分布式光纤产气剖面测井技术研究应用

王瑞强

摘要：当前页岩气水平井产气剖面测井仪存在下井难的问题，无法准确测量不同产层产气量，文章通过大量的实践研究、不断的攻关，逐渐探索出一套分布式声波光纤产出剖面测井技术，从而有效解决和改善该项重点难题，中油测井在某油田黄金坝页岩气进行了首次页岩气水平井分布式光纤产气剖面测井实验任务，且获得了精准的测井数据，为油田工业深入开发页岩气资源提供了基础技术支持。

关键词：页岩气;分布式光纤;产出剖面

前言：对页岩气储层产气能力产生影响的因素是非常多的，除了施工压裂方面的因素之外，也和地质环境因素密切相关，为了提高页岩气资源的开发效率和质量，就必须要全面了解不同产层的实际产气量。文章主要以分布式光纤测井技术为基础，利用光纤作为主要的传输介质和传感器，分为多个生产制度对井下产层的温度、声波数据进行测量，再用相应的专业软件进行处理，并获取不同产层的实际精准产气量。中油测井公司为此进行了页岩气水平井分布式光纤产气剖面测井实验任务，并获得精准的数据，为油田事业的进一步开发与研究提供了有力的技术支持。

1.概念简述

1.1一般测井技术发展现状与特点

当前，水平井产出剖面测井系列主要包括以下几种：FSI与MAPS阵列生产测井仪，FSI测井系列主要包含微转子流量计、测量、光学与电阻传感器，主要用于测量分层流体的实际流速、持气率与持水率的实际参数。MAPS测井系列主要包含阵列式电阻持率、阵列式电容持率以及阵列式涡轮流量。在测井过程中，需要通过不同测速上下移动电缆测量不同的曲线。井口压力比较大的生产井，在实际测量过程中，应当采用相应的密封脂对其进行密封，活动电缆对密封会产生一定的负面影响，不能长时间分生产制度完成测井任务，一般测井系列一起具有一定的外径，如果使用油管或者是比较小的套管所生产的井，是不能使用常规测井系列进行测井的，对于大部分的水平井而言，一般测井系统是无法覆盖所有测量段的[1]。

1.2分布式光纤测井技术发展现状与特点

分布式光纤测井通常采用光纤所具有的一维特性进行测量，这样能够同时获取时间实时变化状态下的测井信息，可以在整段光纤长度中对光纤分布的环境参数进行持续测量。光纤传感器与光纖传输通常具备一定的抗电磁干扰、抗腐蚀性，能够在相对恶劣的环境下工作，其灵敏度比较高，信息量非常大，体积非常小，重量轻，可挠曲，便于进行复用测量与对被测介质产生的影响小等特点，是非常适用于油田开发测井的实际需求的。在实际测井过程中，分布式光纤测井技术容易下井，对于超长水平段井，其测井成功率也非常高，可胜任比较小生产井的实际测井需求，因为分布式光纤测井不会移动，能够最大程度上满足不同生产制度下的实际测井需求。

2.分布式光纤测井原理

2.1散射与温敏原理

固体当中的光学声子、分子振动和激发光之间相互作用，所产生的非弹性散射便是喇曼散射，其光强度和温度之间有着密切的关联。散射光当中，不仅有和激发光的实际波长相同的弹性成分之外，存在的斯托克斯光散射比激发光波长，反斯托克斯光散射比激发光波长短，这便是喇曼效应[2]。

2.2布里渊散射

布里渊散射指的是光在不均匀介质当中传播和发生的散射现象，其强度和频率与入射光都会发生变化，光在通过光纤的时候，光子与光纤当中的热运动，声子之间会产生非弹性碰撞，出现布里渊散射，散射光的实际频率与入射光的频率相比较，发生了一定的变化，变化大小和散射角、光纤的材料有一定的关系，如折射率、密度以及泊松比等。

2.3分布式光纤温度测量

光纤温度的测量主要源于光纤当中所传播的光和光纤介质周边的温度有着直接的关系，光纤温度测量的主要原理是根据光纤的反射原理与光纤背向喇曼散射温度的敏感效应。光纤在实际传输过程中，当光脉冲由光纤的一端射向光纤时，光脉冲会沿着光纤的方向向前传播，再者，光纤的每一个不同点也会产生反射，部分反射光和入射光的方向正好相反，被称之为背向，这样的背向反射光的实际强度和周围温度之间有关联性;反射点的实际温度越高，其反射的光强度也就越大，所测出的反射光强度能够计算出反射点的实际温度。

在测量过程中，光纤会存在弯曲、不稳定以及接头耗损等不足和缺点，所以，采用双通道双波长比较法对其实际温度进行测量，具体操作如下，分别采集反射光当中的斯托克斯与反斯托克斯散射，之后通过两者光强强度比值得出温度信号，并充分全面考虑反斯托克斯散射光对温度的敏感度，所以将反斯托克斯散射光作为信号通道。

2.4BOTDR声波测量原理

分布式光纤声波测量主要是由测定入射光后向布里渊散射光的实际参数变化来实现的，布里渊散射频率移动与强度和光纤材料的声速有着直接的关系，声速也会受到光纤材料弹光特性与热光特性的影响，所以，光纤当中的温度与变化也会导致引起布里渊散射频移与实际的强度变化。光纤环境声波会导致引起光纤的变化，通过相应的测量数据，最终达到光纤测量声波与声速的目的。

2.5分布式光纤定位测量原理

光脉冲在进入到光纤之后开始计时，发射端所收到散射回波信号的时候，也能够说明该处的信号是由距发射端处的光纤所产生的。只有接收端的频率足够高，且采样的时间相对比较小，就能够得到光纤的实际信号值，从而达到分布式测量的最终目的。

3.分布式光纤产气剖面测井技术具体流程

（1）地面设备：地面设备的主要装备便是激光接收器和激光发射器。

（2）井下仪器：单芯光缆主要是以1米分辨率进行连续性的探测与定位，其长达40公里的光纤逐渐转变成为多个传感器，频率的范围<5Hz。

（3）为了最大程度上保障井底的压力对光纤不会造成损害，在连续的油管底部主要采用的是专用的密封部件对其进行密封，保障地面转动部件不会对光纤造成损害，采用密封装置对光纤进行固定。分布式温度传感器和声波传感通常会进行组合使用，分布式声波传感器主要采用的是单模的光纤，如果条件允许的情况下，可采用更多模光纤，分布式的温度传感器主要采用的是多模光纤，且不会受到温度因素的影响[3]。

（4）4.结束语

分布式光纤产出剖面测井技术能够高效解决页岩气水平井产气剖面测井获取资料难的问题，且测井成功率比较高，所测量的不同产层产气量也会更加的精准，分布式光纤测井技术也为岩气区块的高效开发与利用提供了基础技术支持。

参考文献：

[1]秦羽乔，石文睿，石元会，等.涪陵页岩气田水平井产气剖面测井技术应用试验[J].天然气勘探与开发，2016（4）.42-43

[2]杜磊.某气田水平井产气剖面测井技术应用[J].当代化工，2019，48（7）.33-34

[3]杨政海，陈国伟，陈真.苏里格气田水平井产气剖面测井技术及应用[J].化工管理，2019（23）.11-12