[实用新型]基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统

说明书

本实用新型提供一种基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，把铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定，把井口地面的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合仪器与井下套管外铠装光缆在井口附近相连接，组成了一个基于分布式光纤传感的井下流体组分和饱和度实时原位快速测量分析以及对油气生产井的产液剖面进行长期动态监测的系统。此系统可以在新钻孔内实时原位快速测量分析地下地层中的各种流体的组分和各种流体的比例或饱和度，同时也能在油气井的生产过程中实时监测每个储层或每个射孔段的各种流体的动态变化情况，为油气藏精准评价、科学管理、优化开发和提高采收率提供不可缺少的手段、系统和方法。

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤传感的地下流体组分原位测量系统。

背景技术

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种井下铠装光缆的布设方法，比如安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。

在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式温度(DTS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用。我们可以根据井下油气产出井段(射孔井段)测量到的温度变化或根据注水井注入井段(射孔井段)测量到的温度变化推算井液产出量或注水量。但是由于普通DTS调制解调仪器的空间分辨率和温度测量灵敏度有限，使得用DTS方法测量的井温变化量和准确位置有一定的误差，导致仅仅根据井温变化推算出的射孔段的井液产出量或注水量误差较大，而且无法仅仅根据井温的变化准确地推算出射孔段产出的油、气和水各是多少。

在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式声波传感(DAS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用，但是目前主要以DAS-VSP数据采集、微地震监测和被动地震数据采集为主。行业内刚开始利用DAS技术采集井下噪音数据，利用噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况。仅仅依靠井下噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况基本上属于定性或半定量解释，误差是比较大的。

拉曼光谱法是研究化合物分子受光照射后所产生的散射，散射光与入射光能级差和化合物振动频率、转动频率的关系的分析方法。与红外光谱类似，拉曼光谱是一种振动光谱技术。所不同的是，前者与分子振动时偶极矩变化相关，而拉曼效应则是分子极化率改变的结果，被测量的是非弹性的散射辐。

一定波长的电磁波作用于被研究物质的分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸收光谱。引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外～可见光区，故称紫外－可见光谱。电子能级跃迁的同时伴有振动能级和转动能级的跃迁。引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。

拉曼光谱的优点在于它的快速，准确，测量时通常不破坏样品(固体，半固体，液体或气体)，样品制备简单甚至不需样品制备。谱带信号通常处在可见或近红外光范围，可以有效地和光纤联用。这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质，如玻璃，塑料内，或将样品溶于水中获得。现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快(几秒到几分钟)，性能可靠。因此，拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便(可以使用单变量和多变量方法以及校准)。