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    光纖傳感器對石油領(lǐng)域推廣運用前景

    光纖傳感器對石油領(lǐng)域推廣運用前景

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    在石油化工系統中,由于井下環(huán)境具有高溫、高壓、化學(xué)腐蝕以及電磁干擾強等特點(diǎn),使得常規傳感器難以在井下很好地發(fā)揮作用。然而光纖本身不帶電,體小質(zhì)輕,易彎曲,抗電磁干擾、抗輻射性能好。特別適合于易燃易爆、空間受?chē)栏裣拗萍皬婋姶鸥蓴_等惡劣環(huán)境下使用,因此光纖傳感器在油井參數測量中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用,它將成為可應用于油氣勘探及石油測井等領(lǐng)域的一項具有廣闊市場(chǎng)前景的新技術(shù)。

     

      1、光纖傳感器在油氣勘探中的應用

    光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡(luò )、分布式的感應能力,以及只需要較小的空間即可滿(mǎn)足其使用條件的特點(diǎn),使得在勘探鉆井方面尤其獨特的優(yōu)勢。

     

    應用光纖傳感器可以制成井下分光計,分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業(yè)要求的產(chǎn)品。

     

     ?。?/font>1)井下分光計

    流體分析儀可用于了解初期開(kāi)發(fā)過(guò)程中的原油組成成分。它由兩個(gè)傳感器合成:一個(gè)是吸收光譜分光纖,另一個(gè)是熒光和氣體探測器。井下流體通過(guò)地層探針被引入出油管,光學(xué)傳感器用于分析出油管內的流體。流體分析分光計則提供了原位井下流體分析,并對地層流體的評估加以改進(jìn)。

     

     ?。?/font>2)分布式溫度傳感器

    光纖分布式溫度傳感器是井下應用最為流行的光纖傳感器。應用實(shí)例是監測注水蒸氣重油開(kāi)采系統。蒸汽被注入重油層用以降低油的黏度,使稠油能夠開(kāi)采出來(lái)。井下蒸汽溫度可高達250℃以上。

     

    3)壓力傳感器

    側孔光纖式壓力傳感器目前正在研發(fā)中,其主要致力于超高溫和井下壓力監測任務(wù)。目前基于光纖傳感器已經(jīng)出現其他商業(yè)產(chǎn)品,例如,用于多相流測量和分布式動(dòng)態(tài)應變測量的光纖探針。其高可靠性和高效低耗的技術(shù)優(yōu)勢是光纖產(chǎn)品在油田應用上取得成功的關(guān)鍵因素。

     

    2、光纖傳感器在石油測井中的應用

    石油測井是石油工業(yè)最基本和最關(guān)鍵的環(huán)節之一,壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量,通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段對這些量進(jìn)行長(cháng)期的實(shí)時(shí)監測,及時(shí)獲取油氣井下信息,對石油工業(yè)具有極為重要的意義。

    光纖傳感器對電磁干擾不敏感而且能承受極端條件,包括高溫、高壓以及強烈的沖擊與振動(dòng),可以高精度地測量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數,同時(shí),光纖傳感器具有分布式測量能力??梢詼y量被測量的空間分布,給出剖面信息。而且,光纖傳感器橫截面積小,外形短,在井筒中占據空間極小。而這些特性都是傳統的電子傳感器在井下的惡劣環(huán)境下所不具備的。利用光纖傳感器可以進(jìn)行井下流量測量、溫度測量、壓力測量、含水(氣)測量、密度測量、聲波測量等。

     

    1)流量測量

    由于光的強度、相位、頻率、波長(cháng)等特性在光纖傳輸的過(guò)程中會(huì )受到流量的調制,利用一定的光檢測方法把調制量轉換成電信號,就可以求出流體的流量,這就是光纖流量計的工作原理。

     

