在石油工业中,温度测井已被应用于确定产水、产气位置,确定套管漏失位置,评价固井质量及判断生产和注入层位等方面。近年来随着光纤测量技术的快速发展,出现了一些用于井下温度的新技术和新设备,比如近年来广泛采用的分布式温度传感系统(DTS,Distributed Temperature Sensor),它可以探测微小的温度变化,实时提供准确而连续的温度数据,可实现大范围、长距离的实时快速多点测量空间温度分布,通过沿整个完井长度连续性采集温度资料来监测油气田开发动态。
目前比较成熟的解决方案主要为两种:
(1)永久式:光纤被固定在生产油管或套管外作为一种永久性安装方式,可保证光纤不受井下作业影响,随时对井下温度分布进行长期不间断的监测。
(2)非永久式:钢丝铠装式类似于电缆或者采用毛细管包裹至于连续油管内,可用于水平井的产液剖面监测或井下作业监测等。油气田以前一般通过常规测井工具进行测井来获得油气井动态监测。但是随着大斜度井及水平井的越来越普及,井眼轨迹的不规则、压裂后井筒的桥塞残留物及支撑剂等碎屑堆积,给常规测井工具的下入带来了较大的困难,而采用分布式光纤进行动态监测不需要连接复杂工具管串,在配合连续油管进行下入时,其下入能力凸显无疑,且一般不受流动情况的干扰,在测量时连续油管和光纤不需要来回拖动,可以保证井筒的流动平衡状态不受影响。目前该技术(通常和DAS相结合使用,以提高监测精度)已经在国内页岩气和致密气多个区块进行了多井次的应用,应用效果良好。
分布式光纤温度传感系统(DTS)目前基本原理都是基于光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的拉曼散射效应。
光时域反射原理:
光纤是用石英玻璃(SiO2)制成的横截面很小的双层同心圆柱体。它由纤芯和包层组成,中心部分叫做纤芯,折射率为n1;折射率低的外围部分称为包层,折射率为n2。纤芯基本为高纯SiO2(达99.99999%),掺入极少量的掺杂剂如GeO2或P2O5等,以提高纤芯的折射率。(n1>n2,光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射,并在光纤中传递下去)。