[發明專利]用于智能井的光纖多點溫度與壓力測量方法及其裝置

無效

• 申請號: 200710179593.2
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101187307A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 黃正宇
• 申請（專利權）人: 北京蔚藍仕科技有限公司
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于智能井技術領域，特別涉及通過光纜與地面的解調器，可以實時讀取油井內不同位置或不同油層的溫度與壓力的全光纖傳感器的設計。

背景技術

智能井技術始于20世紀90年代，在當時全球石油工業提高油藏產能的大趨勢下，智能井技術得以發展并商業化。這一技術的研發使許多原來不能開采的邊際油田得到開發，為深水、海上、邊遠地區及老油田的開發帶來了希望。所謂智能井就是在井中安裝了可獲得井下油氣生產信息的傳感器、數據傳輸系統和控制設備，并可在地面進行數據收集和決策分析的井。通過智能井可以進行遠程控制，達到優化產能的目的。應用智能井技術可以通過一口井對多個油藏流體的流入和流出進行遠程控制，避免不同的油藏壓力帶來的交叉流動。對于多油層合采，智能井的應用允許交替開采上部和下部產層，加快了整個井的生產速度，也提高了油井的凈現值。油藏的遠程管理使得作業人員無需對井進行物理干預，減少了潛在的修井作業的成本。在鉆機時間(尤其是在深水或海底)成本昂貴的條件下，修井成本的降低會帶來顯著的效益，同時也彌補了由于修井而損失的產量。另外，應用智能井的注入井可以更好地進行注水控制，提高油井的最終采收率。同時，應用智能井技術也可以減少地面基建設施成本。智能井技術的目的是提高油井開采率，提高油田自動化控制水平，降低油田操作成本與設備成本，從而實現長遠的經濟效益。

智能井技術中的核心部件是永久式油井傳感器，它負責向地面提供壓力溫度數據。隨著油田的不斷開采，油氣井的深度不斷增加，傳感器的工作環境溫度也越來越高。傳統電子傳感器已經難以滿足需要。根據統計，井下溫度每升高18℃，電子傳感器的故障率就提高1倍。殼牌石油在1987-1998年間對952個電子永久性油井傳感器的分析表明，在低于100℃的連續工作環境下，12％的傳感器在1年內失效，31％在5年內失效。美國Quartzdyne公司對其超過450個高溫電子傳感器在180℃環境下進行測試，3個月內超過60％的傳感器失效，在6個月內，全部傳感器失效。因此，電子傳感器一般用于低于100℃的油井中。一些深海油井的溫度已經達到200-250℃，而稠油注氣井的溫度高達300℃。在這些應用環境中，電子傳感器完全無法滿足要求。與電子傳感器相比，光纖傳感器的優點是耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾、使用安全不打火、體積小。這些優點使得它在20世紀90年代末逐漸在油田中展開應用。

光纖光柵技術開始于20世紀70年代末期，在20世紀90年代開始在光纖通訊中得到大規模的應用。光纖光柵技術是指利用單模光纖經紫外光空間周期性作用下沿著光纖軸向方向感生周期性折射率變化而形成的全新光纖型光柵。成柵后的光纖纖芯呈現周期性分布，產生光柵效應。光纖光柵的基本光學特性就是以共振波長為中心的窄帶光學濾波。光纖光柵的峰值反射波長受到溫度與應力的影響，因此被廣泛應用于溫度、壓力、應力、加速度、位移、電流等等傳感領域。已有的基于光纖光柵原理的智能井光纖傳感器開發公司有美國Weatherford公司，巴西Gavea公司。其主要產品為單點壓力溫度傳感器。光纖光柵技術用于智能井光纖傳感器的優點在于：生產方便；插入損耗小，易于實現分布式測量。光纖光柵技術用于智能井光纖傳感器的缺點在于：光纖光柵制作的壓力傳感器，其溫度敏感性遠遠超過其壓力敏感性，因此會造成較大的溫度串擾，從而大大影響其測壓精度；光纖光柵制作的壓力傳感器存在很大的漂移。

光纖法布里-帕羅技術起源于20世紀70年代初期，其原理是由兩個平行端面形成兩個反射面從而形成干涉。光纖法布里-帕羅腔的光譜特性受到平行端面反射率、角度、間距、折射率的影響，因此可以被廣泛用于溫度、壓力、應力、加速度、位移、電流等等傳感領域。國外基于光纖法布里-帕羅技術的智能井光纖傳感器開發公司有美國Baker-Hughs公司，美國Luna?Technologies公司，加拿大FISO公司等。其主要產品為單點壓力溫度傳感器。光纖法布里-帕羅技術用于智能井光纖傳感器的優點在于：漂移小；相比光纖光柵技術可以長期工作在更高的溫度；溫度串擾很小。光纖法布里-帕羅技術用于智能井光纖傳感器的缺點在于：插入損耗偏大；每一個傳感器的光譜響應都是寬譜的，如果多個傳感器級聯，則相互之間會形成干擾，因此不易于實現分布式傳感。