油氣井的井底壓力、溫度等數據是油氣田開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析及制定開(kāi)發(fā)調整方案的必要依據，因此在油氣井生產(chǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)常進(jìn)行測試作業(yè)以獲取相關(guān)數據，但隨著(zhù)油氣田精細化開(kāi)發(fā)的深入，間斷的單時(shí)點(diǎn)數據已不能有效支撐對油氣井的及時(shí)調整。永久壓力監測和光纖監測技術(shù)可對油氣井進(jìn)行長(cháng)期連續監測，獲取井底壓力、溫度的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，可實(shí)時(shí)指導油氣井在合理壓差下進(jìn)行排采生產(chǎn)，通過(guò)穩定或不穩定試井，計算單井動(dòng)態(tài)儲量、滲透率、表皮系數等，多點(diǎn)布控可測試井間產(chǎn)層連通性。

永久井下壓力監測系統采用了先進(jìn)的壓力傳感器和電子芯片,經(jīng)過(guò)在加拿大、美國、伊拉克、伊朗、俄羅斯、馬來(lái)西亞等國家油田十幾年的現場(chǎng)應用,已充分顯示出了其在油氣井試井技術(shù)中的優(yōu)越性。20世紀 80 年代中期與 90 年代初期，由12 家單位聯(lián)合發(fā)起了有關(guān)光纖傳感器技術(shù)在油藏永久監測方面的應用研究，目前，溫度壓力測量系統、分布式溫度測量系統等光纖監測系統已經(jīng)成熟，并應用于油井溫度、壓力、流量等的監測。

目前國內主要采用間隔式的鋼絲作業(yè)進(jìn)行油氣井井底壓力、溫度數據的測量，連續監測技術(shù)應用較少，本文將重點(diǎn)總結不同測試方法的基本原理及其適應性，為油氣井測試方法的選擇，尤其是高溫、高壓等重點(diǎn)油氣井測試方法的選擇提供參考。

常規間隔式測試方法根據生產(chǎn)需要在特定時(shí)間對油氣井進(jìn)行測試，利用鋼絲或電纜將壓力計下入井中，得到測試作業(yè)時(shí)的井底壓力、溫度數據，作業(yè)結束后將壓力計起出井口。此種方法的優(yōu)勢是單次測試作業(yè)成本較低，但無(wú)法獲取長(cháng)期的連續的壓力、溫度數據。同時(shí)，應用的壓力計主要為寶石或石英電子壓力計，其壓力量程約為105MPa，溫度量程約為 177℃，已無(wú)法滿(mǎn)足高溫、高壓井的測試要求。

目前常用的測試工藝主要有 3 種：

（1）鋼絲起放存儲式：先將電子壓力計編程后聯(lián)電，采用鋼絲設備將壓力計下入目的層位，測試結束后壓力計隨鋼絲起出井口，在地面回放壓力、溫度數據。

（2）鋼絲投撈存儲式：將電子壓力計編程后聯(lián)電，隨鋼絲下入目的層位，脫手壓力計，起出鋼絲。測試結束時(shí)，利用鋼絲工具打撈壓力計，在地面回放壓力、溫度數據。

（3）電纜起放直讀式：將電子壓力計與單芯電纜連接，利用絞車(chē)送入井底目的層位，在地面為井下壓力計供電，測試數據通過(guò)電纜實(shí)時(shí)傳回地面，測試結束后起出壓力計。

存儲式測試方式采用電池為壓力計供電，直讀式測試方式采用電纜為井下壓力計供電，測試時(shí)間不再受電池電能限制，但是存在測試井口密封問(wèn)題。目前主要采用鋼絲起放存儲式進(jìn)行測試作業(yè)，根據鋼絲起下過(guò)程中測得的井筒壓力梯度曲線(xiàn)折算油層中深處的壓力、溫度。

