王瑞強(qiáng)

摘要：當(dāng)前頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井儀存在下井難的問(wèn)題，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量不同產(chǎn)層產(chǎn)氣量，文章通過(guò)大量的實(shí)踐研究、不斷的攻關(guān)，逐漸探索出一套分布式聲波光纖產(chǎn)出剖面測(cè)井技術(shù)，從而有效解決和改善該項(xiàng)重點(diǎn)難題，中油測(cè)井在某油田黃金壩頁(yè)巖氣進(jìn)行了首次頁(yè)巖氣水平井分布式光纖產(chǎn)氣剖面測(cè)井實(shí)驗(yàn)任務(wù)，且獲得了精準(zhǔn)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，為油田工業(yè)深入開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣資源提供了基礎(chǔ)技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;分布式光纖;產(chǎn)出剖面

前言：對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層產(chǎn)氣能力產(chǎn)生影響的因素是非常多的，除了施工壓裂方面的因素之外，也和地質(zhì)環(huán)境因素密切相關(guān)，為了提高頁(yè)巖氣資源的開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量，就必須要全面了解不同產(chǎn)層的實(shí)際產(chǎn)氣量。文章主要以分布式光纖測(cè)井技術(shù)為基礎(chǔ)，利用光纖作為主要的傳輸介質(zhì)和傳感器，分為多個(gè)生產(chǎn)制度對(duì)井下產(chǎn)層的溫度、聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，再用相應(yīng)的專業(yè)軟件進(jìn)行處理，并獲取不同產(chǎn)層的實(shí)際精準(zhǔn)產(chǎn)氣量。中油測(cè)井公司為此進(jìn)行了頁(yè)巖氣水平井分布式光纖產(chǎn)氣剖面測(cè)井實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，為油田事業(yè)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究提供了有力的技術(shù)支持。

1.概念簡(jiǎn)述

1.1一般測(cè)井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

當(dāng)前，水平井產(chǎn)出剖面測(cè)井系列主要包括以下幾種：FSI與MAPS陣列生產(chǎn)測(cè)井儀，F(xiàn)SI測(cè)井系列主要包含微轉(zhuǎn)子流量計(jì)、測(cè)量、光學(xué)與電阻傳感器，主要用于測(cè)量分層流體的實(shí)際流速、持氣率與持水率的實(shí)際參數(shù)。MAPS測(cè)井系列主要包含陣列式電阻持率、陣列式電容持率以及陣列式渦輪流量。在測(cè)井過(guò)程中，需要通過(guò)不同測(cè)速上下移動(dòng)電纜測(cè)量不同的曲線。井口壓力比較大的生產(chǎn)井，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)的密封脂對(duì)其進(jìn)行密封，活動(dòng)電纜對(duì)密封會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，不能長(zhǎng)時(shí)間分生產(chǎn)制度完成測(cè)井任務(wù)，一般測(cè)井系列一起具有一定的外徑，如果使用油管或者是比較小的套管所生產(chǎn)的井，是不能使用常規(guī)測(cè)井系列進(jìn)行測(cè)井的，對(duì)于大部分的水平井而言，一般測(cè)井系統(tǒng)是無(wú)法覆蓋所有測(cè)量段的[1]。

1.2分布式光纖測(cè)井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

分布式光纖測(cè)井通常采用光纖所具有的一維特性進(jìn)行測(cè)量，這樣能夠同時(shí)獲取時(shí)間實(shí)時(shí)變化狀態(tài)下的測(cè)井信息，可以在整段光纖長(zhǎng)度中對(duì)光纖分布的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行持續(xù)測(cè)量。光纖傳感器與光纖傳輸通常具備一定的抗電磁干擾、抗腐蝕性，能夠在相對(duì)惡劣的環(huán)境下工作，其靈敏度比較高，信息量非常大，體積非常小，重量輕，可撓曲，便于進(jìn)行復(fù)用測(cè)量與對(duì)被測(cè)介質(zhì)產(chǎn)生的影響小等特點(diǎn)，是非常適用于油田開(kāi)發(fā)測(cè)井的實(shí)際需求的。在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中，分布式光纖測(cè)井技術(shù)容易下井，對(duì)于超長(zhǎng)水平段井，其測(cè)井成功率也非常高，可勝任比較小生產(chǎn)井的實(shí)際測(cè)井需求，因?yàn)榉植际焦饫w測(cè)井不會(huì)移動(dòng)，能夠最大程度上滿足不同生產(chǎn)制度下的實(shí)際測(cè)井需求。

2.分布式光纖測(cè)井原理

2.1散射與溫敏原理

固體當(dāng)中的光學(xué)聲子、分子振動(dòng)和激發(fā)光之間相互作用，所產(chǎn)生的非彈性散射便是喇曼散射，其光強(qiáng)度和溫度之間有著密切的關(guān)聯(lián)。散射光當(dāng)中，不僅有和激發(fā)光的實(shí)際波長(zhǎng)相同的彈性成分之外，存在的斯托克斯光散射比激發(fā)光波長(zhǎng)，反斯托克斯光散射比激發(fā)光波長(zhǎng)短，這便是喇曼效應(yīng)[2]。

