光纖傳感技術在儲5-8井的應用實踐

于永 段新軍

國家管網集團中原儲氣庫有限責任公司 河南 濮陽 457000

井筒完整性是油氣開采中的一個重要問題，它關系到油氣的生產效率和安全。井筒完整性的破壞可能導致油氣泄漏、地層污染、安全事故等問題，因此，評價井筒完整性是非常必要的。傳統的評價方法主要是通過井筒內部的壓力、溫度等參數來判斷井筒的完整性情況。但是，這種方法存在著測量不準確、難以監測井筒的全面情況等問題。隨著光纖監測傳感技術的發展，利用光纖監測傳感技術評價井筒完整性成為了一種新的方法。

光纖監測傳感技術是一種基于光纖的傳感技術，它具有高靈敏度、高分辨率、抗干擾性強等優點。利用光纖監測傳感技術可以對井筒內部的溫度、應力、應變等參數進行實時監測。同時，光纖傳感技術還可以實現對井筒的全面監測，能夠發現井筒的局部破壞情況。因此，利用光纖傳感技術評價井筒完整性具有很大的應用潛力。

本文以儲5-8井為例，探討了利用光纖監測傳感技術評價井筒完整性的應用實踐。首先介紹了光纖傳感技術的原理和優點，然后介紹了儲5-8井的基本情況，接著介紹了利用光纖傳感技術對儲5-8井進行評價的具體方法和步驟。最后，分析了評價結果，并進行了漏點監測和預測。

1 光纖監測傳感技術的原理和優點

分布式光纖監測技術是一種利用光纖作為傳感器來實現對物理量進行實時監測的技術。其原理是將一段光纖作為傳感器，通過測量背向散射光，探測出井下每個小層的溫度、聲波和應變等數據，從而實現對油氣井生產過程、壓裂改造過程的監測。

為了獲得有效的監測數據，我們結合了分布式聲波傳感技術（DAS）與分布式溫度傳感技術（DTS）兩種技術，使數據間可以相互驗證。

激光在光纖中傳播時會產生三種背向散射光，瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，根據散射光的光學特性，運用于不同的監測設備，瑞利散射主要運用于DAS監測，拉曼散射主要運用于DTS監測，布里淵散射主要運用于DSS監測。

分布式光纖監測技術的優點包括：

（1）高精度：分布式光纖監測技術可以實現對物理量的高精度監測，精度可以達到亞毫米級別。

（2）高靈敏度：分布式光纖監測技術可以實現對微小變化的監測，如溫度、壓力、應變等微小變化。

（3）高可靠性：分布式光纖監測技術可以實現對大范圍區域內的物理量進行實時監測，具有高可靠性和穩定性。

（4）高安全性：分布式光纖監測技術可以實現對危險區域內的物理量進行實時監測，提高了安全性。

（5）易于安裝和維護：分布式光纖監測技術可以通過簡單的光纖布置和連接實現監測，易于安裝和維護。

2 儲5-8 井的基本情況

文23儲氣庫-儲5-8井（簡稱儲5-8井）位于河南省濮陽縣文留鎮后邢屯村，文23儲氣庫建設區一口采氣井，完鉆井深3096m，補心高7.5m，井徑為215毫米。儲5-8井的起壓原因及其井的完整性一直是該儲氣庫關注的焦點之一。傳統的評價方法主要是通過井筒內部的壓力、溫度等參數來判斷井筒的完整性情況。但是，這種方法存在著測量不準確、難以監測井筒的全面情況等問題。因此，該儲氣庫公司決定采用光纖監測傳感技術來評價儲5-8井（全井筒）的完整性情況。通過實時、精確還原井下泄漏震動信息，尋找可能的泄漏點，同時利用井下細微的溫度、震動信息，評價油環段流體流動信息，評價油環段封閉性，為采取井控安全措施提供依據。

3 利用光纖監測傳感技術評價儲5-8 井的完整性

3.1 光纖監測傳感系統的安裝

為了實現對儲5-8井的完整性情況的監測，該儲氣庫公司聯合四川安東油氣工程技術服務有限公司的一套光纖傳感系統。該系統由光纖傳感器、數據采集器、數據傳輸設備等組成。其中，光纖傳感器是安裝在井筒內部的傳感器，用于監測井筒內部的溫度、應力、應變等參數。數據采集器是用來采集光纖傳感器的數據，并將數據傳輸到地面的設備。數據傳輸設備是用來將采集到的數據傳輸到計算機等設備，以便進行數據處理和分析。

