光纤传感技术在储5-8井的应用实践

于永 段新军

国家管网集团中原储气库有限责任公司 河南 濮阳 457000

井筒完整性是油气开采中的一个重要问题，它关系到油气的生产效率和安全。井筒完整性的破坏可能导致油气泄漏、地层污染、安全事故等问题，因此，评价井筒完整性是非常必要的。传统的评价方法主要是通过井筒内部的压力、温度等参数来判断井筒的完整性情况。但是，这种方法存在着测量不准确、难以监测井筒的全面情况等问题。随着光纤监测传感技术的发展，利用光纤监测传感技术评价井筒完整性成为了一种新的方法。

光纤监测传感技术是一种基于光纤的传感技术，它具有高灵敏度、高分辨率、抗干扰性强等优点。利用光纤监测传感技术可以对井筒内部的温度、应力、应变等参数进行实时监测。同时，光纤传感技术还可以实现对井筒的全面监测，能够发现井筒的局部破坏情况。因此，利用光纤传感技术评价井筒完整性具有很大的应用潜力。

本文以储5-8井为例，探讨了利用光纤监测传感技术评价井筒完整性的应用实践。首先介绍了光纤传感技术的原理和优点，然后介绍了储5-8井的基本情况，接着介绍了利用光纤传感技术对储5-8井进行评价的具体方法和步骤。最后，分析了评价结果，并进行了漏点监测和预测。

1 光纤监测传感技术的原理和优点

分布式光纤监测技术是一种利用光纤作为传感器来实现对物理量进行实时监测的技术。其原理是将一段光纤作为传感器，通过测量背向散射光，探测出井下每个小层的温度、声波和应变等数据，从而实现对油气井生产过程、压裂改造过程的监测。

为了获得有效的监测数据，我们结合了分布式声波传感技术（DAS）与分布式温度传感技术（DTS）两种技术，使数据间可以相互验证。

激光在光纤中传播时会产生三种背向散射光，瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，根据散射光的光学特性，运用于不同的监测设备，瑞利散射主要运用于DAS监测，拉曼散射主要运用于DTS监测，布里渊散射主要运用于DSS监测。

分布式光纤监测技术的优点包括：

（1）高精度：分布式光纤监测技术可以实现对物理量的高精度监测，精度可以达到亚毫米级别。

（2）高灵敏度：分布式光纤监测技术可以实现对微小变化的监测，如温度、压力、应变等微小变化。

（3）高可靠性：分布式光纤监测技术可以实现对大范围区域内的物理量进行实时监测，具有高可靠性和稳定性。

（4）高安全性：分布式光纤监测技术可以实现对危险区域内的物理量进行实时监测，提高了安全性。

（5）易于安装和维护：分布式光纤监测技术可以通过简单的光纤布置和连接实现监测，易于安装和维护。

2 储5-8 井的基本情况

文23储气库-储5-8井（简称储5-8井）位于河南省濮阳县文留镇后邢屯村，文23储气库建设区一口采气井，完钻井深3096m，补心高7.5m，井径为215毫米。储5-8井的起压原因及其井的完整性一直是该储气库关注的焦点之一。传统的评价方法主要是通过井筒内部的压力、温度等参数来判断井筒的完整性情况。但是，这种方法存在着测量不准确、难以监测井筒的全面情况等问题。因此，该储气库公司决定采用光纤监测传感技术来评价储5-8井（全井筒）的完整性情况。通过实时、精确还原井下泄漏震动信息，寻找可能的泄漏点，同时利用井下细微的温度、震动信息，评价油环段流体流动信息，评价油环段封闭性，为采取井控安全措施提供依据。

3 利用光纤监测传感技术评价储5-8 井的完整性

3.1 光纤监测传感系统的安装

为了实现对储5-8井的完整性情况的监测，该储气库公司联合四川安东油气工程技术服务有限公司的一套光纤传感系统。该系统由光纤传感器、数据采集器、数据传输设备等组成。其中，光纤传感器是安装在井筒内部的传感器，用于监测井筒内部的温度、应力、应变等参数。数据采集器是用来采集光纤传感器的数据，并将数据传输到地面的设备。数据传输设备是用来将采集到的数据传输到计算机等设备，以便进行数据处理和分析。

