统。根据混合流体的速度来确定各相流体的体积分数,单相的体积分数通过流量计测量(即含率测量)。一个持液量等于相体积分数,取决于相位相对于其他是否有打滑现象严重。没有严重的滑移混合体系的油水两相流,可以通过对流动状态的均相流模型分析;存在严重的打滑现象,必须滑移模型更完美的解释了流量计的测量数据,可以准确地确定各相流动。循环实验表明:混合油和水的液体,声速米长的波长测量可以确定相体积分数(即保持率),而不是由流动的异质性(如层流)的影响。
 
锡德拉挖掘光纤传感器内部的优势,井下光学相位多相流量传感器的研制。本示例只准均匀流体在油水两相或测量:例如,油,水,气相(气相体积分数小于20%。)。为了探讨在油/水/气相生产威尔斯测量这一新的光纤传感器的性能的多相流,锡德拉最近进行的实验中的测试井。在测试好的混合油,水和气体组成的,32api油粘度的混合物,7%盐度的水和天然气厂(甲烷),100的试验温度,压力2.75mpa。在含水量的0%~100%的范围内,测量误差小于±5%,精度满足要求。流量计可以确定在持水能力的油和水的混合物,在错误的全方位的持水率在5%±,满足生产要求。但除了测量持水率,该仪器可以检测气相体积含量,只有测试油水比已知的。结果表明,该仪器可以计算在气泡流类型的气体的体积分数发生在液体。
 
2,声学测量
 
与过去相比,勘探和开发公司正面临更大的风险和钻井环境更加复杂,所以结构图和成藏机理的准确是非常重要的。目前使用的地震勘探方法,如拖缆地震检波器组,临时海底检波器和地下电缆铺设检波器,可以提供测量目传感器的产油区,但这些方法都有一定的经营成本相对较高,不进洞或受环境条件的影响,并提供的图片是不全面的,不连续的,分辨率不是很高,很难实现连续实时的油藏动态监测。
 
基于光纤井下检波器系统可以解决这些问题,它可以提供整个生命永久的高分辨率图像的四维水库,大大方便了油藏管理。井下地震加速度检波器接收地震波,并加工成与流体前缘形成图像。
 
3分量地震勘探的永久井下光纤具有高的灵敏度和方向,可以生产出高精度的空间图像,不仅可以提供近井眼图像,还可以提供井眼周围形成图像,测量范围可达数千英尺在某些情况下。它运行在整个生命周期中,能承受恶劣的环境条件(温度高达175℃,压力为100MPa),与没有运动部件和井下电子器件,封装在一个保护壳直径2.5cm,能经受强烈的冲击和振动,可以安装到复杂的完井管柱和小空间。此外,该系统还具有动态范围大的特点和信号频带宽,信号的频带宽度为3Hz~800Hz,可以从非常低的记录到非常高的频率响应的等效。
 
3,激光光纤核测井技术
 
激光技术、光纤技术光纤光栅可用于井下传感器的研制,用于原油和泥填充与非透明流体测井。激光光纤传感器在美国,俄罗斯,德国当时的研究,和比利时等国家有大量的研究论文。
 
激光光纤传感器是基于光纤通信和光纤传感器,它利用光纤的损耗和物理效应,光致发光,具有比常规核探测器的更多的优势,是一个典型的交叉学科。纤维核测井技术,实际上是在核探测技术的具体环境,其典型的优势:
 
(1)发展为核的检测水平,在范围内的敏感探头。
 
(2)由于光致发光效应的应用,地下可使探头位于公里,与光电倍增管的传输线连接到井上,远离地下恶劣环境(高温、高压),从而延长了使用寿命。
 
(3)用高速光纤,大容量的传输能力,但也与其他井下信号。
 
然而,激光光纤核探测器也有缺点,主要表现在高温度,高压力和保护层的传输电缆的机械强度和低损耗传输电缆的辐射电阻。
 
三,结论与展望
 
从这个分析中我们可以看到,由于其独特的优点,光纤传感器,可储层参数的监测是广泛应用于石油、天然气(包括温度,压力和多相流),声探测和激光光纤核测井,大大丰富了水库的石油和天然气公司的理解,易于优化油天然气领域的开发与维护。值得一提的是,该系统可以得到的注采压力、温度和压力,从而判断是否超标,从而防止套管压力超过标准的损伤,这是一个新的领域,有关尚未有报道和介绍。
 
光纤光栅传感器到目前为止,世界各大石油生产中的应用和服务公司已经投入巨资在光纤传感器在储层评价的研究与发展,有相当数量的光纤传感器的研发机构,致力于工作的新兴领域。可以想象,光纤传感器在未来的下一代来克服自己的缺点和弱点,将大面积推广,能有效地实现油气开发动态水平。主要的石油光纤光栅传感器公司充分利用这些有利的信息,实现和维持油田最优产量,使油藏采收率达到最高。同时,由于互联网的飞速发展,井况的光纤参数的监测,可以及时地传递,使石油行业相关生产和服务公司可以更有效地分析和评价世界各地的资产。

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