光纤温度分布测试系统

1、光纤温度分布测试系统中国独家代理：斯诺克尔石油技术公司生产厂家：美国速感（Sensor Highway）公司斯诺克尔石油技术（北京）有限公司二一年三月二十六日目录摘要-1光纤温度分布测量方法光纤温度分布测量系统的优点光纤传感器-原理篇-2光纤传感器的优点地面光电系统-3带有光纤的温度测量系统-3温度分布测量系统的主要特点温度分布测量传感器的操作原理-4温度分布测量传感器的优点温度分布测量系统的应用蒸汽驱井的温度测量-5电潜泵井的温度分布测量-5用于水平井的光纤温度分布测量系统-6多井测量-7数据处理-7现场应用-7温度分布测量系统报价-8摘 要 SENSOR HIGHWAY有限公司引入了一种新

2、技术，利用独有的SENSOR HIGHWAY移动技术将光纤放入井中，以光纤作为感应元件，从生产油气井中获得温度信息。光纤传感器可在完井后移入，同时允许在无修井作业的情况下替换或更新光纤传感器。 温度和压力传感器是用涂层光纤制成的，因而光纤可抵抗油气井中恶劣的环境。纤维传感器耐温高达250以上。测试时，井下不需要使用电子设备，地面测试设备具有多渠道传输的能力，从而能用一台地面系统完成多井检测。光纤温度分布测量方法 光纤温度分布测量系统提供了一个业已证实的实用方法：在整个油藏的生命周期内，在无生产损失情况下，确保从遥远、恶劣的现场获得准确的数据。SENSOR HIGHWAY可使传感器安装、取出、替

3、换而不需要再次完井。光纤传感器可通过直径为1/4英寸控制线来移动或取出。为方便传感器的取出（如果需要取出），SENSOR HIGHWAY控制线可被设计为以井底为中心的U型管形状。控制线形状设计及安装在完井时完成。必须强调的是，控制线形状取决于所需传感器的类型，这点非常重要。这些因素在井设计时被确定下来。一旦控制线及周转接头安装完毕，光纤传感器可在将来任何时间进行安装。无需修井作业或钻井装置。此传感器甚至能在生产过程中被移动。 光纤通过流体牵引来安装，典型安装进度为每分钟76.2米(250英尺)。当光纤被安装在信号处理器上，就可把其放在一个方便的测试设备室中。测试设备被设计含有多个光纤传感器的单

4、个处理器，因此单个设备可测量多口油井。光纤温度分布测试系统的优点â 完井后安装传感器，避免损坏传感器，从而影响其寿命；â 避免使用光纤联接盒，井下联接盒常常会破坏光纤；â 传感器可被置换或升级，勿需再次完井；â 光纤温度分布测试系统允许以后再次安装其它传感器，如压力传感器或振动传感器；â 低成本的保护电缆可使用在主要油气产区；â 传感器可进出水平井和直井中的套管。光纤传感器-原理篇 SENSOR HIGHWAY的光纤传感器由二氧化硅制成，它覆有特殊的涂层以承受油气井中高温及腐蚀的侵蚀。其半径只有人头发的两倍厚。光纤通常由几个部分组成：

5、中心区（导波）为光的透射区（50微米），外面为25.5微米厚的包层，主要使光能集中于中心区；最外层厚约10-140微米，可使光透射区免受环境损坏。光纤的总直径为155-400微米。 光直接通过光纤的中心区，而后被包层捕获。进一步讲，由于光在中心区和包层中折射指数的差异造成了这个结果。 用于通讯领域中的光纤，主要是作为光的载体。在通讯中不希望环境因素对光的传播产生影响，否则，信息可能受到破坏。然而，光纤传感器则不同，它将对光在传输过程中选定的环境性能对光的影响而作出反应。因此，测量光纤传感器中光的变化就能测出引起这种变化的环境参数。这个原理已被用在测量长达10公里的光纤电缆的井下温度。所有信号处

6、理都是通过地面光电系统来处理，后者主要处理一些可测的参量。SENSOR HIGHWAY公司已经开发了基于光纤温度分布测试系统思路的传感器系统，它能保证在不停产的情况下，安装、取出及升级产品，这就为获得油藏寿命的信息提供了方便。光纤传感器的优点â 无井下电子设备；â 耐高温（250以上）；â 安装灵活，具有极小的半径，可用SENSOR HIGHWAY的方法安装；â 对电磁干扰不敏感；â 低信号衰减，高敏感度的探测器可被安装在远离传感器25公里的地方；â 可测范围广，包括温度、压力、声波、电流及应变。â地面光电系统 任一用于井下

7、测量的光纤传感器系统的地面测量设备都是“心脏”。光脉冲可能与光纤本身发生作用，也可能与一个特殊的传感器部件发生作用，这取决于传感器的类型。修正后的光脉冲返回光电设备，在那里，信号被获得，经过一个特殊的探测器对光进行分析后，给出了所需的测量值（如温度、压力等）。通常利用一台个人电脑实现在线数据显示，同时电脑充当了文件管理器。 很容易利用光开关是光电系统实现多通道处理，所以一套系统可采集20口甚至更多油井。带有光纤的温度测量系统 SENSOR HIGHWAY引入了一种新技术，可利用光纤实现对井下温度的连续多点同时测量。SENSOR HIGHWAY的温度分布测量系统被用来建立和监测一个完整的温度分布

