CN113931619B - 一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监测方法 - Google Patents

一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监测方法，监控中心通过光缆密封器与高温连续光纤光缆的首端相连，高温连续光纤光缆的尾端与光缆尾端连接封头相连，光缆尾端连接封头通过与光缆尾端固定工具与圆堵相连，高温连续光纤光缆分为管内光缆和管外光缆两个部分，管内光缆位于油气井水平段的油管内，管外光缆位于油气井竖直段的油管外，油气井竖直段的油管和油气井水平段的油管之间通过Y型穿越管柱相连，在Y型穿越管柱处高温连续光纤光缆由油管外进入油管内。本系统采用高温连续光缆全井筒分布式测温和高精度测温光纤光栅比对测温的方式进行井筒内部温度实时监测。

Description

一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监 测方法
技术领域
本发明涉及光纤监测技术领域，更具体地说涉及一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监测方法。
背景技术
光纤监测技术从20世纪90年代开始起步，经过10多年的发展，逐步成熟，已在电力、隧道等火灾报警方面得到广泛应用。光纤监测技术因其具有耐高温、使用寿命长、实时连续监测等特点，非常适合油气井井下温度、压力实时监测。
在稠油热采开发过程中，根据对温度、压力动态监测的需要，开发了高温水平注汽井光纤温压监测技术，该技术克服了热电偶、电子温度计、电子压力计测试点少、无法实时监测的缺点，可有效的实时监测高温注汽井全井段温度剖面分布情况。光纤具有灵敏度高、损耗低、抗干扰能力强及工作性能可靠等特点，现阶段已多次应用于石油测试领域，得到很好的应用效果。
目前海上油田稠油热采井下高温监测技术较为单一，且监测技术均无法进行井下长效监测，现有监测技术只能通过钢丝或连续油管下入测试工具串的方式获取井下指定位置、短时间内的温度、压力数据，数据量有限，作业程序复杂，且操作安全风险较高，与此同时也限制了海上油田稠油热采工艺技术的快速发展。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，针对海上油田高温水平注汽井现有温、压监测技术的缺陷，提供了一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统及其监测方法，本系统利用长期耐温370℃、短期耐温400℃的耐高温测温光缆和耐压34MPa、长期耐温370℃的蓝宝石光纤压力计分别进行井下分布式温度和特殊位置点压力的实时监测，同时，通过测温精度高多点光纤光栅对分布式监测温度进行比对，从而提高全井段的温度监测精度，实现海上油田水平注汽井全井段温度实时监测及多点压力实时监测。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，包括监控中心和高温连续光纤光缆，
所述监控中心设置在海上油田作业平台甲板上，所述监控中心通过光缆密封器与所述高温连续光纤光缆的首端相连，所述高温连续光纤光缆经由电动收放机和天滑轮下入井内，电动收放机用于控制高温连续光纤光缆的下入和起出，所述高温连续光纤光缆的尾端与光缆尾端连接封头相连，所述光缆尾端连接封头通过与光缆尾端固定工具与圆堵相连，所述高温连续光纤光缆分为管内光缆和管外光缆两个部分，所述管内光缆位于油气井水平段的油管内，所述管外光缆位于所述油气井竖直段的油管外，所述油气井竖直段的油管和所述油气井水平段的油管之间通过Y型穿越管柱相连，在所述Y型穿越管柱处高温连续光纤光缆由油管外进入油管内，所述管内光缆包括高精度光纤光栅串、第一蓝宝石光纤压力计、第二蓝宝石光纤压力计和所述光缆尾端连接封头，所述高精度光纤光栅串是对管内光缆中的1根光纤进行飞秒激光刻栅形成，高精度光纤光栅串利用光栅测温的高精度特性进行油管内分布式温度的比对参考，所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计均匀设置在所述管内光缆上，第一蓝宝石光纤压力计和第二蓝宝石光纤压力计用于对油管内的特殊位置点压力的进行实时监测，在所述管内光缆的尾端设置所述光缆尾端连接封头。
