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光纤—井下数据测量最佳伴侣

光纤—井下数据测量最佳伴侣

在互联网中,光纤可以实现网络的快速连接,而当把光纤应用于井下时,则可以成为人们深入认识油藏动态的手段。从温度传感到地震成像以及其它的各种应用,光纤的功能十分多样化。

作者 | Jennifer Pallanich
编译 | 周诗雨

与传统传感技术依赖分布在预定点离散传感器进行测量不同,分布式传感并不需要这种传感器,它将光纤用作感应原件,无需在光路上布设传统的传感器。

分布式传感可用于采集温度和声波数据,也就是常说的分布式光纤测温(DTS)和分布式声波传感(DAS)

地面解调仪内含激光器,激光器工作原理与雷达相似,向光纤中输送一系列的光脉冲,然后记录返回来的随时间变化的散射信号。分布式传感器可以沿光纤测量所有点。

Silixa公司的CEO和创始人Mahmoud Farhadiroushan表示,光纤的一大优势在于:当光纤用作传感器后,即使是在最严苛和最复杂的环境中也可以测量,而且十分经济有效。

因为光纤传感不需要特殊的组件,所以整个系统可以整合到井中现有的永久性光纤中。

Farhadiroushan说:“没有其它任何技术能够像分布式传感器这样,能够在如此多的点上轻松采集出如此多的精确信息。”

这些信息能够帮助人们更好地理解生产动态,寻找出问题所在。

可应用领域

使用DTS可以精确测量流入井筒的气量,进而识别生产层和衰竭层。

Silixa公司iDAS就是这样的传感系统,该系统可以获取实时的产量监控数据和油井完整性数据,使“倾听井的声音”成为可能。

Farhadiroushan说“你可以看到产出水从何而来。也可以获得大量地下高质量的信息。没有别的技术能够给你带来如此丰富的地下信息。”

iDAS还可用于地震剖面测量中获取地震成像结果。如果将该系统整合到现有的电缆中则可以进行高精度的重复地震测量,而不会因为引入新设备而导致生产中断或基础设施出现问题。Farhadiroushan表示iDAS相当于一个地震检波器。

他认为将iDAS应用到地震测量方面可以帮助作业人员更好地认识井况,是一种十分经济有效的手段,相当于4D或时移地震。Farhadiroushan补充道:“这完全取决于你如何使用它。”

光纤可用于获取生产信息。一旦引入震源,一部分DAS单元与之同步,进行数据分析研究声波在储层中的传播模式。例如,微地震事件的波形更宽,这样就能够与流入信号区别开来。

Farhadiroushan指出,光纤应用于井下不是现在才开始的。类似的电缆已经持续使用了20多年,并且现在还在使用。该技术还可以应用到其它环境中,比如监测管道泄露或测量流速,因为DAS能够测量流体通过管道时的振动。

目前,油公司对在井中安装光纤十分感兴趣,他说,内嵌到电缆中的光纤可以投入到重新使用的老井中。

Silixa研发了一种可用于有线电缆的工程光纤电缆。当某段井上下层的完井方式都比较复杂时,可使用一种可选式湿式连接将上部和下部完井井段的光纤连接起来,从而使光纤布满整个生产层位。

Farhadiroushan承认连接头是比较昂贵的,但对于新钻井来说却是一项经济有效的方案,因为该技术可以在全井生命周期内监控井筒完整性。

工程应用

Silixa目前已将一款Constellation工程光纤电缆商业化,公司表示该光纤电缆可以形成更亮的散射中心,能够向地面的解调仪传送更多的光能。

“我们在设计电缆时考虑了传感时电缆所需要以及需要加强的特性,”Farhadiroushan说:“通讯过程中,作业人员总是希望能够获得从A到B尽可能多的光。因此,他们会尝试减少散射过程。而我们需要在不影响光传播的同时,形成更多散射。

设计的目标是通过提高光纤性能,丰富电缆的功能,回收更好的信号,获得更好的测量结果。

Farhadiroushan说:“我们已经将信噪比提高了100倍。这样我们就可以记录对之前技术而言“安静”的井筒活动,比如低产层的活动。”

Constellation光纤需要配合Silixa公司的Carina专利传感系统使用。公司表示,与未使用工程电缆的系统相比,Carina系统的噪音减少,性能更佳。

他说,比如在一口海上井中使用Constellation光纤,激发震源所用的强度会降低100倍,这样就算震源强度很小也能获得高质量的地震成像结果。

所以如果使用Constellation光纤,那么地震测量时就可以使用更小的地震船和气枪。Farhadiroushan表示Constellation已经应用到了加拿大的一些海上地震实验中,具有极好的幅相一致性,噪音也降低了20分贝。

Farhadiroushan认为光纤技术的下一步发展将着重落在纳米结构纤维和多孔纤维的应用上。

他说:“具有更佳光学和机械性能的新型纤维已经在研发中,例如纳米结构的纤维。”

“纳米结构纤维的光学性能十分吸引人,它能够扩展光学测量的能力。而它机械性又有一定的保护作用。而对于多孔纤维来说,一根新型光纤相当于目前的10根光纤整合在一起。”

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。