分布式光纤压裂监测技术应用及效果分析.pdf
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1、收稿日期:2 0 2 2-1 2-1 0基金项目:长城钻探工程有限公司课题 压裂远程智能砂液控制与监控系统开发(GWD C 2 0 2 2 0 1-1 3(0 1)作者简介:段建明(1 9 8 6-),男,山西省祁县人,工程师,大学本科,2 0 0 8年毕业于成都理工大学石油工程专业,现从事钻井设计和钻井监督工作。通讯作者:郭修成(1 9 8 6-),男,四川广安人,高级工程师,大学本科,2 0 0 9年毕业于西南石油大学应用化学专业,现从事钻井工程相关工作。分布式光纤压裂监测技术应用及效果分析段建明,郭修成,周 超(中石油 长城钻探工程技术研究院,辽宁 盘锦 1 2 4 0 1 0)摘要:分
2、布式光纤测量技术近年来逐步应用到油田开发中,通过全井筒的实时连续状态监测,实现研判产层压裂监测效果、产液量及流体性质,准确分析井筒生产状况,成为评价生产井生产动态的新方法新技术。分布式光纤利用下入井筒的光纤,以实时、全井段、长时间监测的方式,测量整个井筒温度场变化来监测井筒的动态生产状况,其实时监测的优势,远优于常规测井方式。在此介绍了分布式光纤测温原理和解释原理,研究了生产井的测温测量方法及解释流程。基于压力和温度数据,采用解释模型对压裂监测实测光纤数据进行处理评价,以及与油藏地质情况进行对比分析,试验结果验证了分布式光纤在产液剖面压裂监测方面的适用性和技术优势,试验中形成的苏里格地区一套分
3、布式光纤测温解释流程和方案,助力油田公司实时优化调整开发方案,实现增产上产。关键词:分布式光纤;压裂监测、产液剖面;测井技术中图分类号:T E 3 5 7.1+4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 8-0 0 8 1-0 51 引言气井生产井在生产过程中存在含水率上升快、地层出砂等问题,需要采用有效的动态监测技术对生产井生产状况进行准确判断,为开发方案调整和井筒治理提供支持。由于缺乏高质量井下剖面监测数据,无法准确对比分析单井各压裂层段产量贡献情况及储量动用程度,以及评价生产井各生产层位产气能力,最终无法实时优化排采制度,因此亟需进行井下数据的实时监
4、测与生产剖面分析。分布式光纤测温技术是近年来发展起来的一种伴随光纤通信技术发展而来的,以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号,用于实时测量空间温度场分布的新技术,我国从2 0世纪9 0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1。光纤测量技术指利用整根光纤作为分布式温度传感器,下入井筒后可感知井下温度变化,并通过光纤的传导,将与井下温度、位置点相关的光谱信号传输至地面进行解调和显示的井下测试作业技术。与传统的涡轮流量计测井方式相比,下入井筒的光纤本身既是测量传感器同时也是数据传输介质,具备实时、全井段、长时间进行温度监测的优势,此外分布式光纤也具有抗腐蚀、耐高温、
5、抗电磁干扰及体积小等特点2。分布式井温测井通过实时连续测量整个井筒空间内不同位置的温度场分布变化来监测油井的实际生产状况,在生产井的产出剖面动态监测方面得到推广应用3。2 分布式光纤温度测量原理2.1 测温基本原理分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前在工程上应用较多较成熟的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OT D R)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应4。拉曼散射原理,入射光在进入光纤中传播时,受到光纤本体材料分布不均与、结构分布不规整等影响,传播方向具有很大随机性,出现光的散射现象,而分布
