CN107882548A - 一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，涉及一种油井温度监测系统，所述系统包括地面监控中心（1）、大量程测温光端机（2）、工控机（3）、井口（4）、油管悬挂器（5）、大功率电点火器（6）、超高温监测光缆（7）；超高温监测光缆（7）由光缆外管（7‑1）及内部设置一条或多条超高温光纤（7‑3）构成；所述光缆外管（7‑1）适用于多种结构，包括单一壁厚、双层管、内部钢丝绞合铠装等结构样式。该系统利用耐高温可达760℃的镀金纯硅光纤作为温度传感器，解调设备选用大量程高分辨测温光端机，该光端机最高测温1200℃，测温精度可达0.5℃，空间分辨率高达0.5m，实现火驱点火井超高温的井下温度分布式、准确、实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种油井温度监测系统，特别是涉及一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统。
背景技术
当前在稠油开采领域中，火烧油层采油方式得到了较为广泛的应用。火烧油层采油是利用油藏10%左右的重质组分作为燃料，通过注入空气作为氧料，燃烧产生的热量用来驱替原油，从而进行采油。在传统的火驱点火过程中，缺少对井下温度、压力的监测系统，无法详细描述火烧前缘推进动态，无法深入探索火烧驱油机理，对现场试验指导性小，直接影响了火烧驱油采油工艺的发展前景。由此如何实现对火驱点火井井下温度、压力的监测成为对现场试验的动态油藏管理的关键。
但火驱点火井井下油藏的介质复杂，存在含氢量高、腐蚀性强、超高温高压等问题，目前国内较成熟的热电偶测温技术，由于存在测温点数少，很难实现对火驱点火井全井段分布式温度的实时、动态监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，该系统利用耐高温可达760℃的镀金纯硅光纤作为温度传感器，解调设备选用大量程高分辨测温光端机，该光端机最高测温1200℃，测温精度可达0.5℃，空间分辨率高达0.5m，实现火驱点火井超高温的井下温度分布式、准确、实时监测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，该系统由大量程测温光端机、超高温监测光缆组成；超高温监测光缆与井下油管管柱捆绑，通过可穿越封隔器及井口套管阀门并连接光纤密封器后与地面大量程测温光端机形成本监测系统，大量程测温光端机基于频域拉曼散射测温原理，选用1064nm波长作为激光源；超高温监测光缆由光缆外管及内部设置一条或多条超高温光纤，其中光缆外管为单层管或双层管，内部为钢丝绞合铠装结构形式；材质选用316L或825不锈钢；超高温光纤为纯硅纤芯，镀金涂覆层，同时内置光纤可以使用全井段超高温光纤或两种光纤组合接续的方式，将聚酰亚胺光纤和镀金光纤接续；其中聚酰亚胺光纤为纯硅纤芯，聚酰亚胺涂覆层。
所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，所述光缆管接续采用等径光缆管焊接方式。
所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，所述超高温监测光缆采用捆绑方式随油管下入或油管内部下入的方式。
所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，所述超高温监测光缆在油管接箍处用接箍保护器对超高温监测光缆进行固定，
所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，所述超高温监测光缆在油管中间部位用钢带将油管与超高温监测光缆固定，
所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，所述超高温监测光缆依次通过可穿越式封隔器、油管悬挂器，从井口阀门穿出。
本发明的优点与效果是：
本发明提供的火驱点火井的超高温分布式光纤温度监测系统，采用超高温分布式光纤温度监测工艺，实现了电点火期间对井下温度的分布式实时、动态监测。该温度监测系统，长时间最高耐温值为760℃，短时间可达到最高温度1200℃，攻克了火驱点火采油期间井下温度超高的监测难题。