    2)溫度及壓力測量

    分布式光纖測量系統(DTS)利用光纖后向拉曼散射的溫度效應,可以對光纖所在的溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測,EFPI型(非本征型F-P干涉)、FBG型光纖傳感器為波長(cháng)編碼型傳感器,具有靈敏度高、可同時(shí)測量壓力、溫度、應力等多個(gè)參量的特點(diǎn)。

     

    光纖熱色溫度傳感器是由白光源、多模光纖組成的反射式溫度傳感器;光纖輻射式溫度傳感器利用黑體輻射能量,其非接觸,可測瞬問(wèn)溫度,響應速度快,不需要熱平衡時(shí)間,可用于高溫測量;半導體吸收式光纖溫度傳感器利用其半導體材料的吸收邊波長(cháng)隨著(zhù)溫度的增加而向較長(cháng)波長(cháng)位移的特性,選擇適當的半導體發(fā)光二極管,使其光譜范圍正好落在吸收邊的區域,這樣透過(guò)半導體的光強就隨著(zhù)溫度的增加而減少。

     

    3)含水(氣)率及密度測量

    U型光纖的傳輸功率隨外界介質(zhì)折射率變化而變化,光波作為信息載體,與混合流體電阻率、流型及水質(zhì)無(wú)關(guān),基于該原理的光纖持率/密度傳感器從本質(zhì)上解決了現有持率存在的高含水無(wú)分辨率和放射性物質(zhì)的應用問(wèn)題,對于多相流體油、水、氣的折射率各不相同,因而混合流體的折射率會(huì )隨著(zhù)油、水、氣比例的改變而改變。因此這種折射率調制型光纖傳感器不僅能測流體持率,可同時(shí)測流體密度,其精度較高。

     

    4)聲波測量

    地震波在不同的介質(zhì)中傳播,接收到的地震波波形就會(huì )不同,根據不同的地震波形態(tài),可識別地層沉積序列和沉積構造,為儲層定位、判斷竄槽、檢測套管破損及斷裂、射孔層位及確定流體流量等。VSP地震測井,就是把檢波器放人井中,通過(guò)地面擊發(fā)的地震波或利用井中流體流動(dòng)等產(chǎn)生的微震動(dòng),由井中的檢波器接收地震信號。永久井下光纖三分量地震測量具有高的靈敏度和方向性,能產(chǎn)生高精度的空間圖像,不僅能提供近井眼圖像,而且能提供井眼周?chē)貙訄D像,測量范圍能達數千公里。它能經(jīng)受惡劣環(huán)境條件,且沒(méi)有可移動(dòng)部件和井下電子器件,能經(jīng)受強的沖擊和震動(dòng),可安裝在復雜的完井管柱極小的空間。

     

    5光光纖核測井技術(shù)

    激光技術(shù)和光纖技術(shù)可以用于研制井下傳感器,用于在充有原油和泥漿等非透明流體的井中進(jìn)行測井。對于激光光纖核傳感器的研究在國外比較盛行,美國、德國、俄羅斯和比利時(shí)等國均有大量的有關(guān)研究論文。

     

    激光光纖核傳感器是在光纖通信和光纖傳感器的基礎上產(chǎn)生的,它利用了光致?lián)p耗和光致發(fā)光等物理效應,比常規核探測器具有更多的優(yōu)越性,是典型的學(xué)科交叉。光纖核測井技術(shù),實(shí)際上就是在特定的環(huán)境下的核探測技術(shù),其典型的優(yōu)點(diǎn)為:

    (1)可以針對不同的核探測的能級范圍,研制在該范圍的敏感探頭。

    (2)因為應用了光致發(fā)光效應,可使探頭位于千米的井下,而光電倍增管由傳輸光纜相連置于井上,遠離了惡劣的井下環(huán)境(高溫高壓),從而延長(cháng)其的使用壽命。

    (3)光纖具有高速率、大容量傳輸能力,還能搭載其他井下儀器信號。

    然而,激光光纖核探測器也有缺點(diǎn),主要表現在耐高溫和承受高壓的保護涂層、傳輸光纜的機械強度以及耐輻射的傳輸光纜低衰減損耗。

     

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