在石油化工系統(tǒng)中，由于井下環(huán)境具有高溫、高壓、化學(xué)腐蝕以及電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，使得常規(guī)傳感器難以在井下很好地發(fā)揮作用。然而光纖本身不帶電，體小質(zhì)輕，易彎曲，抗電磁干擾、抗輻射性能好。特別適合于易燃易爆、空間受嚴(yán)格限制及強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用，因此光纖傳感器在油井參數(shù)測(cè)量中發(fā)揮著不可替代的作用，它將成為可應(yīng)用于油氣勘探及石油測(cè)井等領(lǐng)域的一項(xiàng)具有廣闊市場(chǎng)前景的新技術(shù)。

 

　　1、光纖傳感器在油氣勘探中的應(yīng)用

光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡(luò)、分布式的感應(yīng)能力，以及只需要較小的空間即可滿足其使用條件的特點(diǎn)，使得在勘探鉆井方面尤其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

 

應(yīng)用光纖傳感器可以制成井下分光計(jì)，分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業(yè)要求的產(chǎn)品。

 

　　（1）井下分光計(jì)

流體分析儀可用于了解初期開發(fā)過程中的原油組成成分。它由兩個(gè)傳感器合成：一個(gè)是吸收光譜分光纖，另一個(gè)是熒光和氣體探測(cè)器。井下流體通過地層探針被引入出油管，光學(xué)傳感器用于分析出油管內(nèi)的流體。流體分析分光計(jì)則提供了原位井下流體分析，并對(duì)地層流體的評(píng)估加以改進(jìn)。

 

　　（2）分布式溫度傳感器

光纖分布式溫度傳感器是井下應(yīng)用最為流行的光纖傳感器。應(yīng)用實(shí)例是監(jiān)測(cè)注水蒸氣重油開采系統(tǒng)。蒸汽被注入重油層用以降低油的黏度，使稠油能夠開采出來。井下蒸汽溫度可高達(dá)250℃以上。

 

（3）壓力傳感器

側(cè)孔光纖式壓力傳感器目前正在研發(fā)中，其主要致力于超高溫和井下壓力監(jiān)測(cè)任務(wù)。目前基于光纖傳感器已經(jīng)出現(xiàn)其他商業(yè)產(chǎn)品，例如，用于多相流測(cè)量和分布式動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量的光纖探針。其高可靠性和高效低耗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是光纖產(chǎn)品在油田應(yīng)用上取得成功的關(guān)鍵因素。

 

2、光纖傳感器在石油測(cè)井中的應(yīng)用

石油測(cè)井是石油工業(yè)最基本和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量，通過先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)這些量進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取油氣井下信息，對(duì)石油工業(yè)具有極為重要的意義。

光纖傳感器對(duì)電磁干擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓以及強(qiáng)烈的沖擊與振動(dòng)，可以高精度地測(cè)量井筒和井場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，同時(shí)，光纖傳感器具有分布式測(cè)量能力。可以測(cè)量被測(cè)量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據(jù)空間極小。而這些特性都是傳統(tǒng)的電子傳感器在井下的惡劣環(huán)境下所不具備的。利用光纖傳感器可以進(jìn)行井下流量測(cè)量、溫度測(cè)量、壓力測(cè)量、含水（氣）測(cè)量、密度測(cè)量、聲波測(cè)量等。

 

（1）流量測(cè)量

由于光的強(qiáng)度、相位、頻率、波長(zhǎng)等特性在光纖傳輸?shù)倪^程中會(huì)受到流量的調(diào)制，利用一定的光檢測(cè)方法把調(diào)制量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就可以求出流體的流量，這就是光纖流量計(jì)的工作原理。

 

（2）溫度及壓力測(cè)量

分布式光纖測(cè)量系統(tǒng)（DTS）利用光纖后向拉曼散射的溫度效應(yīng)，可以對(duì)光纖所在的溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，EFPI型（非本征型F-P干涉）、FBG型光纖傳感器為波長(zhǎng)編碼型傳感器，具有靈敏度高、可同時(shí)測(cè)量壓力、溫度、應(yīng)力等多個(gè)參量的特點(diǎn)。

