光纤井眼地震矢量传感器技术

新一代基于全光纤数据传输和光纤传感器技术的井眼地震矢量传感器系统更灵敏,并且能够以比当前地震传感器技术更好的矢量保真度记录更大带宽的数据。还可以在恶劣井眼(如高压/高温条件)环境中工作,产生更好的图像和更精确的监测结果,使得高分辨率解释得以大幅提升并最终提高油气产量。

由于井眼地震系统不需要光学传感器或液压操作部署系统所需要的电力,整个系统本质上是安全的。井眼光纤技术具有能够在高温下工作,近间距间隔的大孔径超灵敏井眼地震阵列,能够取得高分辨率井眼地震3D成像所需的高质量和高频率的大量数据记录,并且用于常规和页岩油气藏的4D监测。光纤井眼地震阵列使用微震事件的3D制图监测和勾画流体注入储层。该系统能够监测来自压裂诱发的微震事件期间获取具有大于1 000 Hz的频率、幅度小于M-3.0的宽带微震数据。钻杆部署设计允许接收器阵列部署在竖直和水平井中,这是因为页岩油和气体钻探的许多井是大斜度井或水平井。

光纤地震阵列性能的关键是光纤地震矢量传感器。光纤矢量传感器使用质量弹簧系统设计,质量弹簧系统被配置为使得定向振动质量应变沿着纤维,与由3-C传感器盒感测的定向地震应变成比例。其优点是使传感器非常小。传感器具有80 dB的建模横轴隔离,允许不同波模式的高保真分离。

光纤地震传感器系统使用干涉测量技术,动态地测量围绕心轴的2个光纤布拉格光栅之间的光纤应变,比较来自在光纤中传播的相同光脉冲的2个间隔反射之间的相位角。使用时分复用技术将动态纤维应变信息传送到地表的问询仪器,实现了在光纤中测量极小的应变。光纤地震传感器不受井眼中的电和电磁干扰,因为系统不需要在光纤传感器端有任何电子器件。这种设计还使得光纤地震传感器非常坚固,并且能够在极端环境中操作。使用特种金属涂层纤维甚至可以适应更高的温度。

新系统能够部署多达1 000个适合高温/高压井眼的三组件传感器吊舱。光纤地震矢量传感器的测试表明,新的传感器技术能够产生非常大带宽的高矢量保真度数据,带宽从0.01～6 000 Hz。系统可以在高达2 000 Hz的频率下记录小于强度M-3.0的事件。传感器也比在井眼地震系统中使用的常规线圈地震检波器的灵敏度高约100倍。光学矢量传感器有0.5 in*(非法定计量单位,1 in=25.4 mm,下同)和1 in这2种型号。1 in模型用于可重新部署的钻孔系统,而0.5 in模型则用于永久井眼系统。in的光学传感器,尽管尺寸小,仍然优于最先进的加速度计和地震检波器。