附图说明
图1是本发明火驱点火井的超高温分布式光纤温度监测系统结构示意图；
图2是本发明超高温监测光缆多种结构示意图；
图3是本发明超高温监测光缆单层管示意图；
图4是本发明超高温监测光缆双层管示意图。
图中部件：地面监控中心1；大量程测温光端机2；工控机3；井口4；油管悬挂器5；大功率电点火器6；监测光缆7；光缆外管7-1；测温光纤管7-2；超高温光纤7-3；不锈钢丝7-4；光缆保护器8；接箍保护器9；油管10；可穿越封隔器11；隔热管12；防腐筛管13；井口光纤密封器14。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明系统包括大量程测温光端机、超高温监测光缆，大量程测温光端机位于地面监控中心内，超高温监测光缆与井下油井管柱连接通过可穿越封隔器及井口连接地面大量程测温光端机。超高温监测光缆由光缆外管及内部设置一条或多条超高温光纤构成，其中光缆外管适用于多种结构，超高温光纤采用纯硅纤芯，镀金涂覆层。超高温监测光缆外管适用于多种结构，包括单层管、双层管内部钢丝绞合铠装等结构样式。超高温光纤为纯硅纤芯，镀金涂覆层，耐高温760℃，镀金光纤段放置油井全部油层点火段。超高温监测光缆下入油管的尾端采用氩弧环焊焊接密封头。超高温监测光缆采用捆绑方式随油管下入或油管内部下入的方式，在油管接箍处用接箍保护器对超高温监测光缆进行固定，在油管中间部位用钢带将油管与超高温监测光缆固定，光缆依次通过可穿越式封隔器、油管悬挂器，从井口套管阀门穿出。
其中，大量程测温光端机配套工控机使用。大量程测温光端机是整个系统的检测单元，其主要功能是实现光信号的发射、接收、滤波、放大和信息处理，数据分析和输出。工控机是整个系统的显示单元，二者结合实现测温系统控制及实时监测等操作。
其中，的大量程测温光端机具有宽测温量程、高精度、高分辨率等特点。与传统的基于光时域拉曼散射原理的光端机不同，该大量程测温光端机光基于频域拉曼散射测温原理，采用频率调制连续波技术对光源进行连续扫频控制或者步进频率调制，传感光纤中后向拉曼散射光或反射光的频率响应，再对频率响应进行反傅里叶变换，从而得到时间域或者空间域信息。采用该技术的测温光端机可提高对拉曼散射信号的检测信噪比，同时解决了传统光端机由于宽带信号导致脉宽增宽的问题，大幅减少了噪声，提高了测温精确度。加之大量程测温光端机针对火驱点火井的超高温高精度监测需求，综合考虑光源的中心波长、线宽和最大连续输出功率等，最终选用在光纤中具有最小氢损的1064nm波长作为激光源。其中，超高温监测光缆由光缆外管及内部设置一条或多条超高温光纤构成，其中光缆外管材质可选用316L或825不锈钢，其具有耐高温、耐腐蚀、高机械强度等特点。其中，超高温光纤为纯硅纤芯，镀金涂覆层，该超高温光纤不仅保留光纤本身机械强度，同时可承受由长期张力负荷造成的静态疲劳。其具有耐高温（760℃）、耐氢损等特点。同时内置光纤也可采用组合方式，将聚酰亚胺光纤和镀金光纤接续，减少超高温光纤用量，降低成本。其中聚酰亚胺光纤为纯硅纤芯，聚酰亚胺涂覆层，耐高温350℃。其中，超高温监测光缆外管适用于多种结构，包括单层管、双层管、内部钢丝绞合铠装等结构样式。其中，超高温监测光缆缠绕在光缆盘上，它的起下及起下速度由油管下入速度决定。
如图所示，本系统包括大量程测温光端机2、超高温监测光缆7，大量程测温光端机2位于地面监控中心1内，所述超高温监测光缆7与井下油管管柱10连接通过可穿越封隔器11及井口4套管阀门，使用光纤密封器14进行密封后，连接地面大量程测温光端机2。所述超高温监测光缆7由光缆外管7-1及内部设置一条或多条超高温光纤7-3构成，超高温监测光缆外管7-1适用于多种结构，包括单层管、双层管、内部钢丝绞合铠装等；见示意图2结构样式。超高温光纤7-3为镀金纯硅光纤，镀金光纤段放置油井全部油层段。超高温监测光缆7下入油管的尾端采用氩弧环焊焊接密封头。超高温监测光缆7采用捆绑方式随油管10下入，在油管10接箍处用接箍保护器9对超高温监测光缆9进行固定，在油管中间部位用光缆保护器8将油管10与超高温监测光缆10固定，超高温监测光缆7依次通过可穿越式封隔器11、油管悬挂器5，从井口4套管阀门穿出。油管10内放置大功率电点火器6进行油层点火，油管管柱10在可穿越封隔器下部为隔热管12，隔绝点火热量，底部为防腐筛管12，超高温分布式光纤温度监测系统可在点火过程中进行实时温度监测。其中，大量程测温光端机2是整个系统的检测单元，与工控机3配套使用，大量程测温光端机2与工控机3通过USB数据线连接，与超高温监测光缆7内的超高温光纤7-3连接。
