基于光纤传感器的油井套损监测系统研究

论文摘要

套损问题是一个长期困扰世界石油行业的难题,由于地层的滑移、延展、抬升和沉降等原因造成套管损坏的油井数目逐年增加,当地下几百米甚至上千米的套管发生套损以后油井很难再进行修复,给整个石油行业带来了巨大的经济损失。因此如何能够及时掌握油井中套管的应力应变状态,在套管即将发生套损时采取措施避免套损的发生,成为一个急待解决的问题。本文根据油井中的特殊环境和大庆油田套损的特点提出了用光纤传感器监测油井中套管应变从而达到预测套损的方法,主要研究工作与成果如下:首先,分析了光纤光栅传感器和光纤布里渊传感器在进行油井套管应变监测时的工作过程。其次,建立了套管剪切套损、挤压套损以及缩径套损的力学模型,通过所建立的三种力学模型,建立了用套管的轴向和周向应变评估套管安全状态的方法。最后,根据大庆油田非油层段存在套损频发区域的特点设计了在整个油井的套管串上布设光纤布里渊传感器监测轴向应变的同时,又在非油层段重点套损区和油层段布设光纤光栅传感器监测周向应变的光纤传感网络搭建方案。基于光纤传感器的套损监测系统能够及时准确地反映出所监测套管的应力应变状态,对准确预测套损,降低油田由于套损而造成的经济损失,具有重大的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外油田套管损坏现状
• 1.2.1 国内油田套管损坏现状
• 1.2.2 国外油田套管损坏现状
• 1.3 套损机理研究现状
• 1.3.1 国内套损机理研究现状
• 1.3.2 国外套损机理研究现状
• 1.4 套损预测技术现状
• 1.5 光纤传感器
• 1.5.1 光纤传感器的构成和原理
• 1.5.2 光纤传感器的分类和优点
• 1.6 主要研究内容
• 第2章 光纤传感器在套管应变监测中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅传感器
• 2.2.1 光纤光栅传感器的传感原理
• 2.2.2 光纤光栅传感器在套管应变监测中的工作过程
• 2.3 光纤布里渊传感器
• 2.3.1 光纤布里渊传感器的传感原理
• 2.3.2 光纤布里渊传感器在套管应变监测中的工作过程
• 2.4 光纤传感器的温度补偿
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于光纤传感器的套损监测系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 大庆油田套损特点
• 3.2.1 非油层段套损特点
• 3.2.2 非油层段套损主要破坏形式
• 3.2.3 油层段套损特点
• 3.2.4 油层段套损主要破坏形式
• 3.3 光纤传感器套损监测系统总体设计
• 3.4 套管破坏形式力学建模及套管安全状态评价
• 3.4.1 地应力的概念
• 3.4.2 非油层段套管剪切破坏力学建模及套管安全状态评价
• 3.4.3 油层段套管挤毁破坏力学建模及套管安全状态评价
• 3.4.4 油层段套管缩颈破坏力学建模及套管安全状态评价
• 3.4.5 非重点监测层段安全状态评价
• 3.5 基于光纤光栅传感和光纤布里渊传感套损监测网络搭建
• 3.5.1 全分布式光纤布里渊套损监测传感网络
• 3.5.2 基于光纤光栅传感的套损监测网络
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于光纤传感器的套损监测可行性试验
• 4.1 基于钻技工艺的光纤传感器保护、固定与方向定位
• 4.1.1 光纤光栅传感器的布设工艺
• 4.1.2 分布式光纤布里渊传感器的布设及固定工艺
• 4.1.3 传输光缆固定工艺
• 4.2 光纤光栅传感器的波分复用
• 4.3 光纤布里渊传感器的零位曲线确定
• 4.4 基于光纤传感器的油井套损监测现场试验
• 4.4.1 套损监测光纤传感网络的搭建试验
• 4.4.2 套管应变数据的采集及分析
• 4.4.3 光纤光栅传感器和光纤布里渊传感器监测数值比较
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