光纤传感器在测井中的应用
2020-04-14
来源:哗拓教育
一、概述 永久式井下温度压力光纤监测系统(FO-PDS)是国际公认的有效提高油田产量和采收率的核心技术之一,是石油智能开采技术和油田数字化的基础。石油行业规模巨大,飞速增长,利润丰厚,资源有限,世界各国正在积极采取高科技手段提高采收率。我国石油供给的缺口越来越大, 20**年我国*0%的石油依靠进口,预计*0年达到**%。,鼓励通过采取高科技手段来提高开发水平,提高采收率,降低维护成本,其中“大型油气田及煤层气开发专项”被列入“十一五”国家科技重大专项。 永久性井下传感系统是一种永久安装于油气井内,在油气井的寿命全程内实时监控井下各类参量,并且将被测参量数据实时传输到地面的传感系统。实时井下参量数据可协助生产工程师和油藏分析师提高采收率、提高产量、实时优化生产、及时故障诊断、动态了解油藏变化趋势,是规划油藏、制定生产任务的重要ZZZZHLODQVKLFRPZZZUD\\OHQVQHW决策依据。该技术是国际公认的有效提高油田产量和采收率的核心技术之一,是石油智能开采技术和油田数字化的基础。 近年来,该技术在海外的*000口以上的油井推广使用,获得了巨大的经济效益。根据国外权威机构的测算,F*-P**世界市场潜量为**0亿美金,中国超过***0亿。推广使用本技术可以给中国每年带来5**亿美元以上的油田综合经济效益。 目前,我国石油行业技术还停留在传统技术阶段,不能实现永久式温度压力实时监测和分布式测量,每年油井检测费用巨大。在光纤传感技术方面,我国这方面技术相对落后、跨学科研究不完善,在产品化领域仍然处于空白状态。曾经尝试攻克该项技术难关的科研机构和企业有石油大学资源与信息学院、清华大学电子工程系、西安石油大学、大连理工、武汉理工、成都科大等等,但都因为技术难度大而与产业化标准相去甚远,尤其在解决高温环境稳定工作问题、压力的 ⡒㈊㸖㎗㬬㋧ゝ䇱㻿⹌㯟⡒㈊㬱⼄⮎㤙⡒㲌㠞䓐㔘⼦⧨ㅉ⫔㻤%䔚&KHQJ-LDQ7RZHU%%HL7DL3LQJ=KXDQJ6W+DL'LDQ'LVWULFW%HLMLQJ35&KLQD5D\\OHQV7HFKRQRORJ\\&R/WGRAYLENS Of Letter Paper测量问题、分布式测量问题等,难度很大。 由于缺乏经验,其中大部分学院与企业仍然在采用经过美国大量实践验证走不通的技术路线,造成不必要的资金和人力浪费。 至今,国外公司在这一领域的技术和产品处于垄断地位,一套智能井系统售价一般在***0万美元。这一高昂的价格直接阻止了这项技术在中国的应用。在蔚蓝仕产品研发成功之前,中国只在新疆的一口油井中安装过一套。 由于缺乏实用的实时监测设备,国内缺乏油井温度压力数据积累,从而无法建立油藏分布模型,更谈不上通过井下数据描绘油藏分布状况,指导石油勘探生产了。 FO-PDS产品的发明是我国自主创新的需要,是我国大力发展先进制造业的战略的需要,是保证我国石油安全的需要。项目的实施,可以进一步完善产品功能和性能,大大提高产品的产业化水平,从而加速产品在石油行业的推广,有望在短期内提高我国石油智能化开采和生产水平,为减缓我国石油对外依存度,提高石油安全具有积极的作用。 该项目经济效益巨大。产品的应用可以指导石油开采生产,保证提高采收率技术实施的效果,全国的平均采收率每提高1个百分点,就等于增加可采储量*8亿吨,相当于我国目前一年的原油产量;该产品实现了永久式实时监测,减少了每年油井特别是海上油井的维护费用。推广使用本技术可以给中国每年带来**亿美元以上的油田综合经济效益。该项目的成功,打破的国外产品的垄断,单套设备采购成本是国外同类产品的**%,大大降低了石油完井的技术装备的投入。 项目总投资*万元,项目建设期2年,项目实施后,第一年预计销售额可达北京蔚蓝仕科技有限公司总裁兼CTO黄正宇博士是光纤传感领域的专家。黄博士2005年在美国获得博士学位后就职于美国塞比欧斯公司,担任高级工程师, ⡒㈊㸖㎗㬬㋧ゝ䇱㻿⹌㯟⡒㈊㬱⼄⮎㤙⡒㲌㠞䓐㔘⼦⧨ㅉ⫔㻤%䔚&KHQJ-LDQ7RZHU%%HL7DL3LQJ=KXDQJ6W+DL'LDQ'LVWULFW%HLMLQJ35&KLQD5D\\OHQV7HFKRQRORJ\\&R/WGRAYLENS Of Letter Paper到**万元,产品达产后每年将实现*亿元以上的销售收入。 