其中，超高温监测光缆7适用于多种结构，包括单层管、双层管、内部钢丝绞合铠装等结构样式。
列举内部钢丝绞合铠装为例，6根不锈钢丝7-4和1根测温光纤管7-2预制在超高温大壁厚螺旋绞合光缆外管7-1内，并下入到油层段底部。
其中，超高温光纤7-3为镀金纯硅光纤，通过光缆预制技术将其预制到监测光缆外管7-1内,监测光缆外管7-1起到对传感光纤的保护作用。同时该超高温光纤7-3也可采用组合的方式，将聚酰亚胺光纤与镀金光纤接续，接续方法采用光纤熔接机将两种光纤进行熔接，熔接处点高温胶，并用石英毛细管进行保护。
其中，超高温监测光缆7缠绕在光缆盘上，它的起下及起下速度由油管10下入速度决定。
大量程测温光端机2是整个系统的监测单元，与工控机3配套使用，大量程测温光端机2与工控机3通过USB数据线连接，与超高温监测光缆7内的超高温光纤7-3连接组成。超高温监测光缆7由光缆外管7-1及内部设置一条或多条超高温光纤7-3构成；所述光缆外管7-1适用于多种结构，包括单一壁厚、双层管、内部钢丝绞合铠装等结构样式。所述超高温光纤（7-3）镀金纯硅光纤，通过光缆预制技术将其预制到监测光缆外管7-1内,光缆外管7-1起到对传感光纤的保护作用。所述超高温光纤7-3也可采用组合的方式，将聚酰亚胺光纤与镀金光纤接续，接续方法采用光纤熔接机将两种光纤进行熔接。在超高温监测光缆7下入过程中，固定于顶端防腐筛管13上，通过光缆保护器8及接箍保护器9捆绑的方式下入，超高温监测光缆7穿过可穿越封隔器11、井口4套管阀门，连接地面光纤密封器14，有效保护了测试缆在下入过程中不受损伤，提高了作业安全性；管柱下入完成后，连接大量程测温光端机2，满足了火驱点火井电点火期间井下温度实时监测的要求。在电点火监测时，可以通过地面解调设备实时解调温度数据，确保井下按设计要求达到点火温度，同时防止出现井筒燃烧，实现电点火安全控制。本发明适用于笼统点火井和分层点火井，能够为油层点火效果提供精确评价。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，该系统由大量程测温光端机、超高温监测光缆组成；超高温监测光缆与井下油管管柱捆绑，通过可穿越封隔器及井口套管阀门并连接光纤密封器后与地面大量程测温光端机形成本监测系统；大量程测温光端机基于频域拉曼散射测温原理，选用1064nm波长作为激光源；超高温监测光缆由光缆外管及内部设置一条或多条超高温光纤，其中光缆外管为单层管或双层管，内部为钢丝绞合铠装结构形式；材质选用316L或825不锈钢；超高温光纤为纯硅纤芯，镀金涂覆层，同时内置光纤可以使用全井段超高温光纤或两种光纤组合接续的方式，将聚酰亚胺光纤和镀金光纤接续；其中聚酰亚胺光纤为纯硅纤芯，聚酰亚胺涂覆层。
2.根据权利要求1所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，所述光缆管接续采用等径光缆管焊接方式。
3.根据权利要求1所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，所述超高温监测光缆采用捆绑方式随油管下入或油管内部下入的方式。
4.根据权利要求3所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，所述超高温监测光缆在油管接箍处用接箍保护器对超高温监测光缆进行固定。
5.根据权利要求4所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，所述超高温监测光缆在油管中间部位用钢带将油管与超高温监测光缆固定。
6.根据权利要求5所述的一种火驱点火井油井的超高温分布式光纤温度监测系统，其特征在于，所述超高温监测光缆依次通过可穿越式封隔器、油管悬挂器，从井口阀门穿出。
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