井下光纤测温系统

井下温度监测解决方案

1系统设计简析

1.1项目背景

井温是生产测井中必不可少的一个测量参数，几乎所有的组合测井仪都包括此项测量内容。准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，尤其在稠油热采工艺中，井温的监测显得非常重要。目前常规的井温测量方法存在不足：温度传感器的热平衡时间长；传感器的移动会影响井下原始温度场的分布；无法在高温高压环境下对井下的温度场分布进行长期的监测。

光纤传感器作为传感器中一支新秀，已被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一。它具有灵敏度高、体积小、易于敷设、对被检测场无破坏与干扰、抗电磁干扰能力强、本质防爆、能够进行分布测量以及传感信息易于通过光纤传输与组网等特点，是对已有的传感技术的发展与补充，它所具有的某些独特性是不能用其它传感技术代替的，尤其适用于石油化工、电力等行业的恶劣环境中。而分布式光纤测温技术作为近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，20世纪70年代起伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来，我国从20世纪90年代后期首次利用分布式光纤监测技术测量温度以来，至今已有多个工程应用。

油田中很大一部分是稠油区块，主要采用蒸汽吞吐的开采方式，高温监测最高测试温度达350℃以上。由于仪器工作环境恶劣，使传统的仪器无法进行有效测量。分布式光纤温度监测系统，提供了几近完美的探测性能。光纤分布式温度监测系统相比其他探测手段，这一新兴的线型应变监测手段正逐渐为各个领域的用户广为接受，石化油井由于其易燃易爆、线性结构的特点就更为适用。

1.2系统目标

油田井下温度分布监测——分布式光纤温度监测系统必须保证：

(1)油田井下温度的实时监测；

(2)根据实际工程需要情况，沿油井垂直方向，实现全方位分布式监测；

(3)准确定位温度异常点位置，显示异常或者事故时的温度状态；

(4)通过辅助软件分析光纤分布式温度监测系统所探测到的油井温度分布，并提供存储、查询等功能。

通过对井下温度分布进行实时监测可以及时解决问题，避免事故的发生，同时为地质资料解释提供依据，是实现油井自动及智能化管理的重要工作之一。

2系统总体设计方案

设备的布置必须结合油井的结构特点，从全面覆盖、安装便利上通盘考虑。

本方案所采用的光纤分布式温度监测系统，能将油井沿径向任意位置的实时温度显示出来，并连接到油井管理信息网，实时监控油井的温度分布。

油井一旦发现所测量温度值超过标准设定报警温度时，光纤分布式温度监测系统把实时报警信号送到报警主机，报警控制主机随后将发出声光报警并显示，同时把报警信号上传至油井管理中心。

2.1系统特点

以其优越的性能，快速的检测和强大的软件分析能力，使得整个DTS系统具有如下特点和优势：

2.2现场设备布置

图1给出了一个利用DTS对油井温度进行实时监测的系统布置示意图。DTS 主机放置在控制室，同时原始的温度数据可以在本机或远程提取与查看。

DTS光纤分布式温度监测系统主机通过多种输出方式将所探测的油井温度信号反馈给控制中心，油井内的高温探测光缆可进行分区，分别设置报警温度。

可以选择单通道或多通道，每个通道对一口油井进行监测，探测光纤的长度由实际情况决定。

图1 现场布置示意图

2.3感温光缆的铺设

对光纤测温系统而言，光纤本身既是传感介质也是传输介质，在测量时，不需要温度探头和电缆设备，主要的施工方式有两种：移动方式和固定方式。

移动方式：移动方式与常规的电缆测井施工方法类似，即将光纤放入井中，所不同的是无须挂接测量仪器。主要用于注蒸汽井注水井的注入剖面、自喷井产出剖面、套管井的井况测试。

固定方式：将外披钢丝光纤与生产管柱捆绑后下入井下，直到下一次作业时

起出，传感光纤在较长的一段时间内固定于井下，这种工作方式主要用于对重要

的油气井的井下温度分布进行长期不间断的监测，尤其是在注蒸汽热采井中，通常使用固定式。可用于深井泵、螺杆泵、采油井、高凝油井、稠油井的生产动态剖面测试。

2.4数据处理及分析（DTS软件）

光纤分布式温度监测系统的采集文件被转换并输出到文件夹中。表格的每一栏都代表了电缆线路上一个地理位置点的不同温度值。每一行都显示了一个获取数据的空间温度曲线分布。不同的获取的数据点的空间分辨率是1米。以这个表格为基础，绘制两种类型的图表用做进一步的分析。一种是显示光缆线路上温度与空间分布曲线图，另一种显示某一特定点的温度随时间变化曲线图。对于温度空间分布曲线图如下图示：

图2 软件界面

从图中可得到温度最大值MxФ(x)、温度算术平均值MyФ((x)、温度最小值miФ((x)、温度变化值ΔФ(x)、标准偏差值δ(x)等参数。

温度变化值ΔФ(x) 用于检测存取期间，每一点上的温度变化。标准偏差值ΔФ(x)用来确定利用DTS计算得出值的可靠性。

根据实际工程的不同，SOSC还可以进行二次开发，使DTS温度监测系统软

件拥有友好的中文操作界面、强大的数据库功能，更直观的显示待测物的温度分布。这里给出我们金山石化油罐测温的DTS软件主界面，如图3所示。

图3 金山石化油罐测温软件主界面

3小结

近年来，分布式光纤传感市场以每年60％以上的速度递增，越来越得到各个领域人士的认可。目前，在国内，在隧道火灾自动报警、电缆温度监测中，分布式光纤传感系统都已经有了不少的应用案例。油井温度是生产测井中必不可少的一个测量参数，准确的井温测量对于地质资料解释和油井监测等都具有十分重要的意义，DTS可以提供几近完美的解决方案。

基于拉曼散射的DTS研究起步较早，技术上趋于成熟，应用到油井温度监测中，突出的优势主要表现在：

●实现了分布式的在线监测，大大降低了漏报、误报的可能性；

●根据油井的不同，可对报警温度自行设定，且可进行分区，每个区的阈

值均可改变；

●利用一台DTS设备可以实现对多个油井的监测，性价比高；

●系统传感部分完全不带电，全光型，不存在安全隐患。