一、前言

　　光纖傳(chuan) 感技術是20世紀70年代伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的新型傳(chuan) 感技術，國外一些發達國家對光纖傳(chuan) 感技術的應用研究已取得豐(feng) 碩成果，不少光纖傳(chuan) 感係統已實用化，成為(wei) 替代傳(chuan) 統傳(chuan) 感器的商品。

　　在油田的開發過程中，人們(men) 需要知道在產(chan) 液或注水過程中有關(guan) 井內(nei) 流體(ti) 的持性與(yu) 狀態的詳細資料，這就要用到石油測井，其可靠性和準確性是至關(guan) 重要的，而傳(chuan) 統的電子基傳(chuan) 感器無法在井下惡劣的環境諸如高溫、高壓、腐蝕、地磁地電幹擾下工作。光纖傳(chuan) 感器可以克服這些困難，其對電磁幹擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓（幾十兆帕以上）以及強烈的衝(chong) 擊與(yu) 振動，可以高精度地測量井筒和井場環境參數，同時，光纖傳(chuan) 感器具有分布式測量能力，可以測量被測量的空間分布，給出剖麵信息。而且，光纖傳(chuan) 感器橫截麵積小，外形短，在井筒中占據空間極小。

　　光纖傳(chuan) 感器在地球物理測井領域取得了長足的進步，全世界各大石油生產(chan) 公司、測井服務公司以及各種光纖傳(chuan) 感器研發機構和企業(ye) 都參加了研究、開發過程。為(wei) 了開拓光纖傳(chuan) 感器的應用領域，本文綜述了光纖傳(chuan) 感器在地球物理測井領域的研究與(yu) 進展，希望其研究能夠對進一步提高石油開發的水平作出貢獻。

　　二、光纖傳(chuan) 感器在測井上的研究進展

　　1、儲(chu) 層參數監測

　　（1）壓力監測

　　由於(yu) 開發方案的需要，對油藏壓力的管理需要特別謹慎，這樣做的目的是減少因在低於(yu) 泡點壓力的狀態下開采所造成的原油損失，減少在注氣過程中因油藏超壓將原油擠入含水層所造成的原油損失。傳(chuan) 統的井下壓力監測采用的傳(chuan) 感器主要有應變壓力計和石英晶體(ti) 壓力計，應變式壓力計受溫度影響和滯後影響，而石英壓力計會(hui) 受到溫度和壓力急劇變化的影響。在壓力監測時，這些傳(chuan) 感器還涉及安裝困難、長期穩定性差等問題。井下光纖傳(chuan) 感器沒有井下電子線路、易於(yu) 安裝、體(ti) 積小、抗幹擾能力強等優(you) 點，而這些正是井下監測所必需的。

　　美國CiDRA公司的在光纖壓力監測研究方麵處於(yu) 前沿，他們(men) 的科研人員發現了布喇格光纖光柵傳(chuan) 感器對壓力的線性響應。已開發的傳(chuan) 感器能夠工作到175℃，200oC和稍高溫度的產(chan) 品正在開發，250℃是研發的下一個(ge) 目標。不同溫度和壓力下的壓力測量誤差，在測試範圍（0MPa~34.5MPa）內(nei) ，均小於(yu) ±6.89kPa，相當於(yu) 電子測量係統的最好的水平。目前，CIDRA公司的光纖壓力傳(chuan) 感器的指標為(wei) ：測程0~103MPa，過壓極限129MPa，準確度±41.3kPa，分辨率2.06kPa，長期穩定性±34.5kPa/yr（連續保持150℃），工作溫度範圍25℃~175℃。1999年該公司在加利福尼亞(ya) 的Baker油田進行了壓力監測係統的試驗，結果表明該係統具有非常高的精度，目前已經交付商業(ye) 銷售。2001年該公司的壓力傳(chuan) 感器在英國BP公司的幾口井下安裝，監測應力變化，結果表明其具有足夠的可靠性。