3.2 数据采集和处理

为实现对储5-8井的完整性情况的评价，该储气库公司采集了光纤传感器的数据，并进行了处理和分析。数据采集的过程中，光纤传感器会不断地采集井筒内部的温度、应力、应变等参数，并将数据传输到数据采集器。数据采集器会将采集到的数据进行存储和处理，并将数据传输到地面的数据传输设备。数据传输设备会将数据传输到计算机等设备，以便进行数据处理和分析。

数据处理和分析的过程中，首先对采集到的数据进行辨识和过滤，去除异常数据和噪声。然后，对数据进行分析和处理，得到井筒内部的温度、应力、应变等参数的变化情况。本井解释使用ISP系列解释软件。该软件主要包括三个模块，Sp2s、Ariane、Plato，软件界面如下。其中Sp2s用来对DAS原始数据进行预处理、分频带切片。Ariane用来对比转换后的DAS与DTS数据，进行综合对比分析，如质量控制、深度对比、生产层段识别等，Plato用来进行生产剖面定量计算。最后，①通过分析A、B、C环空放压阶段各个环空压力变化情况，初步判断各环空连通情况；②通过回放的DAS数据识别可能的泄漏点，同时对比泄漏点深度位置与其上下的深度变化，确定该点是否为泄漏点，同时分析泄漏点位置气体移动方向，进而对井筒的完整性情况进行评价。

3.3 光纤监测施工过程

本井采用光电复合缆进行监测，主要施工流程为：施工前准备工作→现场施工准备→钢丝光纤输送→校深→漏点监测→起出工具串→场地清理。2023年3月27日对文23-储5-8井开展漏点监测工作，其中背景声音监测14h，A环空泄压监测1.1h，A环空恢复压力监测0.1h，具体施工记录如表1所示。

表1 监测日志

3.3 评价数据分析

3.3.1 光纤底部温压分析

由图1 可知，随着A 环空阀门的开启度增大，2802.7米处压力不断降低（22.89MPa至22.19MPa）；趋势与A环空井口压力高度相似。图2所示，A环空阀门的开启度增大温度随逐渐升高，（110.34 ℃至113.03℃）；指示气体从下往上流过该位置（下部气体温度高，下部气体流过对该位置产生加温效应，温度升高2.69℃）。

图1 储5-8井油管与环空压力曲线

图2 文23-储5-8井光纤底部温压曲线

3.3.2 DTS信号分析

A环空泄压期间，井筒各位置温度升高；1000m位置升高4.97℃，2000m位置升高8.59℃，2775m位置升高2.74℃；指示气体从下往上流动（下部气体温度高，上部气体温度低，对井筒产生加温效应）。

3.3.3 DAS信号分析

2023/3/27/ 22：25开始背景声音监测（油管与A环空均关闭），持续14.3小时，关井状态下井筒安静，解释视频表现为持续的随机噪声，震动幅值0.2dB以内，频率无明显峰值。而当A环空阀门分别开启程度1/6、1/3、1/2位置时，光纤分别指示2775.45m、2775.24m、2775.33m位置持续高能量显示，气体流动振幅幅值也分别高于0.7dB、0.9dB、1.2dB。综合分析A环空三种阀门开启程度DAS信号，分别在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置开始有明显有流动通道明显变小引起的DAS高能信号，结合井身结构分析认为井下封隔器密封性出现失效现象。

4 结束语

据井况先后对关井、A环空泄压、A环空压力恢复、过程进行了监测，施工过程顺利，录取数据质量符合要求；采用专用软件对采集的DTS、DAS、钢丝底部温度压力计数据进行了精细处理解释；依据DTS与温度压力计数据分析：A环空阀门开启后，筛管以上各位置出现温度升高现象，分析为筛管以下位置有大量气体流入筛管以上，对井筒呈现明显加温效应；依据A环空三种阀门开启程度DAS数据分析：分别在2775.44m、2775.23m、2775.32m位置开始有明显有流动通道明显变小引起的DAS高能信号；震动幅值明显高于增强，高频分量明显加大；指示流动通道减小，流动速度加快，综合分布式光纤DTS与DAS分析结果，结合井身结构与流动状态，得出井下封隔器密封性出现失效现象的结论。实践结果表明，利用光纤传感技术可以有效地评价井筒完整性，为油气开采提供了重要的技术支持。