现有的各种井下光学传感系统将为真正实现油气田生产优化和智能完井系统提供重要的技术、装备保证。以各类光学技术为基础的应用型设备，正在不断进入油气田领域，威德福公司的永置式光学一体化系统已经使全方位井下监测成为现实。

永置式光学井下监测系统

评价永置式井下监测系统的优劣，最重要的指标就是：是否可以长期稳定地向地面传送准确可靠的井下数据。经过十多年在油气行业的不断使用和技术更新，威德福公司的永置式光学井下监测系统（如图1）在业内已成为应用范围最广、使用工况条件最宽、设计使用年限最长的井下设备系统。

具体来说，威德福的永置式光学井下监测系统的特点包括：更小的物理尺寸，综合包含更多的监测内容；更好的抗高温能力，包括数据传输通道，可应用于超过1000℃的恶劣环境；更高的可靠性，最简化的传感单元；高抗干扰能力，不受来自无线电和供电系统的影响；无火花隐患，防火安全。而且光学数据通讯系统也具有更高的信号可靠性，以及数据密度和更长的数据传输距离。

迄今为止，威德福永置式井下光学系统已广泛应用于油气工业。首先，该系统已成功地应用在智能完井系统中，并成为很多油公司智能完井系统的标准配置。同时，该系统也已成功应用在深水油气生产系统中，突破了水下垂直 / 水平井口穿越、水下井口接头、远距离通讯等多项深水系统的技术瓶颈。

该系统包括以下传感器：压力、温度计、分布式感温系统（DTS）、单相及多相流量计、地震检波器（站）。如图1所示，永置式光学系统的主要部件有井下传感单元（Transducers）、光缆（cables & connectors）、井口穿越工具（WellHead Equipment）、地面光学、数据设备（Surface Instrumentation）。下面做详细介绍。

永置式光学

系统组成及其特点

光纤、光缆 如图2、图3所示，永置式光学井下监测系统所使用的光纤包括单模和多模两种。光缆可提供对内部光纤的保护，使之不遭受外界因素的影响，如拉伸力、剪切力、湿度、弯曲、腐蚀等。现在的应用光缆包括两个尺寸：外径1/8英寸和外径1/4英寸。

常用的光缆为外径1/4”，外钢套管材质为Inc825，最高应用温度可达175℃，可容纳3根或4根光纤。而外径1/8”的光缆应用温度为100℃以下。

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings） 光纤布拉格光栅是依赖波长的反射体，可以被高能UV激光束刻入光纤的玻璃内核（glass core），并记录其折射率（refractive index）。这些被写入的光栅对不同波长入射光产生不同的折射率。当入射光束通过光栅时，大部分的光继续传输，而对应光栅较高折射率的部分被反射了回去，如图4。光纤布拉格光栅应用于光学流量计、压力/温度计和地震检波器。应用于流量计的光栅采用干涉传感。

压力和温度 永置式压力传感器的数据，不仅可以用来描述油气藏的规模和它的压力降，还可以通过井下长时间的压力计监视获取油藏压力的变化值，是一种新的油藏生产管理方法。根据永置式压力计的特点，特别针对测试周期长或生产任务紧的高产油气井，建立长时间的压力与产能监测，监控油藏压力在变流量条件下的数学模型，利用压力计及时获取生产参数，和快速计算压力响应, 应用非线性优化技术进行油气井全生产状态自动拟合，能够有效地确定油藏参数。该类似压力监测功能，已成功地应用于辽河油田的热采监测过程，取得较大收益。

第一套应用于水下油田的永置式光学系统在1996年安装于Guillemot油田。壳牌（Shell）的Heron及Egret油田也在1998至1999年相继安装了多口水下油田监测系统。

简单的结构和单纯的测量通道（如图5），使现在的光学监测系统具有极高的稳定性。公司从1999年6月开始针对光学传感器稳定性的试验，传感器在150℃，5000psi的工况条件下，经过6年的测试，没有出现任何原点漂移。通过加速老化试验，表明光学压力计的使用寿命可达20年以上。目前光学压力、温度监测系统的最高使用温度为175℃，压力范围为20,000psi。压力测量精度为全量程0.01%（±2psi），分辨率达到0.03psi以下。温度测量精度为0.1℃，分辨率小于0.02℃。

分布式感温系统（DTS） 2001年，威德福将DTS技术结合到其光学永置式压力、温度监测系统中。应用DTS技术的光纤被组装到支持光学压力、温度计的光缆内，这个重要的技术进步彻底结束了一口井需要两根缆线分别测量压力和温度剖面的历史。

至今，DTS系统在油气田生产中得到广泛的应用，主要应用领域包括单井温度剖面；产出和注入剖面；识别井的潜在问题；监测水，气或蒸汽的突入；气举优化；电潜泵监测等。

相及多相流量计 井内的流体性质是不断变化的，流量计必须适用于不稳定的多相流体而无需进行反复标定。永置式井下流量计（如图6）的应用范围包括：

减少地面测试设备、服务，通过使用井下三相流量测量工具，节省地面、平台上的分离测试设备，避免了进行常规测井时的安全问题；在多层完井时，井下流量计可准确提供每个产层的产能信息，确定主力产层位置及各层产水的情况；早期识别储层流体流动方向，对水锥、气侵等因素导致的生产压力变化和产量突变起到及时监测的作用；在生产井的开采初期阶段，实时监测油藏，为油藏和采油工程师提供可视化的动态分析数据来源；自动控制生产井的排液，减少生产压差不稳定而造成的分离器分流不及，激动油藏流体稳定流，而降低稳产周期的现象，实现快速稳产和最优化、最佳产能的目的；井下流量计数据，可应用于分层动态分析、小层精细对比、剩余油研究及挖潜等油藏研究技术；光纤传感器可以提供井筒多项流的监测精度，为油藏单井单层生产监测提供可靠数据；实时的井下流量和压力信息可以直接确定井的生产指数，无需修井。

地震检波器 光纤传感器是目前最好的地震波监测手段，如图7、图8、图9。永置式安装的系统可以应用于宽泛的油藏成像和监测领域。实时更新的3-D数据录取、处理和可视化成像使油藏专家可以直接“看到”油藏和实质性地“进入”井下，达到生产目标。时间推移4-D地震监测更可以动态地描述油藏的流动生产。