2.2布里淵散射

布里淵散射指的是光在不均勻介質(zhì)當(dāng)中傳播和發(fā)生的散射現(xiàn)象，其強(qiáng)度和頻率與入射光都會(huì)發(fā)生變化，光在通過(guò)光纖的時(shí)候，光子與光纖當(dāng)中的熱運(yùn)動(dòng)，聲子之間會(huì)產(chǎn)生非彈性碰撞，出現(xiàn)布里淵散射，散射光的實(shí)際頻率與入射光的頻率相比較，發(fā)生了一定的變化，變化大小和散射角、光纖的材料有一定的關(guān)系，如折射率、密度以及泊松比等。

2.3分布式光纖溫度測(cè)量

光纖溫度的測(cè)量主要源于光纖當(dāng)中所傳播的光和光纖介質(zhì)周邊的溫度有著直接的關(guān)系，光纖溫度測(cè)量的主要原理是根據(jù)光纖的反射原理與光纖背向喇曼散射溫度的敏感效應(yīng)。光纖在實(shí)際傳輸過(guò)程中，當(dāng)光脈沖由光纖的一端射向光纖時(shí)，光脈沖會(huì)沿著光纖的方向向前傳播，再者，光纖的每一個(gè)不同點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生反射，部分反射光和入射光的方向正好相反，被稱之為背向，這樣的背向反射光的實(shí)際強(qiáng)度和周圍溫度之間有關(guān)聯(lián)性;反射點(diǎn)的實(shí)際溫度越高，其反射的光強(qiáng)度也就越大，所測(cè)出的反射光強(qiáng)度能夠計(jì)算出反射點(diǎn)的實(shí)際溫度。

在測(cè)量過(guò)程中，光纖會(huì)存在彎曲、不穩(wěn)定以及接頭耗損等不足和缺點(diǎn)，所以，采用雙通道雙波長(zhǎng)比較法對(duì)其實(shí)際溫度進(jìn)行測(cè)量，具體操作如下，分別采集反射光當(dāng)中的斯托克斯與反斯托克斯散射，之后通過(guò)兩者光強(qiáng)強(qiáng)度比值得出溫度信號(hào)，并充分全面考慮反斯托克斯散射光對(duì)溫度的敏感度，所以將反斯托克斯散射光作為信號(hào)通道。

2.4BOTDR聲波測(cè)量原理

分布式光纖聲波測(cè)量主要是由測(cè)定入射光后向布里淵散射光的實(shí)際參數(shù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，布里淵散射頻率移動(dòng)與強(qiáng)度和光纖材料的聲速有著直接的關(guān)系，聲速也會(huì)受到光纖材料彈光特性與熱光特性的影響，所以，光纖當(dāng)中的溫度與變化也會(huì)導(dǎo)致引起布里淵散射頻移與實(shí)際的強(qiáng)度變化。光纖環(huán)境聲波會(huì)導(dǎo)致引起光纖的變化，通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，最終達(dá)到光纖測(cè)量聲波與聲速的目的。

2.5分布式光纖定位測(cè)量原理

光脈沖在進(jìn)入到光纖之后開(kāi)始計(jì)時(shí)，發(fā)射端所收到散射回波信號(hào)的時(shí)候，也能夠說(shuō)明該處的信號(hào)是由距發(fā)射端處的光纖所產(chǎn)生的。只有接收端的頻率足夠高，且采樣的時(shí)間相對(duì)比較小，就能夠得到光纖的實(shí)際信號(hào)值，從而達(dá)到分布式測(cè)量的最終目的。

3.分布式光纖產(chǎn)氣剖面測(cè)井技術(shù)具體流程

（1）地面設(shè)備：地面設(shè)備的主要裝備便是激光接收器和激光發(fā)射器。

（2）井下儀器：?jiǎn)涡竟饫|主要是以1米分辨率進(jìn)行連續(xù)性的探測(cè)與定位，其長(zhǎng)達(dá)40公里的光纖逐漸轉(zhuǎn)變成為多個(gè)傳感器，頻率的范圍<5Hz。

（3）為了最大程度上保障井底的壓力對(duì)光纖不會(huì)造成損害，在連續(xù)的油管底部主要采用的是專用的密封部件對(duì)其進(jìn)行密封，保障地面轉(zhuǎn)動(dòng)部件不會(huì)對(duì)光纖造成損害，采用密封裝置對(duì)光纖進(jìn)行固定。分布式溫度傳感器和聲波傳感通常會(huì)進(jìn)行組合使用，分布式聲波傳感器主要采用的是單模的光纖，如果條件允許的情況下，可采用更多模光纖，分布式的溫度傳感器主要采用的是多模光纖，且不會(huì)受到溫度因素的影響[3]。

（4）4.結(jié)束語(yǔ)

分布式光纖產(chǎn)出剖面測(cè)井技術(shù)能夠高效解決頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井獲取資料難的問(wèn)題，且測(cè)井成功率比較高，所測(cè)量的不同產(chǎn)層產(chǎn)氣量也會(huì)更加的精準(zhǔn)，分布式光纖測(cè)井技術(shù)也為巖氣區(qū)塊的高效開(kāi)發(fā)與利用提供了基礎(chǔ)技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦羽喬，石文睿，石元會(huì)，等.涪陵頁(yè)巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2016（4）.42-43

[2]杜磊.某氣田水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井技術(shù)應(yīng)用[J].當(dāng)代化工，2019，48（7）.33-34

[3]楊政海，陳國(guó)偉，陳真.蘇里格氣田水平井產(chǎn)氣剖面測(cè)井技術(shù)及應(yīng)用[J].化工管理，2019（23）.11-12