光纖檢波器w-vsp采集技術(shù)在大港油田的應(yīng)用

0含油油氣藏類型及分布特點香港東部的區(qū)塊位于香港東部開發(fā)區(qū)的西南端。馬口誤差上升，是被擾動切斷的背斜。其范圍以馬口誤差為邊界，東與第二區(qū)其次谷斷裂相鄰，西與第二區(qū)第七斷層相連。該斷塊構(gòu)造比較完整，整體呈現(xiàn)北高南低，地層分布穩(wěn)定，砂體發(fā)育，在館陶組形成“砂包泥”沉積剖面，明化鎮(zhèn)組形成“泥包砂”沉積剖面，平均油層厚度19.6m，儲層巖性以細(xì)砂巖為主，平均孔隙度28%，平均有效滲透率341mD，屬于高孔高滲儲層，含油級別為含油。油氣藏類型為構(gòu)造～巖性油氣藏，發(fā)育有多套油氣層。研究區(qū)面積約2.4km分布式光纖傳感技術(shù)（DAS,DistributeAcousticSensor）利用光纖作為傳輸信號介質(zhì)和傳感敏感元件，沿著光纖纜連續(xù)地進(jìn)行測量，獲取在傳感光纖區(qū)域內(nèi)隨空間和時間變化的被測量的分布信息。當(dāng)前分布式光纖傳感技術(shù)主要包括：基于自發(fā)及受激拉曼散射的分布式傳感技術(shù)、背向瑞利散射分布式光纖傳感技術(shù)、前向傳輸模耦合技術(shù)以及基于自發(fā)及受激布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)等。與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比較，光纖傳感技術(shù)擁有以下特點：(1）精度高。可以實現(xiàn)某些精密測量。(2）抗電磁干擾。光纖傳感系統(tǒng)用光纖作為傳遞信息的媒質(zhì)，傳輸?shù)氖枪庑盘?，特別適用于大電流、強(qiáng)磁場、強(qiáng)輻射等環(huán)境。(3）使用壽命長。光纖的主要材料是石英，外裹高分子材料的包層，這使得它具有相對于金屬傳感器更長的耐久性。(4）測量對象廣泛?？梢詼y量壓力、位移、溫度、速度、濃度、PH值等各種物理量、化學(xué)量、生物量等。(5）可分布式測量。利用光纖可以實現(xiàn)長距離連續(xù)測控，因此形成大范圍、連續(xù)式的監(jiān)測區(qū)1關(guān)鍵及采樣方法的設(shè)計1.1氣候類型與年際變化港2-62-4井位于天津市濱海新區(qū)大港油田渤海鉆探鉆前公司南約1.55km，區(qū)內(nèi)交通便利，可通行大型車輛，通訊信號較強(qiáng)。本地區(qū)的氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)型，春季干燥，多風(fēng)沙；夏季炎熱，雨量集中；秋季天氣晴朗，溫暖適中；冬季寒冷少雪。年平均溫度在12℃左右，最熱月7月平均最高氣溫為30～32℃，年極端最高氣溫達(dá)41.8℃，最冷月1月平均最低氣溫為零下10～15℃，年極端最低氣溫零下25℃。地下常溫帶底界深度為20m，常溫帶的溫度為14℃，地下水位在自然地平面以下0.6～1.0m，年平均降雨600～800mm之間。1.2工段及工藝設(shè)備安裝本項目的施工難點有以下幾方面：(1)井區(qū)北部為居民區(qū)，南部為養(yǎng)蝦池，WalkawayVSP測線以及Walkaround-VSP點布設(shè)難度較大。對策：對測線進(jìn)行多次踏勘，加強(qiáng)測量選點工作，根據(jù)踏勘情況和衛(wèi)片提前對障礙物進(jìn)行室內(nèi)震點的設(shè)計。組織施工人員應(yīng)對復(fù)雜地表情況進(jìn)行培訓(xùn)，確保人員安全。(2)施工期處于1月份，氣溫較低，設(shè)計使用常規(guī)儀器、套內(nèi)光纖、套外光纖進(jìn)行采集。震源、儀器等設(shè)備連續(xù)工作時間較長，工作穩(wěn)定性不確定。對策：對使用震源、儀器做好保養(yǎng)工作，提前做好設(shè)備聯(lián)機(jī)測試，保證不同觀測系統(tǒng)之間的銜接。(3)套管外布設(shè)光纜。光纜隨套管下井的過程中，布設(shè)在套管外和地層之間，然后水泥固井。套管外布設(shè)光纜以保證與地層耦合良好并能夠避開環(huán)境干擾和井中干擾為原則。對策：二開完鉆后，光纜隨油層套管下井，在每個套管接箍位置安裝保護(hù)裝置。根據(jù)需要，在數(shù)個間隔套管上布置扶正器。