井下光纤测温系统

井下温度监测 解决方案 井下温度监测系统 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； 井下温度监测系统 (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： 主要特点 优点 操作人员可以定义告警条件， 把油 井分成多个区域，设定相应操作 根据油井的不同，操作人员可以自定义不同 的报警温度阈值 实时数据，高温度和空间分辨率 （高达0.01℃， 1m） ， 测量可重复 性高 克服了人工监测片面及误差大的弊端，自动 监测温度异常情况，且给出准确定位。降低 了漏报、误报的概率 光纤传感传输 抗 EMI，没有电气或移动部件，可以简便部 署，且不存在安全隐患 井下温度监测系统 集成式开关和自动调度功能 根据具体项目的实际情况，可利用一台 DTS 设备对多个油井的温度进行监测 标准接口 可以简便的集成到油井管理控制系统中，还 可以把在线生成的数据集成到实时温度等级 系统或数据库中 业内领先的质量，使用寿命长 降低了维护和支持成本 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。 井下温度监测系统 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 井下温度监测系统 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 井下温度监测系统 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。 井下温度监测系统