6、式光纤传18 2 0 2 3年第8期内蒙古石油化工感测量,正是在此现象的基础上,通过感应技术,实现温度信号的精准反馈。相对于传统测温方法往往只能进行单点测量的不足,分布式光纤测温系统充分利用了拉曼散射原理,无论在距离长度、监测范围、精确定位等方面均有极大提升,并且将光信号作为传输信号,克服了传统测温在易燃易爆、强电磁千扰等环境下无法正常工作的缺点。因此,基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统在世界上具备一定先进性与有效性。瑞利散射是光与物质发生的弹性散射,其波长、频率不发生变化,对温度不敏感。拉曼散射光中的斯托克斯光对温度不敏感,反斯托克斯光的强度则随温度变化。分布式光纤测温系统由地面计算机、测
7、温光端机和高温测温光纤构成(见图1)。地面测温光端机是整个测温系统的核心部分。光端机发出脉冲激光、接收后向拉曼散射信号并进行信号处理。分布式光纤温度测量是利用光纤后向拉曼散射光谱的温度效应和光时域反射技术实现的5,测温原理见图1。从传感光纤背向散射的信号光再次经过波分复用模块WF,隔离瑞利散射光,透过温度敏感的反斯托克斯信号光和温度不敏感的斯托克斯参考光,并且由探测器接收,根据两者的光强比值可计算出温度。而位置的确定是基于光时域反射OT D R技术,可确定散射信号所对应的光纤位置。当激光脉冲在光纤中传输时,由于光纤中存在折射率的微观不均匀性,会产生散射。在时域里,入射光背向散射返回到光纤端所需
8、时间为t,激光脉冲在光纤中所走过的路程为2 L。其中V为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速,N为光纤折射率。在测得时间t的同时,即可求得距光源L处的距离1。由于光在光纤中以已知的速度传输于是将反向散射光分解成分别代表光纤长度中某一长度段的反向散射光组,可据此求解整个光纤长度的温度分布值。测试的精度和温度解析能力主要取决于光纤的长度、采集时间、理想的空间分辨率,只要接收端的频率高、采样时间间隔小,就可高精度采集整根光纤每一位置的信号值,实现对分布式温度精确测量的目的。通过采用适宜的工艺方法可以满足油藏动态监测中温度测井的要求。2.2 光纤测量方式及用途分布式光纤测量方式包括单次监测、半永久式
9、监测和永久式监测三种,通过钢丝作业或者连续油管作业下入实现单次监测,光纤通过三通接头下入泵以下目的层段实现半永久式监测,光纤可永久式安装在套管或者油管外下入井筒实现永久式监测。目前连续油管测井工艺具有入井工艺简单、安全性高的特点,在光纤单井监测产出剖面应用方面较多。此外,分布式光纤体积小、测试成功率高,一次下井能够对多个生产制度下井筒环境温度进行连续监测,且分布式光纤井温测井为静止测量,对生产井筒流体流动干扰小、测量精度高,能够满足产出剖面测井对安全性、测量精度、评价精度的要求。图1 分布式光纤测量原理示意图 下入井筒的光纤本身既是测量传感器同时也是数据传输介质,可对全井段任意位置进行温度监测
10、。按照其功能特点可实现多种用途监测:分布式温度/声音测井;增产效果射孔簇有效性;动态生产剖面监测;动态注入剖面监测;漏点检测;井间沟通;实时转向压裂技术指导1。2.3 光纤测井测量流程分布式光纤整体测量流程(见图2)为:施工准备,包括井况认识与分析,施工设备工作准备,连续油管力学茉莉分析,井筒准备;测井施工,包括设备摆放安装及试压,下入光纤连续管,不同工作制度数据采集,设备拆迁恢复生产;数据解释,包括数据质量评价,数据处理,数据分析解释,结论与建议。图2 分布式光纤测量流程图 分布式光纤入井测量生产井井温的流程为:28 内蒙古石油化工2 0 2 3年第8期 将测温光纤排放在光纤起下装置的滚筒上
11、面,光纤下井端密封,接好导向头;将光纤导向头及光纤引入环空内,启动光纤起下装置滚筒,下放测试光纤。光纤下至井底后,将地面端接至光纤测试控制系统,读取分布式光纤温度测试数据5。3 分布式光纤温度数据解释方法分布式光纤测量地层温度,理论依据为地层不同深度处存在温度差异,生产井筒任意深度处的温度大小是地层、流体性质、流量大小及时间的综合反映。当流体从井内产出时,井筒温度会偏离地层温度,生产井中生产层上部的流体温度要高于地层温度。井筒的温度是动态变化的,变化快慢取决于流量、完井方式、流体和地层导热特性等。当地层产出单相流体或者产出不同流量、不同含水率的多相流体时,井筒将呈现不同的温度响应特征。当地层中
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