8、。这样，可实现实时监测，并能实现显示和记录光纤每米处的温度信息。在理想条件下，系统的精度最高可达0.3,分辨率可达0.1。在实际井下应用中，通常精度及分辨率能达到0.5。正常操作下，超过10公里的光纤，能实现每米间隔的温度显示，而超过40公里情况下，可实现每10米间隔的温度显示。 也就是说，对井中结构的关键位置可实现三维参数测量。温度分布测量系统的主要特点â 可连续测量井下每米的温度；â 在危险环境下，能实现安全操作。â 温度测量范围从-40到300；â 可沿着光纤独立测量用户自定义区域的温度。â温度分布测量传感器的操作原理 传感器通过向一个多

9、波段的光纤导波器发射一个激光脉冲来实现。当这个光脉冲沿着导波器穿行时，由导波器温度变化引起的特别分子振动会产生一个非常弱的反射信号，顺着光纤返回。利用一个探测器对这个弱信号进行滤波处理后进行测量。探测器比较光脉冲的发射时间和反射光的到达时间。光纤中的光的传播速度是固定的，而且是已知的，由此可确定待测点的位置。返程光的幅度是分子振动的函数且随着测量点处温度的增加而增加。激光每10纳秒发射一个脉冲，探测器测量所有的返回信号，从而能够记录沿整个光纤方向每米处的温度分布。温度分布测量传感器的优点 利用光纤测量井下温度分布的方法，优于电流测温方法。â 可同时测量整个系统的温度分布；â

10、 系统实现完全温度测量，具有自动效正功能；â 在每米间隔上，可实现每7秒测量温度一次。温度分布测量系统的优点 温度分布测量传感器对于下述场合的井下精确测温是极为适合的:â 在热高效采收率（EOR）-注蒸汽井中，观察温度变化；â 海底管道的监测；â 含蜡井中的精确测温；â 水平井中的产油监控；â 电潜泵的监测。â蒸汽驱井的温度测量 1996年在加拿大首次实现了通过安装在光纤温度分布测量系统中的光纤传感器，进行温度分布测量。自1996年以来，已在欧洲、美国等地安装了多套内置光纤的中央光电系统。温度分布测量系统（TPS）提供以下功

11、能：â 能够实时监测大批油井；â 能够探测蒸汽串槽及突破点；â 能够测量储油区的温度分布；â 能够有效的使用蒸汽能。 改进型的SENSOR HIGHWAY系统使用控制线，在钻井或完井时，控制线附在油管旁边或套管的外边。一旦钻机被移出作业区，就安装温度测量光纤。然后，把各个油井用带有保护层的光缆与中枢温度测量系统相联。TPS依次监测每个油井，并可在线显示数据。采集到的数据定期下载到一个高容量的软盘上，而后就能作出一条温度曲线。从这条曲线上，可以了解油藏的蒸汽前缘、蒸汽串槽和未波及冷点，这样就可以采取措施来更有效地应用蒸汽资源。电潜泵井的温度分布测量 199

12、7年SENSOR HIGHWAY公司首次把光纤传感器应用到英国BP公司的Wytch油田的电潜泵油井中。把一套安装了光纤温度分布测量系统的TPS控制线系统置于电潜泵的四周，进而在开始阶段监测泵马达的温度。电潜泵放在油管悬挂器下约2000米处，此处位于可移动的封隔器下60米。两根直径为0.25英寸的长控制线被置于井中，穿过悬挂器和封隔器。它们通过一个特别加工的周转接头与电潜泵的马达相联。一根环型且直径为250微米的光导纤维放置井中，其两端都于TPS光电设备相联。从马达开始运转时获得的马达、泵及其入口处的温度数据来看，马达在启动期其温度要比正常工作条件下的温度高得多。温度的急剧增加会使泵速加快，从而

13、导致泵的快速冷却，这是曲线上有一个尖峰的原因。现在，已使用光纤温度测量测量系统来对泵进行连续监测。用于水平井的光纤温度分布测试系统完件选项描述用途1控制线直径为0.25英寸，壁厚为0.049英寸的U型控制线与套管相联。2周转接头周转接头允许光纤温度分布测量系统的控制线通过一个平滑过度的拐弯，到达套管底部后折回，这样可使控制线在安装时免受损坏。周转接头还可通过一个防爆盘来控制可调的压力阀，从而测定井底的压力。3保护器保护器使控制线与注入线搭接，这样当控制线穿过孔口时可避免损坏。4温度探测完井后，温度探测纤维成环壮被装入控制线，从而可测知沿其长度方向的每米处的温度分布。5井口效正器允许控制线穿过悬

14、式套管及井口。6表面光纤联接盒形成一个压力屏障，配合带有保护层的线缆，使光纤安全通过。7表面线缆保护器把置于中心位置的温度分布测量系统（TPS）单元与位于井中的纤维连接起来。8温度分布测量系统能沿着光导纤维测量每米处的温度分布。多井测量 温度分布测量系统可提供2/4/6通道的测量方式。典型的一通道测量主要用于临界生产井，而浅的直井可被分布在一个环上。前端用一台个人电脑配以TPS软件来显示数据，同时充当TPS的文件管理器。每个通道都能实现几秒间隔采样。系统可扩充，比如，如果初始提供的是一个两通道系统，在将来需要的时候可使系统升级为4通道或6通道的系统。TPS还具有在已有的一通道基础上升级为12通道的探测能力，从而实现多井测量。例如，可把一个4通道的系统升级为15通道。数据处理 文件存储频率可由用户设定，它是井中温度变化率的