　　美國斯倫(lun) 貝謝油田服務公司Doll研究中心的TsutomuYamate等人對用布喇格光纖光柵傳(chuan) 感器實行井下監測進行了長期的研究，他們(men) 研製成一種對溫度不敏感的側(ce) 孔布喇格光纖光柵傳(chuan) 感器，最高工作溫度為(wei) 300℃，最高測量壓力82MPa，在最高測量壓力下，對溫度的靈敏度極小，可以適用於(yu) 井下的壓力監測。

　　（2）溫度監測

　　分布式光纖溫度傳(chuan) 感器具有通過沿整個(ge) 完井長度連續性采集溫度資料來提供一條監測生產(chan) 和油層的新途徑的潛力。因為(wei) 井的溫度剖麵的變化可以與(yu) 其它地麵采集的資料（流量、含水、井口壓力等）以及裸眼測井曲線對比，從(cong) 而為(wei) 操作者提供有關(guan) 出現在井下的變化的定性和定量信息。傳(chuan) 統的測溫工具隻能在任何給定時間內(nei) 測量某個(ge) 點的溫度，要測試全範圍的溫度，點式傳(chuan) 感器隻能在井中來回移動才能實現，不可避免地對井內(nei) 環境平衡造成影響。光纖分布式溫度傳(chuan) 感器的優(you) 勢在於(yu) 光纖無須在檢測區域內(nei) 來回移動，能保證井內(nei) 的溫度平衡狀態不受影響。而且由於(yu) 光纖被置於(yu) 毛細鋼管內(nei) ，因此凡毛細鋼管能通達的地方都可進行光纖分布式溫度傳(chuan) 感器測試。

 　　最廣泛地應用於(yu) 井下監測應用的光纖傳(chuan) 感器之一就是喇曼反向散射分布式溫度探測器，這種方法已經在測量井筒溫度剖麵（特別是在蒸汽驅井）中，得到了廣泛的應用。分布式溫度傳(chuan) 感器要綜合考慮測量的點數和連接器衰減，遇到的問題和解決(jue) 方法為(wei) ：

　　（1）光纖以及連接器對信號的衰減問題，解決(jue) 的方法為(wei) 盡量減少連接器的數目、采用布喇格光纖光柵傳(chuan) 感器以及改進連接器的性能；

       （2）井下安裝時容易損壞，解決(jue) 的方法為(wei) 配備熟練工人、光纖傳(chuan) 感器需要外部保護層、減小應力（包括射孔和溫度引起的應力）。對於(yu) 光纖分布式溫度傳(chuan) 感器係統，英國Sensa公司一直處於(yu) 技術領先地位，有一係列產(chan) 品問世，而且與(yu) 各大石油公司合作，積極探索光纖分布式溫度傳(chuan) 感器在石油井下的應用。CiDRA公司也一直在研究光纖溫度傳(chuan) 感器，目前該公司的溫度傳(chuan) 感器技術指標為(wei) ：測量範圍0℃~175℃，準確度±1℃，分辨率0.1℃，長期穩定性±1℃/yr（150℃下連續使用）。

　　目前的光纖溫度、壓力傳(chuan) 感器的最主要的缺點之一就是溫度壓力交叉敏感特性，如何消除或者利用這種交叉敏感特性是研究的熱點。

　　（3）多相流監測

　　為(wei) 了做好油藏監控和油田管理，最關(guan) 鍵的環節是獲得生產(chan) 井和注水井穩定可信的總流量剖麵和各相流體(ti) 的持率。然而，大多數油井分層開采，每層含水量不同，而且有時流速較大，給利用常規生產(chan) 測井設備測量和分析油井的生產(chan) 狀況帶來了巨大的困難。液體(ti) 在油管中的摩阻和從(cong) 油藏中向井筒內(nei) 的噴射使得壓差密度儀(yi) 器無法準確測量，電子探頭更是無法探測到液體(ti) 中的小油氣泡。

