現有的各種井下光學傳感系統將為真正實現油氣田生產優化和智能完井系統提供重要的技術、裝備保證。以各類光學技術為基礎的應用型設備，正在不斷進入油氣田領域，威德福公司的永置式光學一體化系統已經使全方位井下監測成為現實。

永置式光學井下監測系統

評價永置式井下監測系統的優劣，最重要的指標就是：是否可以長期穩定地向地面傳送準確可靠的井下數據。經過十多年在油氣行業的不斷使用和技術更新，威德福公司的永置式光學井下監測系統（如圖1）在業內已成為應用范圍最廣、使用工況條件最寬、設計使用年限最長的井下設備系統。

具體來說，威德福的永置式光學井下監測系統的特點包括：更小的物理尺寸，綜合包含更多的監測內容；更好的抗高溫能力，包括數據傳輸通道，可應用于超過1000℃的惡劣環境；更高的可靠性，最簡化的傳感單元；高抗干擾能力，不受來自無線電和供電系統的影響；無火花隱患，防火安全。而且光學數據通訊系統也具有更高的信號可靠性，以及數據密度和更長的數據傳輸距離。

迄今為止，威德福永置式井下光學系統已廣泛應用于油氣工業。首先，該系統已成功地應用在智能完井系統中，并成為很多油公司智能完井系統的標準配置。同時，該系統也已成功應用在深水油氣生產系統中，突破了水下垂直 / 水平井口穿越、水下井口接頭、遠距離通訊等多項深水系統的技術瓶頸。

該系統包括以下傳感器：壓力、溫度計、分布式感溫系統（DTS）、單相及多相流量計、地震檢波器（站）。如圖1所示，永置式光學系統的主要部件有井下傳感單元（Transducers）、光纜（cables & connectors）、井口穿越工具（WellHead Equipment）、地面光學、數據設備（Surface Instrumentation）。下面做詳細介紹。

永置式光學

系統組成及其特點

光纖、光纜 如圖2、圖3所示，永置式光學井下監測系統所使用的光纖包括單模和多模兩種。光纜可提供對內部光纖的保護，使之不遭受外界因素的影響，如拉伸力、剪切力、濕度、彎曲、腐蝕等。現在的應用光纜包括兩個尺寸：外徑1/8英寸和外徑1/4英寸。

常用的光纜為外徑1/4”，外鋼套管材質為Inc825，最高應用溫度可達175℃，可容納3根或4根光纖。而外徑1/8”的光纜應用溫度為100℃以下。

光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Gratings） 光纖布拉格光柵是依賴波長的反射體，可以被高能UV激光束刻入光纖的玻璃內核（glass core），并記錄其折射率（refractive index）。這些被寫入的光柵對不同波長入射光產生不同的折射率。當入射光束通過光柵時，大部分的光繼續傳輸，而對應光柵較高折射率的部分被反射了回去，如圖4。光纖布拉格光柵應用于光學流量計、壓力/溫度計和地震檢波器。應用于流量計的光柵采用干涉傳感。

壓力和溫度 永置式壓力傳感器的數據，不僅可以用來描述油氣藏的規模和它的壓力降，還可以通過井下長時間的壓力計監視獲取油藏壓力的變化值，是一種新的油藏生產管理方法。根據永置式壓力計的特點，特別針對測試周期長或生產任務緊的高產油氣井，建立長時間的壓力與產能監測，監控油藏壓力在變流量條件下的數學模型，利用壓力計及時獲取生產參數，和快速計算壓力響應, 應用非線性優化技術進行油氣井全生產狀態自動擬合，能夠有效地確定油藏參數。該類似壓力監測功能，已成功地應用于遼河油田的熱采監測過程，取得較大收益。

第一套應用于水下油田的永置式光學系統在1996年安裝于Guillemot油田。殼牌（Shell）的Heron及Egret油田也在1998至1999年相繼安裝了多口水下油田監測系統。

簡單的結構和單純的測量通道（如圖5），使現在的光學監測系統具有極高的穩定性。公司從1999年6月開始針對光學傳感器穩定性的試驗，傳感器在150℃，5000psi的工況條件下，經過6年的測試，沒有出現任何原點漂移。通過加速老化試驗，表明光學壓力計的使用壽命可達20年以上。目前光學壓力、溫度監測系統的最高使用溫度為175℃，壓力范圍為20,000psi。壓力測量精度為全量程0.01%（±2psi），分辨率達到0.03psi以下。溫度測量精度為0.1℃，分辨率小于0.02℃。

分布式感溫系統（DTS） 2001年，威德福將DTS技術結合到其光學永置式壓力、溫度監測系統中。應用DTS技術的光纖被組裝到支持光學壓力、溫度計的光纜內，這個重要的技術進步徹底結束了一口井需要兩根纜線分別測量壓力和溫度剖面的歷史。

至今，DTS系統在油氣田生產中得到廣泛的應用，主要應用領域包括單井溫度剖面；產出和注入剖面；識別井的潛在問題；監測水，氣或蒸汽的突入；氣舉優化；電潛泵監測等。

單相及多相流量計 井內的流體性質是不斷變化的，流量計必須適用于不穩定的多相流體而無需進行反復標定。永置式井下流量計（如圖6）的應用范圍包括：

減少地面測試設備、服務，通過使用井下三相流量測量工具，節省地面、平臺上的分離測試設備，避免了進行常規測井時的安全問題；在多層完井時，井下流量計可準確提供每個產層的產能信息，確定主力產層位置及各層產水的情況；早期識別儲層流體流動方向，對水錐、氣侵等因素導致的生產壓力變化和產量突變起到及時監測的作用；在生產井的開采初期階段，實時監測油藏，為油藏和采油工程師提供可視化的動態分析數據來源；自動控制生產井的排液，減少生產壓差不穩定而造成的分離器分流不及，激動油藏流體穩定流，而降低穩產周期的現象，實現快速穩產和最優化、最佳產能的目的；井下流量計數據，可應用于分層動態分析、小層精細對比、剩余油研究及挖潛等油藏研究技術；光纖傳感器可以提供井筒多項流的監測精度，為油藏單井單層生產監測提供可靠數據；實時的井下流量和壓力信息可以直接確定井的生產指數，無需修井。

地震檢波器 光纖傳感器是目前最好的地震波監測手段，如圖7、圖8、圖9。永置式安裝的系統可以應用于寬泛的油藏成像和監測領域。實時更新的3-D數據錄取、處理和可視化成像使油藏專家可以直接“看到”油藏和實質性地“進入”井下，達到生產目標。時間推移4-D地震監測更可以動態地描述油藏的流動生產。