ZZZZHLODQVKLFRPZZZUD\\OHQVQHW负责永久式井下传感系统的研发。他在美国主导设计和制造的永久式井下传感系统已经成功安装在东南亚的油田实际生产环境中,到目前为止仍正常运行。北京蔚蓝仕科技有限公司于**年**月成立,公司成立后即开始了永久式井下温度压力监测系统的研发,经过近两年的研发,产品样机已经完成。同时公司申请了该产品相关的发明专利*项、实用新型*项、软件著作权*1项,另有多项国内外专利正在申请中。公司现有员工***人***%是研发人员,包括光学、电子、机械、软件和生产工艺等方面高端人才。*** *** 二、技术可行性分析 2.1项目建设内容 本项目研究开发新型的永久式温度压力二参量光纤传感器,实现了单个光纤串接多个温度压力传感器的分布式测温测压系统,并开发信号解调显示软件系统,可以实时显示井下温度压力的变化情况。 项目将在已完成的产品原型基础上,进行产业化升级,改造,同时建立完善产品测试中心、产品生产中心,产品营销中心,建立多个应用示范工程。 本项目在公司拥有的光纤传感核心技术的基础上,采用原始创新和集成创新相结合的研发方式,重点突破温度压力传感器一体化和分布式的技术难点,研发油气井开发生产急需的永久、实时、分布的实用测井系统。 **三大部分组成,其中解调器又包括上位机和下位机,系统结构如图所示。 ⡒㈊㸖㎗㬬㋧ゝ䇱㻿⹌㯟⡒㈊㬱⼄⮎㤙⡒㲌㠞䓐㔘⼦⧨ㅉ⫔㻤%䔚&KHQJ-LDQ7RZHU%%HL7DL3LQJ=KXDQJ6W+DL'LDQ'LVWULFW%HLMLQJ35&KLQD5D\\OHQV7HFKRQRORJ\\&R/WGRAYLENS Of Letter Paper本项目中的光纤永久式井下温度压力监测系统(***)由光纤传感器,信号*,ZZZZHLODQVKLFRPZZZUD\\OHQVQHW图 **S系统组成图 井下永久式光纤温度压力系统可以同时对一口或多口油井中不同深度的点要获得观测点处的温度和压力的实时数据或者历史数据。另外光纤永久式井下温度压力监控系统全部采用标准化模块设计,这样可以根据用户自己的要求调整被监控点的数量。 2.2技术总体思路 本项目基于光纤法布里-帕罗(Fiber Fabry-Perot)技术的传感器原理和光纤光栅技术原理,实现具有同时测量温度压力二参量功能的传感器,突破高温 ⡒㈊㸖㎗㬬㋧ゝ䇱㻿⹌㯟⡒㈊㬱⼄⮎㤙⡒㲌㠞䓐㔘⼦⧨ㅉ⫔㻤%䔚&KHQJ-LDQ7RZHU%%HL7DL3LQJ=KXDQJ6W+DL'LDQ'LVWULFW%HLMLQJ35&KLQD5D\\OHQV7HFKRQRORJ\\&R/WGRAYLENS Of Letter Paper进行温度和压力的实时测量并能将测量数据进行永久保存。用户可以根据实际需ZZZZHLODQVKLFRPZZZUD\\OHQVQHW 高压环境下的温度监测的局限,首次把井下压力测量实用化。基于光谱复用和频分复用结合,实现对串接在单个光纤上多个传感器的正确解调功能,实现了分布式温度压力测量。通过对光纤刻蚀技术、光纤熔接技术、传感器热处理工艺技术的研究及传感器结构的研究,大大提高整个系统对温度和压力的测量精度。 本项目技术难度大,涉及了测温测压的理论研究,光学、机械、电子等方面的技术研究,结构和生产加工工艺研究等内容,涉及的技术研究领域的范围非常广泛。 本项目在关键技术上具有多项重大创新,突破了国内局限于光纤光栅传感器的限制,首次实现了可以测量温度压力二参量小体积的传感器,实现了单个光纤连接多个温度压力传感器的分布式测温系统,成功解决了补偿温度串扰问题;极大降低传感器的插入损耗和高温压力漂移问题;极大提高了系统在恶劣环境下的ZZZZHLODQVKLFRPZZZUD\\OHQVQHW使用寿命长期。 ⡒㈊㸖㎗㬬㋧ゝ䇱㻿⹌㯟⡒㈊㬱⼄⮎㤙⡒㲌㠞䓐㔘⼦⧨ㅉ⫔㻤%䔚&KHQJ-LDQ7RZHU%%HL7DL3LQJ=KXDQJ6W+DL'LDQ'LVWULFW%HLMLQJ35&KLQD5D\\OHQV7HFKRQRORJ\\&R/WGRAYLENS Of Letter Paper