光纤永久式井下温度压力监测系统-西安和其光电

光纤永久式井下温度压力监测系统施工解决方案西安和其光电科技有限公司2012年11月目   录 一、油井概况...................................................1二、光纤永久式井下温度压力监测系统原理.........................1三、系统规格...................................................3四、系统功能...................................................3五、系统优越性.................................................4六、系统组成...................................................5七、模块功能和技术规格.........................................67.1单点传感器(如图7-1所示)...............................67.2双点传感器(如图7-2所示)...............................67.3单点传感器内压托筒(如图7-3所示).......................77.4单点传感器外压托筒(如图7-4所示).......................87.5双点传感器托筒(如图7-5所示)..........................107.6光缆保护器(如图7-6所示)..............................117.7井下铠装光缆(如图7-7所示，图7-8为铠装光缆截面图）....117.8Y分支器及卡具(如图7-9所示)..........................127.9光缆焊点保护器及卡具(如图7-10所示)...................137.10穿越密封组件(如图7-11所示)..........................147.11地面光缆(如图7-12所示)..............................157.12光纤接续盒(如图7-13所示)............................167.13光纤终端盒(如图7-14所示)............................177.14解调器(如图7-15所示)................................177.15通道切换模块(如图7-16所示)..........................187.16上位机(如图7-17所示)................................197.17操作软件(如图7-18所示)..............................20八、系统配置清单..............................................21九、施工准备..................................................229.1需要现场提供的物料....................................229.2对现场部分下井工具的要求..............................229.3对放置解调器设备间的要求..............................22十、施工解决方案..............................................2210.1光缆盘的架起.........................................2810.2井口吊装滑轮的安装...................................2810.3传感器托筒的安装.....................................2910.4单点传感器在托筒上的安装.............................2910.5光缆卡子的安装.......................................3010.6下井过程.............................................3110.7光缆穿越封隔器.......................................3110.8穿越封隔器后光缆的续接...............................3210.9继续下井过程.........................................3310.10光缆从油管挂上的穿越................................3310.11光缆从上法兰穿越....................................3510.12井下光缆与地面光缆的续接............................3510.13地面设备的安装与调试................................35十一、额外增加施工时间开支....................................371西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所一、油井概况在我国经济对石油的需求持续增长的情况下，提高现有开发油田的原油采收率具有重大的意义。在石油热采过程中对注入蒸汽的温度、压力和干度等参数进行长期有效动态监测是了解掌握井下注汽状况，及时调整注汽参数，合理优化油藏开采方案，提高油藏的采收率和开采效率，降低开采成本的有效手段。由于井内高温、高压、腐蚀环境的限制，传统的热电偶、热敏电阻等电子传感器难以满足长期检测的需要。