測試作業(yè)為井口帶壓作業(yè)，高溫高壓井測試作業(yè)對防噴器、防噴管等井控設備壓力等級要求高，由于鋼絲工具串配重較重，對鋼絲的抗拉性能也提出較高要求，測試作業(yè)風(fēng)險大。

永久壓力監測技術(shù)永久井下監測系統(Permanent Downhole Monitor?ing System，以下均簡(jiǎn)稱(chēng) PDMS)是將電子壓力計置入油管連接的壓力計托筒中，隨油管下入井中，通過(guò)壓力計中高精度的傳感器感應井下的壓力和溫度,并將經(jīng)過(guò)處理的壓力、溫度信號經(jīng)電纜傳送到地面，地面數據采集系統控制和存儲傳送到地面的井下壓力、溫度信號，實(shí)時(shí)錄取壓力、溫度數據。PDMS可以利用地面直讀方式對油藏和井況進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續、長(cháng)期的監測，便于及時(shí)掌握油氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，優(yōu)化油氣井工作制度和舉升參數。

PDMS 系統主要由井下和地面兩部分組成。地面部分由電纜井口引出裝置、數據采集系統、太陽(yáng)能自動(dòng)供電系統組成。井下部分由電子壓力計、壓力計托筒、鎧裝電纜、電纜保護器組成。

地面數據采集系統用于向井下壓力計供電，并向其發(fā)出控制指令，改變井下電子壓力計的采樣間隔,同時(shí)收集和存儲井下壓力計傳送上來(lái)的壓力、溫度數據，數據采用 SD 卡存儲，存儲容量可達到 1500 萬(wàn)組數據。太陽(yáng)能自動(dòng)供電系統向地面數據采集系統和井下壓力計提供可靠的電源。在油管掛和采油樹(shù)上預留電纜穿出孔，安裝電纜井口引出裝置，主要功能是密封穿出井口的電纜，密封壓力20kPsi，材質(zhì)Inconel 718，采用全金屬密封，可保證長(cháng)期應用的密封效果，適用于高壓高溫油、氣井。

電纜是電力和數據的傳輸通道，內部是實(shí)心銅線(xiàn)，中間分別有內絕緣層和絕緣充填層，最外層是金屬封裝層。鋼管材質(zhì)Incoloy 825(高鎳合金），最高工作壓力25kPsi，最高工作溫度200℃，抗拉強度1000kg，芯線(xiàn)規格 18 AWG，具有較好的抗擠壓、抗磨蝕和耐腐蝕性能，適合于在井下長(cháng)期使用。電纜保護器用于將電纜附著(zhù)在油管上并在油管接箍處對電纜提供保護，有沖壓式輕型保護器和鑄鋼重型電纜保護器可供選擇。重型電纜保護器通常使用在油管串的下端和特殊的井筒結構中，它可以抗磨損和承受較大的外部沖擊力，保護電纜完全不受到井下惡劣環(huán)境的損害；輕型電纜保護器通常用在油管串的上部，它既可以對電纜起到固定作用，也可以承受通常的井下沖擊力。

電子壓力計是PDMS系統的井下核心部分，采用高精度、高分辨率的石英壓力、溫度傳感器，電路的生產(chǎn)設計基于當前最先進(jìn)的混合電路技術(shù)，并采用真空焊接工藝封裝，電子壓力計傳感器與電路外筒的密封采用離子束焊接工藝。外筒材質(zhì)采用超強防腐鎳基合金Inconel 718加工制作，最大外徑0.875″，最高壓力等級可達到25000Psi, 高溫200℃/392℉下連續工作時(shí)間長(cháng)達10年以上，可在高溫、高壓等井況惡劣條件下長(cháng)期工作。

壓力計托筒為壓力計提供安裝位置和機械保護，與壓力計之間的密封為金屬密封，可選擇監測托筒外部套管內壓力或者通過(guò)傳壓孔感應和監測油管內的壓力, 一支托筒也可同時(shí)安裝2只壓力計。