光纜尾端采用U型連接，確保尾端保護(hù)裝置密封，保證下井過程套管計深準(zhǔn)確，設(shè)計加工光纜出井口專用套管頭懸掛器，保證光纜帶壓穿越套管頭懸掛器。完成光纜布設(shè)后，將光纜用水泥固結(jié)在套管與地層之間，水泥返高至井口。由專人負(fù)責(zé)與鉆井隊協(xié)調(diào)井口作業(yè)注意事項，做好光纜出井口后的保護(hù)工作。(4)光纜下井工序過程中易出現(xiàn)遇阻遇卡。對策：根據(jù)井況（井斜、泥漿密度，井溫參數(shù)）選擇合適的配重，在保護(hù)好光纜的前提下將光纜下放到井底，釋放光纜張力，避免采集過程中的光纜震蕩干擾；布設(shè)完成后應(yīng)選用柔性材料將光纜固定于井口位置，避免采集時光纜在井口震蕩。在光纜下放過程中，密切關(guān)注張力變化，及時確定是否遇阻。遇阻后應(yīng)按照規(guī)定速度上提電纜，待光纜張力計數(shù)值恢復(fù)到正常值后再緩慢下放光纜。連續(xù)3次在同一深度遇阻，應(yīng)立即將光纜提到地面，通知鉆井隊通井后才能繼續(xù)施工。井下光纜上提時纜車的張力突然增加到經(jīng)驗值時可判斷為遇卡。遇卡后要立即停止操作，立即將張力增加到一定數(shù)值加力上提。張力增加仍不能解卡時或者光纜墜落應(yīng)實施打撈作業(yè)。1.3圖1:美國統(tǒng)一機(jī)制下的“兩網(wǎng)”分布式光纖傳感是將外部的聲波、溫度、壓力等擾動產(chǎn)生光纖微小拉伸應(yīng)變，導(dǎo)致散射回來的解調(diào)信號產(chǎn)生相位變化，這些擾動信號由解調(diào)裝置捕獲并記錄下來。其原理如圖1所示。在油田開發(fā)應(yīng)用中，分布式光纖傳感器主要是利用光散射作用進(jìn)行測量應(yīng)用。光散射主要是在光子和作為傳輸介質(zhì)中的粒子之間的碰撞作用下產(chǎn)生的。一般情況下，分布式光纖傳感器中的光散射主要有光纖折射光散射、光學(xué)聲子光散射以及聲學(xué)聲子光散射等。光纖折射光散射是一種光與物質(zhì)之間的彈性散射，這種光散射中，發(fā)生散射的光頻率不會發(fā)生變化。但是，光學(xué)聲子光散射與聲學(xué)聲子光散射則是光合物質(zhì)之間的一種非彈性散射作用，它們散射的光頻率是會發(fā)生一定變化的，變化情況如圖2所示1.4觀測系統(tǒng)參數(shù)本次攻關(guān)激發(fā)上采用可控震源，通過試驗最終確定了震源激發(fā)參數(shù)如下：震源型號：BLV-620；掃描頻率：3～96Hz；掃描長度：16s；驅(qū)動幅度：70%；震動臺次：2臺*3次。掃描類型：線性升頻。采用40級大陣列數(shù)字檢波器接收。布設(shè)一條垂直構(gòu)造走向的測線，測線方位68°和235°。炮線長度以井為中心，68°方位3000m,235°方位3000m，炮線總長6000m，炮點距40m。以井為中心布設(shè)半徑為1km和2km的Walkaround-VSP，每個環(huán)均勻布設(shè)8個炮點，激發(fā)間隔45°。炮點分布如圖3所示。觀測系統(tǒng)參數(shù)如下：零井源距VSP：數(shù)字檢波器觀測井段2360～30m觀測點距10m；套內(nèi)光纖觀測井段2400～60m，觀測點距0.8m；套外光纖950～34m，觀測點距0.8m。Walkaround-VSP：數(shù)字檢波器觀測井段2360～40m觀測點距20m；套內(nèi)光纖觀測井段2400～60m觀測點距0.8m；套外光纖950～34m觀測點距0.8m。Walkaway-VSP：數(shù)字檢波器觀測井段2360～40m，觀測點距20m；套內(nèi)光纖觀測井段2400～60m，觀測點距0.8m；套外光纖950～34m，觀測點距0.8m。2關(guān)鍵及采樣方法的設(shè)計2.1低場頻譜分析我們對可控震源相同激發(fā)參數(shù)數(shù)字檢波器和光纖檢波器采集到的資料進(jìn)行了對比。數(shù)字檢波器零井源距道集與套管內(nèi)光纖檢波器道集下行波、上行波波組特征基本一致，產(chǎn)生波組的深度位置相同。由于光纖懸置于大井中，沒有與井壁耦合很好，所以道集上看到次生震動干擾波較多。