 

光纖熱色溫度傳感器是由白光源、多模光纖組成的反射式溫度傳感器;光纖輻射式溫度傳感器利用黑體輻射能量，其非接觸，可測(cè)瞬問溫度，響應(yīng)速度快，不需要熱平衡時(shí)間，可用于高溫測(cè)量;半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器利用其半導(dǎo)體材料的吸收邊波長(zhǎng)隨著溫度的增加而向較長(zhǎng)波長(zhǎng)位移的特性，選擇適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體發(fā)光二極管，使其光譜范圍正好落在吸收邊的區(qū)域，這樣透過半導(dǎo)體的光強(qiáng)就隨著溫度的增加而減少。

 

（3）含水（氣）率及密度測(cè)量

U型光纖的傳輸功率隨外界介質(zhì)折射率變化而變化，光波作為信息載體，與混合流體電阻率、流型及水質(zhì)無關(guān)，基于該原理的光纖持率/密度傳感器從本質(zhì)上解決了現(xiàn)有持率存在的高含水無分辨率和放射性物質(zhì)的應(yīng)用問題，對(duì)于多相流體油、水、氣的折射率各不相同，因而混合流體的折射率會(huì)隨著油、水、氣比例的改變而改變。因此這種折射率調(diào)制型光纖傳感器不僅能測(cè)流體持率，可同時(shí)測(cè)流體密度，其精度較高。

 

（4）聲波測(cè)量

地震波在不同的介質(zhì)中傳播，接收到的地震波波形就會(huì)不同，根據(jù)不同的地震波形態(tài)，可識(shí)別地層沉積序列和沉積構(gòu)造，為儲(chǔ)層定位、判斷竄槽、檢測(cè)套管破損及斷裂、射孔層位及確定流體流量等。VSP地震測(cè)井，就是把檢波器放人井中，通過地面擊發(fā)的地震波或利用井中流體流動(dòng)等產(chǎn)生的微震動(dòng)，由井中的檢波器接收地震信號(hào)。永久井下光纖三分量地震測(cè)量具有高的靈敏度和方向性，能產(chǎn)生高精度的空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周圍地層圖像，測(cè)量范圍能達(dá)數(shù)千公里。它能經(jīng)受惡劣環(huán)境條件，且沒有可移動(dòng)部件和井下電子器件，能經(jīng)受強(qiáng)的沖擊和震動(dòng)，可安裝在復(fù)雜的完井管柱極小的空間。

 

（5）激光光纖核測(cè)井技術(shù)

激光技術(shù)和光纖技術(shù)可以用于研制井下傳感器，用于在充有原油和泥漿等非透明流體的井中進(jìn)行測(cè)井。對(duì)于激光光纖核傳感器的研究在國(guó)外比較盛行，美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯和比利時(shí)等國(guó)均有大量的有關(guān)研究論文。

 

激光光纖核傳感器是在光纖通信和光纖傳感器的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它利用了光致?lián)p耗和光致發(fā)光等物理效應(yīng)，比常規(guī)核探測(cè)器具有更多的優(yōu)越性，是典型的學(xué)科交叉。光纖核測(cè)井技術(shù)，實(shí)際上就是在特定的環(huán)境下的核探測(cè)技術(shù)，其典型的優(yōu)點(diǎn)為：

(1)可以針對(duì)不同的核探測(cè)的能級(jí)范圍，研制在該范圍的敏感探頭。

(2)因?yàn)閼?yīng)用了光致發(fā)光效應(yīng)，可使探頭位于千米的井下，而光電倍增管由傳輸光纜相連置于井上，遠(yuǎn)離了惡劣的井下環(huán)境(高溫高壓),從而延長(zhǎng)其的使用壽命。

(3)光纖具有高速率、大容量傳輸能力，還能搭載其他井下儀器信號(hào)。

然而，激光光纖核探測(cè)器也有缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在耐高溫和承受高壓的保護(hù)涂層、傳輸光纜的機(jī)械強(qiáng)度以及耐輻射的傳輸光纜低衰減損耗。