永久井下監測系統可以長(cháng)期、連續監測油氣井井底壓力、溫度，用于油氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、試井分析、油氣藏數值模擬、人工舉升工作參數優(yōu)化、防止地層出砂等多個(gè)問(wèn)題的研究，其主要特點(diǎn)有：（1）具有長(cháng)期工作的穩定性。太陽(yáng)能供電系統可保證系統連續可靠的工作；采用超大規模集成電路設計，具有很強的抗震、抗干擾能力；采用了當前最新的壓力傳感器技術(shù)和電路技術(shù)，連續監測的時(shí)間可達到10年以上，具有很高的工作穩定性和可靠性。

（2）適用于高溫、高壓井的監測。電子壓力計最高壓力等級可達到25kPsi, 高溫200℃/392℉下連續工作時(shí)間長(cháng)達10年以上，可用于高溫、高壓、高腐蝕性等惡劣井況監測。

（3）多層壓力連續實(shí)時(shí)監測。PDMS 永久井下監測系統不但可以實(shí)現單層壓力監測，還可以實(shí)現單井多層位井下數據同時(shí)、實(shí)時(shí)監測。另外，可選擇監測托筒外部套管內壓力或者托筒內部油管內壓力。

永置式光纖監測技術(shù)光纖傳感技術(shù)是以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術(shù)。永置式光纖壓力/溫度監測技術(shù)是將光纖傳感器隨完井管柱下入井中，井口激光器發(fā)出激光，光信號通過(guò)光纖到達井下傳感器，傳感器將溫度壓力信息調制在反射光譜上，井口探測器接受從傳感器反射回來(lái)的光譜，并通過(guò)對干涉光譜的分析得到溫度壓力數據。永置式光纖監測可以實(shí)現油氣井井底壓力及溫度數據實(shí)時(shí)、長(cháng)期、穩定的監測，通過(guò)區域性、多井點(diǎn)數據監測，可以為油氣田開(kāi)發(fā)方案制定提供依據。

井下常用光纖傳感器主要有分布式光纖溫度傳感器（DTS）和光纖壓力傳感器（PT）。DTS 的測量基礎是溫度對光散射系數的影響，通過(guò)檢測外界溫度分布于光纖上的擾動(dòng)信息來(lái)獲取溫度的信息，實(shí)現分布式溫度測量，測量的技術(shù)基礎是光纖拉曼散射技術(shù)。激光器沿光纖發(fā)出光脈沖，通過(guò)分光器后分為兩束光，下接2個(gè)不同中心波長(cháng)的濾波器，對應濾出斯托克斯光和反斯托克斯光，經(jīng)光電探測器轉化為電信號后送入數據采集與處理單元，經(jīng)過(guò)檢波處理最后輸出溫度值。

基于光速不變原理，可測量光纖反射光信號的精確深度

光纖壓力傳感器大多數采用基于法布里—玻羅干涉儀原理的壓力計。由兩光纖端面形成的空腔在光學(xué)上稱(chēng)作法布里—帕羅腔，簡(jiǎn)稱(chēng)法帕腔。激光由一端光纖進(jìn)入法帕腔時(shí)，部分光能量在該端的光纖端面形成反射；其余光能量繼續前向傳播，繼而由第二個(gè)光纖端面反射，并且反向進(jìn)入第一段光纖。2次反射的激光在探測器表面形成干涉，干涉光譜由法帕腔腔長(cháng)唯一決定，在頻率域為正弦波。通過(guò)測量正弦波的周期和相位，則可以精確得知腔長(cháng)。外界壓力P將壓縮法帕腔，導致2根光纖端面之間形成的法帕腔的腔長(cháng)隨著(zhù)外界壓力的變化而變化。因此，通過(guò)測量法帕腔的腔長(cháng)，可以反推出外界的壓力P。

