渤海油气田光纤式井下压力温度监测系统的研发与应用

周海军 黄佳

摘  要：针对渤海油气田高温高压井以及大斜度井生产测试困难的问题，研发出了一套光纤式压力温度监测系统，其井下传感器、光缆以及可集成、模块化的地面数据采集系统，便于多井同时集中监测。高精度、高可靠性、耐高温/高压/高腐蚀的特点可以解决超高温井、电加热井和注热井等的测压、测温难题，同时形成了一套海上油气田光纤测试系统的安装工艺。

关键词：海上油气田;光纤传感器;测温测压

0    引言

压力和温度是油气资源开发中的基本油藏工程参量，其实时、高精度测量对于确定油层的位置、厚度、含水层的深度以及确定注水/汽层作业等具有重要意义。传统的电子式或气动平衡式压力传感器由于在高温环境下存在漂移大、精度低和寿命短等问题，难以满足井下永久性监测的需要。光纤传感测量较传统电—机械类传感器有其独特的优点，例如重量轻、体积小、抗电磁干扰、本质安全、耐高温、耐腐蚀并具有极高的灵敏度和分辨率，非常适用于油井下恶劣工业环境的多种参数的测量。因此，开发一种价格低廉、适用于高温高压以及水平井的压力温度监测系统，永久安装于井下进行长期监测，可靠地为油藏分析提供准确、完整的数据，显得尤为重要。

1    温度压力传感器[1]

温度传感器采用FBG（光纤布拉格光栅）测温系统，激光刻栅后的光纤位置封装在石英毛细管中，两端激光焊接封装（图1）。

压力传感器通过全熔融石英结构的微型F-P腔（法布里-佩罗干涉）光纤压力敏感元制作，结合光纤F-P腔腔长精确解调技术，实现了耐高压密封并保持了良好的光学性能。

光纤式温压传感器技术指标如表1所示。

2    光缆

2.1    铠装光缆

光纤由两层不锈钢管封装，内层不锈钢管通过阻氢油膏对光纤进行密封，两层钢管之间为铝填充层，铠装光纤[2]实现耐压138 MPa（20 000 psi），耐温300 ℃。

2.2    保护器

光缆下井需要可靠的光缆保护器（图2）来支撑、固定和保护，以防止管柱在下井过程中因冲击、拉扭等造成光缆损坏。

3    信号传输

地面光谱解调仪发出1 510～1 590 nm的连续波长扫描激光，激光经过信号光纤传递到井下的F-P腔压力传感器和FBG温度传感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光谱，反射光谱将携带传感器附近的压力和温度信息沿同一条光纤传回解调仪，通过全光谱TDM时分复用技术，从光纤FBG测温和光纤F-P腔测压复合光谱信号中分离温度和压力信号，进行高精度解调测量，并由解调仪将光谱信号发送给计算机，计算机按照解调程序计算出井下的压力和温度值，并按需要的数据库格式进行实时显示、存储或远程发送。

4    测温测压系统应用

4.1    多模式测温测压系统

光纤测温测压系统具有单井单点测压模式、多井单点测温测压模式（解调仪具有16通道扩展模块，可同时对16口井的光纤信号进行集中解调）、单井多点测温测压模式（采用多芯光纤，一芯可连接一个传感器，最多串联4个传感器）。

4.2    准分布式测温系统

单芯光纤可串联20个FBG温度传感器，封装于不锈钢管中，不增加地面解调设备，能够测量井内多个位置的温度数据，实现准分布温度测量[3]。

4.3    光纤测试方式与其他测试方式的比较

光纤测试方式与其他测试方式的对比情况如表2所示。

5    结论

（1）研制出了適用于海上油气井高压、高温环境的压力传感器和温度传感器。

（2）研究出了适用于海上油气井的光纤式温度、压力传感器网络系统，实现了多参数、多传感器分布实时监测，实现了测井数据的连续存储和远程传输。

（3）设计、选用适用于海上测井的耐高压、耐高温、耐腐蚀的光纤和铠装保护结构，研究光纤密封保护的机械结构，包括穿过封隔器、油管头、井口采油树的密封接头。

（4）研究出光纤测试系统的海上安装工艺。

[参考文献]

[1] 张向林，陶果，刘新茹.光纤传感器在油田开发测井中的应用[J].测井技术，2006，30（3）：267-268.

[2] 邰洪峰，张春熹，刘建胜.耐高温光纤光缆在测井领域的应用[J].国外测井技术，2008，23（1）：33-36.

[3] 李政颖，周祖德，童杏林，等.高速大容量光纤光栅解调仪的研究[J].光学学报，2012，

32（3）：60-65.

[4] 王民轩，王世杰，刘殷韬.毛细管测压技术及应用[J].石油钻采工艺，1998（2）：3-5.

收稿日期：2020-06-18

作者简介：周海军（1981—），男，重庆人，硕士研究生，工程师，研究方向：海上油气田增产增注技术。