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油井探测光纤传感系统发展与应用综述

四川汇源光通信有限公司秦要武

摘要本文介绍了油井探测光纤传感系统，主要从光纤传感系统、传感系统用光纤、

传感系统用光缆几个方面来综合论述油井探测传感系统的发展和应用现状。

关键词：油井探测传感发展应用

引言

随着石油资源不断减少，价格的高涨，催生石油开采技术的不断发展，以提高油

井的产量，最大限度发掘资源的利用率。其中用于辅助石油开采的重要技术油井探

测传感光缆及系统应用市场日益受到关注，在油田的开发过程中，人们需要知道在

产液或注水过程中有关井内流体的持性与状态的详细资料，以及注蒸汽井的吸汽剖

面测试和采油过程中的井筒热场分布状态，从而科学指导油藏开发和生产管理这就

要用到油井探测，其可靠性和准确性是至关重要的，而传统的电子基传感器无法在

井下恶劣的环境诸如高温、高压、腐蚀、地磁地电干扰下工作。光纤传感系统可以

克服这些困难，其对电磁干扰不敏感而且能承受极端条件，包括高温、高压（几十

兆帕以上）以及强烈的冲击与振动，可以高精度地测量井筒和井场环境参数，同时，

光纤传感系统具有分布式测量能力，可以测量被测量的空间分布，给出剖面信息。

而且，光纤传感系统横截面积小，外形短，在井筒中占据空间极小。随着技术不断

进步和成熟，光纤传感系统在油井探测领域获得广泛的应用，石油公司、测井服务

公司、光缆公司、光纤传感器公司都参加了研究、开发、应用过程。本文综述了光

纤传感系统在油井探测领域的发展与应用，总结在系统逐步商用中存在的一些问

题。

一光纤传感器系统

光纤传感系统利用光纤很多优异的性能，如抗电磁干扰和原子辐射的性能，

径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、

耐腐蚀的化学性能等构成一类新的传感系统，能够在人达不到的地方（如高温

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区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超

越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。在油井探测领域应用

最多的是光纤光栅传感系统和DTS分布式光纤传感系统。

光纤光栅传感系统的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）

波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。由于光纤光栅与

光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光

栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本

身的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功

率波动和系统损耗影响的特点，因此光纤光栅传感系统能够较为准确的对油井

中的温度、压力进行测试。

DTS分布式光纤传感系统最常用和技术较为成熟的是基于拉曼效应的分布

式光纤传感技术，光通过光纤时，光子和光纤中的光声子会产生非弹性碰撞，

发生喇曼散射，波长大于入射光为斯托克斯光，波长小于入射光为反斯托克斯

光．斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比和温度的关系可由下式表示：

4(hcv/kT)

R(T)=(λa/λs)e(1)

0

式中λa、λs分别为斯托克斯光和反斯托克斯光波长；h为普朗克常数；c

为真空中的光速；k为波尔兹曼常数；v为入射光频度；T为绝对温度，即：

0

1/T=-k/hcv[lnR(T)+4ln(λa/λs)]