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分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在井下安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

更新時(shí)間：2026-09-04　點(diǎn)擊量：132

摘要

油氣井、地下儲(chǔ)氣井、地?zé)峋?、礦山井下屬于典型高溫高壓高危作業(yè)環(huán)境，井筒竄漏、氣體泄漏、井下自燃火災(zāi)是制約井下安全生產(chǎn)的重要風(fēng)險(xiǎn)。井下故障發(fā)生早期往往伴隨局部溫度異常變化，傳統(tǒng)電子傳感器難以承受井下惡劣工況，常規(guī)井下測(cè)試只能間斷檢測(cè)，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)連續(xù)在線預(yù)警。分布式光纖測(cè)溫（DTS）依托拉曼散射光學(xué)傳感機(jī)理，井下僅布設(shè)無源感溫光纜，具備本質(zhì)防爆、耐高壓抗腐蝕的特性，可下入井筒獲取全深度連續(xù)溫度剖面。本文闡述井下DTS系統(tǒng)工作原理；分別針對(duì)石油油氣井、儲(chǔ)氣井、地?zé)峋?、礦山井下開展應(yīng)用場(chǎng)景研究；討論井下特種光纜選型、井筒下入工藝、報(bào)警參數(shù)整定、生產(chǎn)平臺(tái)對(duì)接等工程關(guān)鍵技術(shù)。工程實(shí)踐表明，井下分布式光纖測(cè)溫能夠精準(zhǔn)捕捉井筒泄漏、竄層、井下高溫的溫度異常信號(hào)，實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)險(xiǎn)的早期識(shí)別，對(duì)于提升能源礦山井下本質(zhì)安全、推進(jìn)井下數(shù)字化運(yùn)維具有重要工程價(jià)值。

**關(guān)鍵詞：**分布式光纖測(cè)溫；DTS；油氣井；儲(chǔ)氣井；地?zé)峋?；礦山井下；井筒監(jiān)測(cè)；井下溫度剖面

1 引言

我國(guó)油氣資源開發(fā)、地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰、地?zé)嵝履茉撮_發(fā)、礦產(chǎn)采掘行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。油氣井、儲(chǔ)氣井井筒處于地下高溫高壓環(huán)境，介質(zhì)具備易燃易爆、腐蝕性特征；地?zé)峋枰O(jiān)測(cè)地下熱儲(chǔ)層溫度變化；礦山井下巷道存在瓦斯積聚、自燃起火風(fēng)險(xiǎn)。各類井下故障的萌芽階段大多會(huì)產(chǎn)生局部溫度異常信號(hào)。

傳統(tǒng)井下監(jiān)測(cè)技術(shù)存在明顯短板：電子類傳感器無法適配井下高溫高壓、強(qiáng)腐蝕工況，存在防爆安全隱患；點(diǎn)式傳感器布點(diǎn)有限，井筒縱深絕大部分井段無法覆蓋；起下井下儀器僅可以做周期性短時(shí)測(cè)試，不能夠長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)；井下人工巡檢風(fēng)險(xiǎn)大，無法實(shí)現(xiàn)全天候不間斷風(fēng)險(xiǎn)感知。國(guó)內(nèi)安全生產(chǎn)相關(guān)規(guī)范不斷優(yōu)化，井下作業(yè)運(yùn)維模式從事故后搶修，轉(zhuǎn)向隱患提前預(yù)警，急需可以長(zhǎng)期在井下工作的全深度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。

分布式光纖測(cè)溫DTS，井下只有無源光纜，無任何電子器件，本質(zhì)安全防爆，可以下入井筒實(shí)現(xiàn)全井段連續(xù)溫度采集，近些年來逐步在油氣、儲(chǔ)氣庫、地?zé)?、礦山井下項(xiàng)目落地。本文圍繞DTS系統(tǒng)原理、多井下場(chǎng)景應(yīng)用、工程實(shí)施要點(diǎn)開展分析，為井下光纖監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

2 井下分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)工作原理

分布式光纖測(cè)溫基于拉曼散射物理效應(yīng)。脈沖激光信號(hào)輸入井下感溫光纜，光纖內(nèi)部產(chǎn)生拉曼散射效應(yīng)，反斯托克斯光的光強(qiáng)對(duì)溫度高度敏感。地面DTS解調(diào)主機(jī)接收返回光信號(hào)，對(duì)比散射光光強(qiáng)比值解算光纜沿線各個(gè)位置溫度；依靠光信號(hào)往返傳播時(shí)間換算得到溫度異常對(duì)應(yīng)的井筒深度，同時(shí)獲取溫度數(shù)值與故障深度位置。

整套系統(tǒng)由地面DTS解調(diào)主機(jī)、井下特種鎧裝感溫光纜、報(bào)警輸出單元、通訊模塊構(gòu)成。井下井筒內(nèi)部只布設(shè)光纜，無有源元器件；主機(jī)放置于地面機(jī)房，完成光信號(hào)解調(diào)、溫度剖面計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警邏輯判斷。系統(tǒng)具備以太網(wǎng)、RS485接口，輸出標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)接油氣田、儲(chǔ)氣庫、地?zé)帷⒌V山現(xiàn)有SCADA監(jiān)控平臺(tái)。