与传统的电子式油藏动态测试技术相比，光纤传感器具有体积小、不含电子设备、信号传输不受电磁辐射、可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点。利用光纤既可以作为传输介质，又可以作为传感介质的特点，即该系统具有良好的温度性能，真正实现高温、高压测试，可以在不影响原始温度场、压力场分布，不影响油田正常生产的情况下，实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量。尤其是光纤永久式测量技术以其独特的安装方式，可以对水平井进行实时监测，解决以往水平井测试难的技术瓶颈，从而实现直井、大斜度井和水平井的实时测试。二、光纤永久式井下温度压力监测系统原理光纤永久式井下温度压力监测系统是一种永久安装于油井内，在油气井寿命全程内实时监控井下温度、压力参量，并具有将被测参量数据实时传输到地面解调器进行显示和存储的功能。实时井下温度、压力参量数据可以帮助生产工程师和油藏分析师进行实时优化生产、及时故障诊断、动态了解油藏变化趋势等工作，是规划油藏、制定生产任务的重要决策依据。光纤永久式井下温度压力监测系统突破了传统电子类测井设备的设计，采2西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所用光纤传感器对井下的温度、压力进行实时监测。该监控系统具有精度高、寿命长、长期工作温度高、不受电磁干扰、安全隐患小（井下元器件无源）、传输距离远等显著特点。测温测压原理：井口解调器内的激光器发出激光；光信号通过光纤到达井下的传感器；传感器对激光器发出来的激光进行反射，当环境温度和压力发生变化时，从传感器反射回来的光谱信号也将发生相应的变化；井口的探测器接收到从传感器反射回来的光谱；通过对干涉光谱的分析得到温度和压力的数值。压力传感器原理：（压力传感器采用光纤法布里-帕罗腔结构）（1）由两光纤端面形成的空腔在光学上称作法布里－帕罗腔，简称法帕腔。激光由一端光纤进入法帕腔时，部分光能量在该端的光纤端面形成反射；其余光能量继续前向传播，继而由第二个光纤端面反射，并且反向进入第一段光纤。两次反射的激光在探测器表面形成干涉，干涉光谱由法帕腔腔长唯一决定，在频率域为正弦波。通过测量正弦波的周期和相位，则可以精确得知腔长。（2）外界压力P将压缩法帕腔，导致两根光纤端面之间形成的法帕腔的腔长随着外界压力的变化而变化。因此，通过测量法帕腔的腔长，可以反推出外界的压力P。温度传感器原理：（温度传感器采用光纤光栅）压力温度传感器信号合成：（1）压力温度传感器串联（2）光纤法帕腔与光纤光栅串联在同一根光纤上。（3）光纤法帕腔封装：暴露在压力环境下，对外界压力/温度都有响应。（4）光纤光栅封装：与外界压力环境隔绝，只对外界温度有响应。（5）光谱处理采取划分不同传感器的波长范围，分别处理。3西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所（6）光纤光栅中心波长，直接通过标定文件转换为温度T。（7）温度对光纤法帕腔腔长的影响，通过温度串扰算法进行去除，然后通过标定文件转换为压力P。三、系统规格测温范围(°C)室温-175温度精度(°C)0.5温度分辨率(°C)0.1温度漂移(°C/年)≤0.1测压范围（Mpa）0-200压力精度（Mpa）0.02压力分辨率（Mpa）0.001压力漂移（Mpa）≤0.02采样率4s/通道通道数量≤32信道/下位机数据接口RS485/RS232/USB2.0/LAN最大测井深度（Km）20数据存储（year）5四、系统功能光纤永久式井下温度压力(P/T)监测系统采油气、关井阶段进行全过程监控，该系统实现了：z确定油藏中油、气、水的相态特征和物性。根据流体特征，制定4西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所生产策略，包括金属选材、操作计划、应急计划和补救措施等。判断油藏随温度、压力变化析出的石蜡、沥青、和水合物的特征，确定最佳输油管线；预测固体析出时间和程度，制定应对策略。z根据压力温度的变化，结合模拟软件及专家经验，预测异常原因。根据诊断结果，制定补救措施；z实时动态监测输油管线温度、压力变化趋势，评价补救措施效果，动态调整补救策略；五、系统优越性z使用寿命长：光纤传感器比电子传感器的使用寿命明显增长，可达10－15年；z传感距离长：光信号在光缆中的信号衰减很小，所以光学传感器的有效传感距离可以达到20km,适合于深井的传感；z易于组网可扩展性好：采用模块化设计，单台解调器经扩展可实现32口井的温度压力测量；z抗震性好：PT传感器经过500G抗冲击试验，抗震性能卓越；z可靠性强：井下传感元器件数量少，结构简单，系统可靠性强；z不受电磁干扰：采用光学传感技术，系统井下部分无电子器件及线路，光学传感器完全不受电磁干扰的影响；z耐高温稳定性高：最高工作温度370度，温度漂移≤0.1（摄氏度/年），压力漂移≤0.02Mpa/年；5西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所六、系统组成该套光纤永久式井下温度压力监测系统主要是由传感器部分、信号传输部分和信号解调三个大部分组成，针对不同的井况，光纤永久式井下温度压力监测系统所选用其中的组成部分会有所不同，该系统由如下子部分组成：1)单点传感器2)双点传感器3)单点传感器内压托筒4)单点传感器外压托筒5)双点传感器托筒6)光缆保护器7)井下铠装光缆8)Y分支器及卡具9)光缆焊点保护器及卡具10)穿越密封组件11)地面光缆12)光纤接续盒13)光纤终端盒14)解调器15)通道切换模块6西安和其光电科技有限公司/中科院西安光学精密机械研究所七、模块功能和技术规格7.1单点传感器（如图7-1所示）模块功能：此传感器主要是实现井下温度和压力的数据测量，可单独测量管柱内实时压