所述高温连续光纤光缆包括光缆外铠、分布式温度监测光纤、高精度测温光栅光纤和压力监测光纤，所述分布式温度监测光纤、所述高精度测温光栅光纤和所述压力监测光纤设置在所述光缆外铠内，在所述高精度测温光栅光纤的尾端上进行飞秒激光刻栅后形成所述高精度光纤光栅串，所述压力监测光纤与所述蓝宝石光纤压力计相连。
高精度测温光纤光栅串采用透明聚酰亚胺高温涂层光纤的飞秒激光连续刻栅技术，利用飞秒激光点对点微加工技术在透明聚酰亚胺高温涂层光纤上连续加工制作布拉格光栅，以实现400℃高温温度监测。
飞秒激光连续刻栅技术无需去除光纤涂覆层，利用透明聚酰亚胺高温涂层对飞秒激光的透明特性，连续刻制布拉格光栅，光纤保持连续的高温原始涂层，在成缆和长期使用过程中均保持良好的机械性能和长期可靠性。
所述分布式温度监测光纤的数量为1根，所述高精度测温光栅光纤的数量为1根，所述压力监测光纤的数量为2根，所述压力监测光纤分别与所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计相连。
所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计均采用耐温370℃和耐压34MPa的结构。
第一蓝宝石光纤压力计和第二蓝宝石光纤压力计均为利用电弧热熔或CO2激光热加工技术在蓝宝石光纤端面制备一个气泡，然后在上述气泡的左右壁形成一个腔长随压力线性变化的法-珀干涉仪(FPI)，以实现高温环境下的压力实时监测。
所述监控中心包括分布式温度监测光端机、压力监测解调仪和高精度光纤光栅温度监测解调仪，所述分布式温度监测光端机、所述压力监测解调仪和所述高精度光纤光栅温度监测解调仪均通过尾纤与所述高温连续光纤光缆的首端相连。
所述监控中心的内部还设置有数字工作站和液晶显示器，能够对油管内的监测数据实时显示。
所述管外光缆通过光缆保护器固定在所述油气井竖直段的油管外。
一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统的监测方法，按照下述步骤进行：
步骤1，高温连续光纤光缆通过Y型穿越管柱下入至油气井水平段的油管底部，高温连续光纤光缆通过光缆尾端固定工具与圆堵连接固定，管内光缆位于油气井水平段的油管内；
步骤2，管内光缆的首端穿过Y型穿越管柱后伸出油气井竖直段的油管外形成管外光缆，管外光缆通过光缆保护器捆绑于油气井竖直段的油管外直至井下封隔器位置处，穿越井下封隔器及相关密封组件后穿出油井的井口；
步骤3，将高温连续光纤光缆的首端连接光纤密封器密封后连接尾纤后分别与分布式温度监测光端机、压力监测解调仪、高精度光纤光栅温度监测解调仪的端口相连，压力监测解调仪通过液晶显示器能够实时观察油管内温度压力变化情况，以实现海上油田高温水平注汽井全井段温度实时监测及井内多点压力监测。
本发明的有益效果为：本发明提供的海上油田高温水平注汽井光纤温压监测系统，采用高温连续光缆全井筒分布式测温和高精度测温光纤光栅比对测温的方式进行井筒内部温度实时监测，采用蓝宝石光纤压力计压力监测工艺，实现海上油田稠油热采井下温度、压力的实时监测。该温压实时监测系统，长期耐温370℃、短期耐温400℃，最高耐压等级为34MPa，攻克了海上油田稠油热采水平注汽井下温压实时监测的难题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中高温连续光纤光缆的结构示意图；