對采集的零井源距資料進(jìn)行頻譜分析，數(shù)字檢波器資料主頻45Hz，強(qiáng)能量分布的頻寬較寬，而光纖檢波器主頻22Hz，強(qiáng)能量分布在5～35Hz頻寬范圍，并且光纖檢波器資料能量衰減很快，800m以下能量較弱了，而數(shù)字檢波器1300m以下能量變?nèi)?。Walkaround-VSP井源距1000m數(shù)字檢波器與光纖檢波器道集記錄面貌基本一致，波組特征相同，上行波、上行轉(zhuǎn)換波、下行轉(zhuǎn)換波深度位置相同，只是光纖檢波器接收到的資料能量較弱，這一特征與頻譜分析圖相對應(yīng)。Walkaround-VSP井源距1000m資料頻譜分析，數(shù)字檢波器資料主頻40Hz左右，淺層和深層主要能量集中于10～45Hz頻帶范圍，光纖檢波器資料主頻10Hz左右，深層超過800m能量較弱，淺層能量主要集中于10～30Hz頻帶范圍。套管中懸空光纖檢波器能量和頻率衰減很快。2.2光纖檢波器初至波特征對比我們對可控震源相同激發(fā)參數(shù)的數(shù)字檢波器和套管外固井光纖檢波器采集到的資料進(jìn)行了對比。從兩者零井源距道集記錄上看（如圖4所示），兩者的波組特征基本相同，面貌上套管外固井光纖檢波器采集數(shù)據(jù)能量相對更強(qiáng)一些。從頻譜分析看（如圖5所示），兩者頻譜變化趨勢較一致，采集數(shù)據(jù)主頻都是35Hz，光纖檢波器采集數(shù)據(jù)3～20Hz頻帶范圍能量無論淺層還是深層都比數(shù)字檢波器采集數(shù)據(jù)能量強(qiáng)，20～50Hz兩者相對一致，50～96Hz數(shù)字檢波器采集數(shù)據(jù)能量強(qiáng)一些。分析圖6可見，光纖檢波器初至波特征比數(shù)字檢波器初至波特征更明顯清晰一些，尤其是上行轉(zhuǎn)換波和下行轉(zhuǎn)換波。從頻譜上看（如圖7所示）數(shù)字檢波器采集數(shù)據(jù)主頻25Hz，光纖檢波器采集數(shù)據(jù)主頻18Hz，頻譜5～30Hz兩者差異不是很大，總體上數(shù)字檢波器的能量強(qiáng)一些，30～96Hz頻帶范圍數(shù)字檢波器比光纖檢波器能量強(qiáng)一些，但是不如光纖檢波器能量均勻一些。當(dāng)井源距加大至2000m時，道集上數(shù)字檢波器初至波、上行波和轉(zhuǎn)換橫波的波組明顯好于光纖檢波器采集數(shù)據(jù)，光纖檢波器道集上看不到初至波了，隱約見到部分上行波。同時，兩者頻譜差異很大了，數(shù)字檢波器采集數(shù)據(jù)主頻22Hz，光纖檢波器采集數(shù)據(jù)主頻15Hz，光纖頻譜基本是噪音。隨著井源距增大至3000m時，波組特征與井源距2000m相類似，數(shù)字檢波器道集上還能看到些波組，光纖檢波器道集基本是噪音。數(shù)字檢波器資料主頻25Hz，光纖檢波器資料基本是噪音。綜上所述，管內(nèi)光纖道集井西邊井源距1400～2000m基本是噪音；井源距1400～600m資料較差，可以看到模糊的初至和上行波組；井源距600m資料較好，可看到清晰的初至和上行波組。井東邊井源距0～1240m，資料品質(zhì)好；井源距1240～1880m，資料品質(zhì)差；井源距1880～2000m，全是噪音。管外固井光纖道集井東邊井源距1480～3000m基本全是噪音；井源距1440m開始出現(xiàn)初至影子；井源距360m資料開始變好；井西邊井源距440m資料好；井源距720m開始資料變差；井源距1000m開始沒有資料。3光纖檢波器在w-vsp近井源距觀測系統(tǒng)方面的優(yōu)勢通過本次分布式光纖檢波器與常規(guī)數(shù)字檢波器W-VSP聯(lián)合攻關(guān)，得出以下幾點認(rèn)識：(1）光纖檢波器和數(shù)字檢波器零井源距采集資料基本相當(dāng)，光纖與井壁耦合越好資料越好，在零井源距觀測系統(tǒng)方面光纖檢波器能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。(2）就該區(qū)塊來說，光纖檢波器和數(shù)字檢波器W-VSP近井源距1300m以內(nèi)的資料差異不大，在W-VSP近井源距觀測系統(tǒng)方面光纖檢波器能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。(3）光纖檢波器和數(shù)字檢波器W-VSP大井源距范圍，資料差異較大。光纖接收基本是噪音，目前而言，儀器系統(tǒng)還沒有實現(xiàn)該區(qū)塊大