渤海油氣田光纖式井下壓力溫度監測系統的研發與應用

周海軍 黃佳

摘? 要：針對渤海油氣田高溫高壓井以及大斜度井生產測試困難的問題，研發出了一套光纖式壓力溫度監測系統，其井下傳感器、光纜以及可集成、模塊化的地面數據采集系統，便于多井同時集中監測。高精度、高可靠性、耐高溫/高壓/高腐蝕的特點可以解決超高溫井、電加熱井和注熱井等的測壓、測溫難題，同時形成了一套海上油氣田光纖測試系統的安裝工藝。

關鍵詞：海上油氣田;光纖傳感器;測溫測壓

0? ? 引言

壓力和溫度是油氣資源開發中的基本油藏工程參量，其實時、高精度測量對于確定油層的位置、厚度、含水層的深度以及確定注水/汽層作業等具有重要意義。傳統的電子式或氣動平衡式壓力傳感器由于在高溫環境下存在漂移大、精度低和壽命短等問題，難以滿足井下永久性監測的需要。光纖傳感測量較傳統電—機械類傳感器有其獨特的優點，例如重量輕、體積小、抗電磁干擾、本質安全、耐高溫、耐腐蝕并具有極高的靈敏度和分辨率，非常適用于油井下惡劣工業環境的多種參數的測量。因此，開發一種價格低廉、適用于高溫高壓以及水平井的壓力溫度監測系統，永久安裝于井下進行長期監測，可靠地為油藏分析提供準確、完整的數據，顯得尤為重要。

1? ? 溫度壓力傳感器[1]

溫度傳感器采用FBG（光纖布拉格光柵）測溫系統，激光刻柵后的光纖位置封裝在石英毛細管中，兩端激光焊接封裝（圖1）。

壓力傳感器通過全熔融石英結構的微型F-P腔（法布里-佩羅干涉）光纖壓力敏感元制作，結合光纖F-P腔腔長精確解調技術，實現了耐高壓密封并保持了良好的光學性能。

光纖式溫壓傳感器技術指標如表1所示。

2? ? 光纜

2.1? ? 鎧裝光纜

光纖由兩層不銹鋼管封裝，內層不銹鋼管通過阻氫油膏對光纖進行密封，兩層鋼管之間為鋁填充層，鎧裝光纖[2]實現耐壓138 MPa（20 000 psi），耐溫300 ℃。

2.2? ? 保護器

光纜下井需要可靠的光纜保護器（圖2）來支撐、固定和保護，以防止管柱在下井過程中因沖擊、拉扭等造成光纜損壞。

3? ? 信號傳輸

地面光譜解調儀發出1 510～1 590 nm的連續波長掃描激光，激光經過信號光纖傳遞到井下的F-P腔壓力傳感器和FBG溫度傳感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光譜，反射光譜將攜帶傳感器附近的壓力和溫度信息沿同一條光纖傳回解調儀，通過全光譜TDM時分復用技術，從光纖FBG測溫和光纖F-P腔測壓復合光譜信號中分離溫度和壓力信號，進行高精度解調測量，并由解調儀將光譜信號發送給計算機，計算機按照解調程序計算出井下的壓力和溫度值，并按需要的數據庫格式進行實時顯示、存儲或遠程發送。

4? ? 測溫測壓系統應用

4.1? ? 多模式測溫測壓系統

光纖測溫測壓系統具有單井單點測壓模式、多井單點測溫測壓模式（解調儀具有16通道擴展模塊，可同時對16口井的光纖信號進行集中解調）、單井多點測溫測壓模式（采用多芯光纖，一芯可連接一個傳感器，最多串聯4個傳感器）。

4.2? ? 準分布式測溫系統

單芯光纖可串聯20個FBG溫度傳感器，封裝于不銹鋼管中，不增加地面解調設備，能夠測量井內多個位置的溫度數據，實現準分布溫度測量[3]。

4.3? ? 光纖測試方式與其他測試方式的比較

光纖測試方式與其他測試方式的對比情況如表2所示。

5? ? 結論

（1）研制出了適用于海上油氣井高壓、高溫環境的壓力傳感器和溫度傳感器。

（2）研究出了適用于海上油氣井的光纖式溫度、壓力傳感器網絡系統，實現了多參數、多傳感器分布實時監測，實現了測井數據的連續存儲和遠程傳輸。

（3）設計、選用適用于海上測井的耐高壓、耐高溫、耐腐蝕的光纖和鎧裝保護結構，研究光纖密封保護的機械結構，包括穿過封隔器、油管頭、井口采油樹的密封接頭。

（4）研究出光纖測試系統的海上安裝工藝。

[參考文獻]

[1] 張向林，陶果，劉新茹.光纖傳感器在油田開發測井中的應用[J].測井技術，2006，30（3）：267-268.

[2] 邰洪峰，張春熹，劉建勝.耐高溫光纖光纜在測井領域的應用[J].國外測井技術，2008，23（1）：33-36.

[3] 李政穎，周祖德，童杏林，等.高速大容量光纖光柵解調儀的研究[J].光學學報，2012，

32（3）：60-65.

[4] 王民軒，王世杰，劉殷韜.毛細管測壓技術及應用[J].石油鉆采工藝，1998（2）：3-5.

收稿日期：2020-06-18

作者簡介：周海軍（1981—），男，重慶人，碩士研究生，工程師，研究方向：海上油氣田增產增注技術。