永置式光纖壓力/溫度監測系統組成

地面部分主要有地埋光纜、調制解調儀，井下部分主要有光纖傳感器、傳感器托筒、光纜和光纜保護器。地面光譜解調儀發(fā)出1510~1590nm的連續波長(cháng)掃描激光，激光經(jīng)過(guò)信號光纖傳遞到井下的F-P腔壓力傳感器和FBG溫度傳感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光譜，反射光譜將攜帶傳感器附近的壓力和溫度信息沿同一條光纖傳回解調儀，并由解調儀將光譜信號發(fā)送給計算機，計算機按照解調程序計算出井下的壓力和溫度值，并按需要的數據庫格式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲或遠程發(fā)送。

地面控制單元由解調儀和筆記本計算機組成，與解調儀匹配的軟件被內置到計算機中。解調儀是實(shí)現將井下溫度壓力傳感器反射回來(lái)的光譜信號解釋為用戶(hù)可見(jiàn)的溫度壓力數值，依次能夠解調16通道傳感器的壓力和溫度信號，并對當前溫度壓力進(jìn)行顯示和存儲。地埋光纜主要是實(shí)現從井口到設備間光信號的傳輸，一般采用地埋的方式進(jìn)行施工。鎧裝光纜提供傳感器與地面解調器之間信號傳輸的通道，外鎧材料為316L或Inconel825，中間抗氫損金屬層能延緩氫損140倍左右，大大延長(cháng)了光纜在高溫情況下的使用壽命，光纜的使用壽命能達到10年以上。

光纖傳感器是永置式光纖壓力/溫度監測系統的井下核心部分，其最大工作壓力可達15kPsi，最大工作溫度可達300℃。

永置式光纖監測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）傳感器體積小，重量輕，零部件極少且無(wú)運動(dòng)部件，光學(xué)傳感器壽命大于15年。

（2）光纖既是傳感器又是信號傳輸媒介，無(wú)井下電子器件，抗強電磁干擾，可靠性高。

（3）全石英結構，化學(xué)性質(zhì)穩定，激光微加工技術(shù)，性能可靠。

（4）鎧裝光纜采用316L或Inconel825合金材質(zhì)，耐H2S/CO2腐蝕。

（5）測量點(diǎn)多，可串、并聯(lián)組網(wǎng)同時(shí)監測單井多個(gè)層位的壓力和溫度，單井1/4″光纜最多12個(gè)壓力溫度信號，一套井口設備可以同時(shí)連接16個(gè)溫度和壓力傳感器。

（6）可 用 于 高 溫/高 壓 井 ：能 承 受 300?C 高 溫 、15000Psi壓力，以及高產(chǎn)氣流產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊。

鋼絲作業(yè)適用于直井、小斜度井的測試，其優(yōu)點(diǎn)是單次作業(yè)費用較低，但后續費用隨作業(yè)次數增加，可用于低溫、低壓普通開(kāi)發(fā)井的臨時(shí)監測。永久壓力監測和光纖監測適用于直井、水平井，其初始投入較高，但后續無(wú)作業(yè)費用，叢式井/平臺井可共享地面設備，從而大幅度降低綜合成本，可用于高溫、高壓井或重點(diǎn)井的實(shí)時(shí)、連續監測。

（1）連續監測技術(shù)為油氣井的精細化管理提供了有力的數據支持，有助于油氣井工作制度的及時(shí)優(yōu)化，防止儲層出砂、抑制邊底水快速錐進(jìn)。

（2）永久壓力監測技術(shù)、光纖監測技術(shù)可以有效解決高溫高壓井的動(dòng)態(tài)監測難題，可以在提供油氣井動(dòng)態(tài)數據的同時(shí)，降低測試作業(yè)的工程事故率。

（3）綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟因素，建議對重點(diǎn)井進(jìn)行長(cháng)期連續監測，高壓井采用永久壓力監測技術(shù)，高溫井采用光纖監測技術(shù)。