图中：1为监控中心；2为高温连续光纤光缆；3为分布式温度监测光端机；4为压力监测解调仪；5为高精度光纤光栅温度监测解调仪；6为电动收放机；7为光缆密封器；8为天滑轮；9为井下封隔器；10为光缆保护器；11为油管；12为Y型穿越管柱；13为高精度光纤光栅串；14为第一蓝宝石光纤压力计；15为第二蓝宝石光纤压力计；16为光缆尾端固定工具；17为圆堵；18为光缆尾端连接封头。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，包括监控中心1和高温连续光纤光缆2，
监控中心1设置在海上油田作业平台甲板上，监控中心1通过光缆密封器7与高温连续光纤光缆2的首端相连，高温连续光纤光缆2经由电动收放机6和天滑轮8下入井内，电动收放机6用于控制高温连续光纤光缆2的下入和起出，高温连续光纤光缆2的尾端与光缆尾端连接封头18相连，光缆尾端连接封头18通过与光缆尾端固定工具16与圆堵17相连，高温连续光纤光缆2分为管内光缆和管外光缆两个部分，管内光缆位于油气井水平段的油管11内，管外光缆位于油气井竖直段的油管11外，油气井竖直段的油管11和油气井水平段的油管11之间通过Y型穿越管柱12相连，在Y型穿越管柱12处高温连续光纤光缆2由油管外进入油管内，管内光缆包括高精度光纤光栅串13、第一蓝宝石光纤压力计14、第二蓝宝石光纤压力计15和光缆尾端连接封头18，高精度光纤光栅串13是对管内光缆中的1根光纤进行飞秒激光刻栅形成，高精度光纤光栅串13利用光栅测温的高精度特性进行油管11内分布式温度的比对参考，第一蓝宝石光纤压力计14和第二蓝宝石光纤压力计15均匀设置在管内光缆上，第一蓝宝石光纤压力计14和第二蓝宝石光纤压力计15用于对油管11内的特殊位置点压力的进行实时监测，在管内光缆的尾端设置光缆尾端连接封头18。
实施例二
在实施例一的基础上，高温连续光纤光缆2包括光缆外铠、分布式温度监测光纤、高精度测温光栅光纤和压力监测光纤，分布式温度监测光纤、高精度测温光栅光纤和压力监测光纤设置在所述光缆外铠内，在高精度测温光栅光纤的尾端上进行飞秒激光刻栅后形成所述高精度光纤光栅串13，压力监测光纤与蓝宝石光纤压力计相连。
高精度测温光纤光栅串13采用透明聚酰亚胺高温涂层光纤的飞秒激光连续刻栅技术，利用飞秒激光点对点微加工技术在透明聚酰亚胺高温涂层光纤上连续加工制作布拉格光栅，以实现400℃高温温度监测。
飞秒激光连续刻栅技术无需去除光纤涂覆层，利用透明聚酰亚胺高温涂层对飞秒激光的透明特性，连续刻制布拉格光栅，光纤保持连续的高温原始涂层，在成缆和长期使用过程中均保持良好的机械性能和长期可靠性。
分布式温度监测光纤的数量为1根，高精度测温光栅光纤的数量为1根，压力监测光纤的数量为2根，压力监测光纤分别与第一蓝宝石光纤压力计14和第二蓝宝石光纤压力计15相连。
第一蓝宝石光纤压力计14和第二蓝宝石光纤压力计15均采用耐温370℃和耐压34MPa的结构。
第一蓝宝石光纤压力计14和第二蓝宝石光纤压力计15均为利用电弧热熔或CO2激光热加工技术在蓝宝石光纤端面制备一个气泡，然后在上述气泡的左右壁形成一个腔长随压力线性变化的法-珀干涉仪(FPI)，以实现高温环境下的压力实时监测。
实施例三
在实施例二的基础上，监控中心1包括分布式温度监测光端机3、压力监测解调仪4和高精度光纤光栅温度监测解调仪5，分布式温度监测光端机3、压力监测解调仪4和高精度光纤光栅温度监测解调仪5均通过尾纤与高温连续光纤光缆2的首端相连。
监控中心1的内部还设置有数字工作站和液晶显示器，能够对油管11内的监测数据实时显示。
管外光缆通过光缆保护器10固定在油气井竖直段的油管11外。
实施例四
一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统的监测方法，按照下述步骤进行：
步骤1，高温连续光纤光缆通过Y型穿越管柱下入至油气井水平段的油管底部，高温连续光纤光缆通过光缆尾端固定工具与圆堵连接固定，管内光缆位于油气井水平段的油管内；