3.2 數據采集和處理

為實現對儲5-8井的完整性情況的評價，該儲氣庫公司采集了光纖傳感器的數據，并進行了處理和分析。數據采集的過程中，光纖傳感器會不斷地采集井筒內部的溫度、應力、應變等參數，并將數據傳輸到數據采集器。數據采集器會將采集到的數據進行存儲和處理，并將數據傳輸到地面的數據傳輸設備。數據傳輸設備會將數據傳輸到計算機等設備，以便進行數據處理和分析。

數據處理和分析的過程中，首先對采集到的數據進行辨識和過濾，去除異常數據和噪聲。然后，對數據進行分析和處理，得到井筒內部的溫度、應力、應變等參數的變化情況。本井解釋使用ISP系列解釋軟件。該軟件主要包括三個模塊，Sp2s、Ariane、Plato，軟件界面如下。其中Sp2s用來對DAS原始數據進行預處理、分頻帶切片。Ariane用來對比轉換后的DAS與DTS數據，進行綜合對比分析，如質量控制、深度對比、生產層段識別等，Plato用來進行生產剖面定量計算。最后，①通過分析A、B、C環空放壓階段各個環空壓力變化情況，初步判斷各環空連通情況；②通過回放的DAS數據識別可能的泄漏點，同時對比泄漏點深度位置與其上下的深度變化，確定該點是否為泄漏點，同時分析泄漏點位置氣體移動方向，進而對井筒的完整性情況進行評價。

3.3 光纖監測施工過程

本井采用光電復合纜進行監測，主要施工流程為：施工前準備工作→現場施工準備→鋼絲光纖輸送→校深→漏點監測→起出工具串→場地清理。2023年3月27日對文23-儲5-8井開展漏點監測工作，其中背景聲音監測14h，A環空泄壓監測1.1h，A環空恢復壓力監測0.1h，具體施工記錄如表1所示。

表1 監測日志

3.3 評價數據分析

3.3.1 光纖底部溫壓分析

由圖1 可知，隨著A 環空閥門的開啟度增大，2802.7米處壓力不斷降低（22.89MPa至22.19MPa）；趨勢與A環空井口壓力高度相似。圖2所示，A環空閥門的開啟度增大溫度隨逐漸升高，（110.34 ℃至113.03℃）；指示氣體從下往上流過該位置（下部氣體溫度高，下部氣體流過對該位置產生加溫效應，溫度升高2.69℃）。

圖1 儲5-8井油管與環空壓力曲線

圖2 文23-儲5-8井光纖底部溫壓曲線

3.3.2 DTS信號分析

A環空泄壓期間，井筒各位置溫度升高；1000m位置升高4.97℃，2000m位置升高8.59℃，2775m位置升高2.74℃；指示氣體從下往上流動（下部氣體溫度高，上部氣體溫度低，對井筒產生加溫效應）。

3.3.3 DAS信號分析

2023/3/27/ 22：25開始背景聲音監測（油管與A環空均關閉），持續14.3小時，關井狀態下井筒安靜，解釋視頻表現為持續的隨機噪聲，震動幅值0.2dB以內，頻率無明顯峰值。而當A環空閥門分別開啟程度1/6、1/3、1/2位置時，光纖分別指示2775.45m、2775.24m、2775.33m位置持續高能量顯示，氣體流動振幅幅值也分別高于0.7dB、0.9dB、1.2dB。綜合分析A環空三種閥門開啟程度DAS信號，分別在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置開始有明顯有流動通道明顯變小引起的DAS高能信號，結合井身結構分析認為井下封隔器密封性出現失效現象。

4 結束語

據井況先后對關井、A環空泄壓、A環空壓力恢復、過程進行了監測，施工過程順利，錄取數據質量符合要求；采用專用軟件對采集的DTS、DAS、鋼絲底部溫度壓力計數據進行了精細處理解釋；依據DTS與溫度壓力計數據分析：A環空閥門開啟后，篩管以上各位置出現溫度升高現象，分析為篩管以下位置有大量氣體流入篩管以上，對井筒呈現明顯加溫效應；依據A環空三種閥門開啟程度DAS數據分析：分別在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置開始有明顯有流動通道明顯變小引起的DAS高能信號；震動幅值明顯高于增強，高頻分量明顯加大；指示流動通道減小，流動速度加快，綜合分布式光纖DTS與DAS分析結果，結合井身結構與流動狀態，得出井下封隔器密封性出現失效現象的結論。實踐結果表明，利用光纖傳感技術可以有效地評價井筒完整性，為油氣開采提供了重要的技術支持。