摘要：孔中测温作为一种原位测试方法,是地热(干热岩)资源勘察、开发中重要的研究内容.近年来兴起的分布式光纤传感测温技术,弥补了传统点式测温耗时与漏测的不足,可实现钻孔温度的分布式测量,同时传感光缆具备耐高温、高压和(钻井液)腐蚀性特点,适用于地热,特别是干热岩资源的深孔勘探研究.目前,国外学者已成功将分布式光纤传感测温技术应用于稠油热采研究中,而中国深孔分布式测温研究尚处于探索阶段.本文结合野外千热岩勘察需求,利用拉曼散射和光时域反射技术,研究设计了深井分布式光纤温度测试系统.该系统由脉冲激光源、波分复用模块、传感光缆、光电转换模块、数据采集模块、自动控制模块和工业平板电脑组成.在同步脉冲的控制下,半导体激光器产生大功率光脉冲并注入到传感测试光缆中.采用波分复用技术,利用拉曼滤光片,将后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光分离,利用反斯托克斯光的温度敏感特性可实现对环境温度信息的携带,参考对比斯托克斯光,同源计算,可解调出温度信息;根据光纤中光的传输速率和背向拉曼散射光的回波时间,可以对温度点进行定位,实现对光纤温度场的分布式测量.选择多点数字累加平均技术的微弱信号处理方法,通过信号的重复叠加,降低随机噪声,在不影响实时性能的基础上,使系统信噪改善较为明显.系统设计中,数字累加平均处理在采样速率高达150MB/s的高速采集累加卡中完成,累加平均后的信号送入数据处理软件,通过引入光纤突变损耗修正系数、光电采集影响系数,借助于光纤环基准参考,实现测温数据的解调.软件基于VC6++平台开发,界面简洁友好,可实现斯托克斯、反斯托克斯和温度测试结果的自动显示、数据自动保存,同时可显示机箱温度、有效光缆长度等辅助信息.设计制作了深孔耐高温测试光缆,可实现-65°C～350°C的干热岩井温分布式测量.高温测试光缆采用62.5/125多模耐高温纤芯,外敷耐高温涂覆层和松套304不锈钢管,管内充填纤膏,可实现温度均匀测试,并能够对测温光纤起到保护作用;光缆外层钢丝铠装保护,具有低线胀系数,可抗拉伸和防止下井过程中的机械创伤等.开展了室内水槽和高温干燥箱的测试与温度校准试验,通过数据统计分析与分段线性拟合完成温度标定,标定系统测试精度0.5°C.通过室内水槽试验,完成+5°C～+40°C区间的温度测试,标定前平均相对误差2.50％,均方误差MSE为0.60°C,标定后平均相对误差1.30％,均方误差MSE为0.23°C;通过高温干燥箱,完成+30～+150°C区间的温度测试标定,标定前平均相对误差1.77％,均方误差MSE为1.65°C,标定后平均相对误差0.31％,均方误差MSE为0.29°C.选择青海省共和县DR2号干热岩勘察孔开展野外测试,完成测深800m,孔内最高温度54.8°C.DR2号孔测温曲线属于传导型,其温度-深度曲线为全井段线性,能够充分反映该区域地壳的传导温度分布状况;结合钻孔资料信息,可用于大地热流值的计算,满足干热岩资源勘查需求.与以往点式测试数据的对比分析,证明了监测结果的有效性和测试方法的先进性,通过在高寒地区开展野外测试试验,验证了整套系统的工作性能.分布式光纤温度监测系统及相关辅助设备的研发与试验,可以实现干热岩孔全段分布式测量,大大提高干热岩野外勘察的工作效率,同时,深井分布式光纤温度测试系统原位测试方法,对促进中国大地热流测量技术的发展具有重要作用.