步骤2，管内光缆的首端穿过Y型穿越管柱后伸出油气井竖直段的油管外形成管外光缆，管外光缆通过光缆保护器捆绑于油气井竖直段的油管外直至井下封隔器位置处，穿越井下封隔器及相关密封组件后穿出油井的井口；
步骤3，将高温连续光纤光缆的首端连接光纤密封器密封后连接尾纤后分别与分布式温度监测光端机、压力监测解调仪、高精度光纤光栅温度监测解调仪的端口相连，压力监测解调仪通过液晶显示器能够实时观察油管内温度压力变化情况，以实现海上油田高温水平注汽井全井段温度实时监测及井内多点压力监测。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：包括监控中心和高温连续光纤光缆，
所述监控中心设置在海上油田作业平台甲板上，所述监控中心通过光缆密封器与所述高温连续光纤光缆的首端相连，所述高温连续光纤光缆经由电动收放机和天滑轮下入井内，电动收放机用于控制高温连续光纤光缆的下入和起出，所述高温连续光纤光缆的尾端与光缆尾端连接封头相连，所述光缆尾端连接封头通过与光缆尾端固定工具与圆堵相连，所述高温连续光纤光缆分为管内光缆和管外光缆两个部分，所述管内光缆位于油气井水平段的油管内，所述管外光缆位于所述油气井竖直段的油管外，所述油气井竖直段的油管和所述油气井水平段的油管之间通过Y型穿越管柱相连，在所述Y型穿越管柱处高温连续光纤光缆由油管外进入油管内，所述管内光缆包括高精度光纤光栅串、第一蓝宝石光纤压力计、第二蓝宝石光纤压力计和所述光缆尾端连接封头，所述高精度光纤光栅串是对管内光缆中的1根光纤进行飞秒激光刻栅形成，高精度光纤光栅串利用光栅测温的高精度特性进行油管内分布式温度的比对参考，所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计均匀设置在所述管内光缆上，第一蓝宝石光纤压力计和第二蓝宝石光纤压力计用于对油管内的特殊位置点压力的进行实时监测，在所述管内光缆的尾端设置所述光缆尾端连接封头。
2.根据权利要求1所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述高温连续光纤光缆包括光缆外铠、分布式温度监测光纤、高精度测温光栅光纤和压力监测光纤，所述分布式温度监测光纤、所述高精度测温光栅光纤和所述压力监测光纤设置在所述光缆外铠内，在所述高精度测温光栅光纤的尾端上进行飞秒激光刻栅后形成所述高精度光纤光栅串，所述压力监测光纤与所述蓝宝石光纤压力计相连。
3.根据权利要求2所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述分布式温度监测光纤的数量为1根，所述高精度测温光栅光纤的数量为1根，所述压力监测光纤的数量为2根，所述压力监测光纤分别与所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计相连。
4.根据权利要求3所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述第一蓝宝石光纤压力计和所述第二蓝宝石光纤压力计均采用耐温370℃和耐压34MPa的结构。
5.根据权利要求1所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述监控中心包括分布式温度监测光端机、压力监测解调仪和高精度光纤光栅温度监测解调仪，所述分布式温度监测光端机、所述压力监测解调仪和所述高精度光纤光栅温度监测解调仪均通过尾纤与所述高温连续光纤光缆的首端相连。
6.根据权利要求5所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述监控中心的内部还设置有数字工作站和液晶显示器，能够对油管内的监测数据实时显示。
7.根据权利要求1所述的一种海上油田高温水平注汽井光纤温压实时监测系统，其特征在于：所述管外光缆通过光缆保护器固定在所述油气井竖直段的油管外。
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