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光纖—井下數據測量最佳伴侶

光纖—井下數據測量最佳伴侶

在互聯網中,光纖可以實現網絡的快速連接,而當把光纖應用于井下時,則可以成為人們深入認識油藏動態的手段。從溫度傳感到地震成像以及其它的各種應用,光纖的功能十分多樣化。

作者 | Jennifer Pallanich
編譯 | 周詩雨

與傳統傳感技術依賴分布在預定點離散傳感器進行測量不同,分布式傳感并不需要這種傳感器,它將光纖用作感應原件,無需在光路上布設傳統的傳感器。

分布式傳感可用于采集溫度和聲波數據,也就是常說的分布式光纖測溫(DTS)和分布式聲波傳感(DAS)

地面解調儀內含激光器,激光器工作原理與雷達相似,向光纖中輸送一系列的光脈沖,然后記錄返回來的隨時間變化的散射信號。分布式傳感器可以沿光纖測量所有點。

Silixa公司的CEO和創始人Mahmoud Farhadiroushan表示,光纖的一大優勢在于:當光纖用作傳感器后,即使是在最嚴苛和最復雜的環境中也可以測量,而且十分經濟有效。

因為光纖傳感不需要特殊的組件,所以整個系統可以整合到井中現有的永久性光纖中。

Farhadiroushan說:“沒有其它任何技術能夠像分布式傳感器這樣,能夠在如此多的點上輕松采集出如此多的精確信息?!?/span>

這些信息能夠幫助人們更好地理解生產動態,尋找出問題所在。

可應用領域

使用DTS可以精確測量流入井筒的氣量,進而識別生產層和衰竭層。

Silixa公司iDAS就是這樣的傳感系統,該系統可以獲取實時的產量監控數據和油井完整性數據,使“傾聽井的聲音”成為可能。

Farhadiroushan說“你可以看到產出水從何而來。也可以獲得大量地下高質量的信息。沒有別的技術能夠給你帶來如此豐富的地下信息?!?/span>

iDAS還可用于地震剖面測量中獲取地震成像結果。如果將該系統整合到現有的電纜中則可以進行高精度的重復地震測量,而不會因為引入新設備而導致生產中斷或基礎設施出現問題。Farhadiroushan表示iDAS相當于一個地震檢波器。

他認為將iDAS應用到地震測量方面可以幫助作業人員更好地認識井況,是一種十分經濟有效的手段,相當于4D或時移地震。Farhadiroushan補充道:“這完全取決于你如何使用它?!?/span>

光纖可用于獲取生產信息。一旦引入震源,一部分DAS單元與之同步,進行數據分析研究聲波在儲層中的傳播模式。例如,微地震事件的波形更寬,這樣就能夠與流入信號區別開來。

Farhadiroushan指出,光纖應用于井下不是現在才開始的。類似的電纜已經持續使用了20多年,并且現在還在使用。該技術還可以應用到其它環境中,比如監測管道泄露或測量流速,因為DAS能夠測量流體通過管道時的振動。

目前,油公司對在井中安裝光纖十分感興趣,他說,內嵌到電纜中的光纖可以投入到重新使用的老井中。

Silixa研發了一種可用于有線電纜的工程光纖電纜。當某段井上下層的完井方式都比較復雜時,可使用一種可選式濕式連接將上部和下部完井井段的光纖連接起來,從而使光纖布滿整個生產層位。

Farhadiroushan承認連接頭是比較昂貴的,但對于新鉆井來說卻是一項經濟有效的方案,因為該技術可以在全井生命周期內監控井筒完整性。

工程應用

Silixa目前已將一款Constellation工程光纖電纜商業化,公司表示該光纖電纜可以形成更亮的散射中心,能夠向地面的解調儀傳送更多的光能。

“我們在設計電纜時考慮了傳感時電纜所需要以及需要加強的特性,”Farhadiroushan說:“通訊過程中,作業人員總是希望能夠獲得從A到B盡可能多的光。因此,他們會嘗試減少散射過程。而我們需要在不影響光傳播的同時,形成更多散射。

設計的目標是通過提高光纖性能,豐富電纜的功能,回收更好的信號,獲得更好的測量結果。

Farhadiroushan說:“我們已經將信噪比提高了100倍。這樣我們就可以記錄對之前技術而言“安靜”的井筒活動,比如低產層的活動?!?/span>

Constellation光纖需要配合Silixa公司的Carina專利傳感系統使用。公司表示,與未使用工程電纜的系統相比,Carina系統的噪音減少,性能更佳。

他說,比如在一口海上井中使用Constellation光纖,激發震源所用的強度會降低100倍,這樣就算震源強度很小也能獲得高質量的地震成像結果。

所以如果使用Constellation光纖,那么地震測量時就可以使用更小的地震船和氣槍。Farhadiroushan表示Constellation已經應用到了加拿大的一些海上地震實驗中,具有極好的幅相一致性,噪音也降低了20分貝。

Farhadiroushan認為光纖技術的下一步發展將著重落在納米結構纖維和多孔纖維的應用上。

他說:“具有更佳光學和機械性能的新型纖維已經在研發中,例如納米結構的纖維?!?/span>

“納米結構纖維的光學性能十分吸引人,它能夠擴展光學測量的能力。而它機械性又有一定的保護作用。而對于多孔纖維來說,一根新型光纖相當于目前的10根光纖整合在一起?!?/span>

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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