系統(tǒng)采用溫度閾值、溫升速率雙重報(bào)警機(jī)制，設(shè)置多級(jí)預(yù)警告警，精準(zhǔn)定位井下異常深度，兼顧緩慢滲漏與突發(fā)故障的識(shí)別。

3 井下典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

3.1 石油油氣井監(jiān)測(cè)

特種鎧裝光纜隨油氣井井筒下入，得到完整全井段溫度剖面。通過溫度剖面變化，識(shí)別套管破損、流體竄層、異常出水等故障，為采油工藝調(diào)整提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提前規(guī)避井筒泄漏帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 地下儲(chǔ)氣井監(jiān)測(cè)

地下儲(chǔ)氣庫注采作業(yè)周期內(nèi)，井筒溫度會(huì)伴隨充氣、采氣發(fā)生變化。DTS系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)井筒全深度溫度，識(shí)別井筒密封失效、氣體泄漏的溫度特征，在泄漏擴(kuò)大之前發(fā)出預(yù)警，防范天然氣爆炸事故，保障儲(chǔ)氣庫注采全周期安全運(yùn)行。

3.3 地?zé)衢_發(fā)井監(jiān)測(cè)

地?zé)峋踩疃葴囟绕拭妫軌蛑庇^反映地下地?zé)醿?chǔ)層分布，評(píng)估地?zé)峋a(chǎn)能，指導(dǎo)地?zé)衢_采工藝優(yōu)化，提升地?zé)嵝履茉促Y源開發(fā)利用水平。

3.4 礦山井下監(jiān)測(cè)

光纜沿礦山巷道、采掘工作面敷設(shè)，分布式采集巷道溫度，識(shí)別局部高溫?zé)狳c(diǎn)，提前預(yù)判煤巖自燃、瓦斯起火風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)井下作業(yè)人員生命安全。

4 工程實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)

4.1 光纜選型與下入工藝

油氣井、儲(chǔ)氣井、地?zé)峋脖仨氝x用井下專用鎧裝感溫光纜，具備耐高溫、耐高壓、抗硫化氫腐蝕、抗拉抗壓性能；礦山井下巷道選用礦用級(jí)鎧裝護(hù)套光纜。新建井筒，光纜跟隨完井作業(yè)同步下入；存量井筒利用修井作業(yè)完成光纜布設(shè)。井口位置做好光纜密封、防腐保護(hù)，避免井口介質(zhì)腐蝕、外力損傷光纜。礦山巷道壁掛敷設(shè)光纜做好機(jī)械防護(hù)。

4.2 井下報(bào)警參數(shù)整定

井下溫度會(huì)受地質(zhì)條件、注采生產(chǎn)工藝影響產(chǎn)生正常波動(dòng)，不能直接套用通用報(bào)警閾值。結(jié)合項(xiàng)目井下地質(zhì)情況、介質(zhì)、生產(chǎn)工況現(xiàn)場(chǎng)整定閾值，啟用溫度閾值+溫升速率雙重判據(jù)，區(qū)分工藝正常波動(dòng)和真實(shí)故障，控制誤報(bào)警率。

4.3 上位平臺(tái)對(duì)接

DTS主機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，接入油氣田SCADA、儲(chǔ)氣庫監(jiān)控平臺(tái)、地?zé)徇\(yùn)維系統(tǒng)、礦山綜合監(jiān)控平臺(tái)。井下溫度剖面曲線、報(bào)警深度、告警信息上傳中控，實(shí)現(xiàn)彈窗告警、歷史數(shù)據(jù)歸檔，融入現(xiàn)有生產(chǎn)運(yùn)維體系。

4.4 運(yùn)維管理

投運(yùn)后重點(diǎn)保護(hù)井口光纜與井下光纜鏈路，定期校驗(yàn)測(cè)溫精度，核查報(bào)警邏輯；井筒作業(yè)施工時(shí)做好光纜防護(hù)，避免作業(yè)過程損壞光纜，保障系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

5 技術(shù)局限性與優(yōu)化方向

井下DTS系統(tǒng)存在客觀局限：如果井下光纜發(fā)生斷裂，斷點(diǎn)下方井筒失去監(jiān)測(cè)能力，井筒下入、后期作業(yè)必須做好光纜防護(hù)；系統(tǒng)直接測(cè)量光纜外壁溫度，井下流體真實(shí)溫度需要結(jié)合地質(zhì)與井筒工藝模型進(jìn)一步推演。工程應(yīng)用中，可搭配壓力、流量等其他監(jiān)測(cè)手段，構(gòu)建井下多參量綜合監(jiān)測(cè)體系，進(jìn)一步提升井下風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力。

6 結(jié)論

油氣井、儲(chǔ)氣井、地?zé)峋?、礦山井下屬于高危作業(yè)環(huán)境，井下隱患隱蔽，一旦發(fā)生泄漏、火災(zāi)爆炸事故后果嚴(yán)重。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)全井筒深度長(zhǎng)期不間斷在線監(jiān)測(cè)。分布式光纖測(cè)溫DTS技術(shù)，井下無源本質(zhì)防爆、耐井下高溫高壓腐蝕，獲取完整井下溫度剖面，實(shí)現(xiàn)井下故障早期預(yù)警。在油氣開采、地下儲(chǔ)氣庫、地?zé)衢_發(fā)、智慧礦山井下安全智能化升級(jí)領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。