　　光纖測量多相流有兩(liang) 種方法，第一種是美國斯倫(lun) 貝謝公司的持氣率光纖傳(chuan) 感儀(yi) ，該儀(yi) 器能直接測量多相流中持氣率。其四個(ge) 光纖探頭均勻地分布在井筒的橫剖麵中，其空間取向方位可用一個(ge) 集成化的相對方位傳(chuan) 感器準確測量，在氣液混合物中，通過探頭反射的光信號來確定持氣率和泡沫數量（這二者與(yu) 氣體(ti) 流量相關(guan) 聯）。此外，利用每個(ge) 探頭的測量值來建立一種井中氣體(ti) 流動的圖像，這些圖像資料特別適用於(yu) 斜井和水平井，可以更好地了解多相流流型以及解釋在傾(qing) 斜條件下這些流型固有的相分離。最近，這種儀(yi) 器已在世界各地成功地進行了測井實驗。它提供的資料能直接測定和量化多相混合物中氣體(ti) 和液體(ti) ，能準確診斷井眼問題，並有助於(yu) 生產(chan) 調整。儀(yi) 器通過了三口井的現場測試。第二種是通過測量聲速來確定兩(liang) 相混合流的相組分，因為(wei) 混合流體(ti) 的聲速與(yu) 各單相流體(ti) 的聲速和密度具有相關(guan) 性，而這個(ge) 相關(guan) 性普遍存在於(yu) 兩(liang) 相氣/液和液/液混合流體(ti) 係統中，同時也適用於(yu) 多相混合流係統。#p#分頁標題#e#

　　根據混合流體(ti) 的聲速確定各相流體(ti) 的體(ti) 積分數，就是測量流過流量計的各單相體(ti) 積分數（即持率測量）。某一流體(ti) 相持率是否等於(yu) 該相流動體(ti) 積分數，取決(jue) 於(yu) 該相相對於(yu) 其它相是否存在嚴(yan) 重的滑脫現象。對於(yu) 不存在嚴(yan) 重滑脫的油水兩(liang) 相混合流係統，可以用均勻流動模型進行分析；對於(yu) 存在嚴(yan) 重滑脫現象的流動狀態，則必須應用更完善的滑脫模型來解釋流量計測量的數據，才能準確地確定各相的流量。經流動循環實驗表明：對於(yu) 油水混合流體(ti) ，流量計的長波長聲速測量可以確定各相體(ti) 積分數（即持率），而不受流動非均質性（如層狀流動）的影響。

　　CiDRA公司挖掘了光纖傳(chuan) 感器內(nei) 在的優(you) 勢，開發了井下光相多相流傳(chuan) 感器。目前的樣品隻局限在測量準均勻流體(ti) ：如油、水兩(liang) 相或油、水、氣三相（氣相體(ti) 積份數小於(yu) 20%）。為(wei) 了考察這種新型的光纖多相流傳(chuan) 感器在生產(chan) 井中測量油/水/氣三相的性能，CiDRA最近在一口測試井進行了實驗。在測試井中混合了油、水和氣體(ti) ，混合物包括粘度為(wei) 32API的油、7%礦化度的水和礦廠天然氣（甲烷），測試溫度100oF，壓力<2.75MPa。在0%~100%含水率範圍內(nei) ，儀(yi) 器測量誤差小於(yu) ±5%，精度滿足要求。該流量計能夠確定原油和鹽水混合物中的持水率，在持水率全量程中其誤差為(wei) ±5%以內(nei) ，滿足生產(chan) 要求。而且除了能夠測量持水率之外，該儀(yi) 器還測試了三相中氣體(ti) 的體(ti) 積含量，隻是測試中油水的比例已知。結果表明，該儀(yi) 器能夠求出以泡沫流流出型出現的液體(ti) 中的氣體(ti) 體(ti) 積百分數。