正常工作 5 年以上的集成电路，后来这种集成电路
被广泛应用于井下永久型测量仪和航空燃气涡轮发
动机中。 同年，巴西石油公司在海上深井和超深井
方面的技术革新，启动了全电子智能完井系统的研
究。 到 2003 年 8 月 3 日，由巴西石油公司和贝克石
油工具公司联合安装完成的世界上第一口全电子海
底深水井智能完井系统，标志着全电子智能完井系
2012 年第 6 期
安徽电子信息职业技术学院学报
No.6 2012
第 11 卷穴总第 63 期雪 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＡＮＨＵＩ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＆ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ General No.６3 Vol.11
眼文章编号演 1671－802Ｘ穴2012雪06－00５１－0４
统技术开始逐步走向成熟，在其安装后不到一年的
时间里，该系统以其较好的可靠性逐步获得了越来
越多的用户的接受。 目前斯伦贝谢公司和贝克石油
工具公司也已各自开发研制出自己的全电子控制井
下操作系统。
二、国外现状
井下光纤传感系统能提供连续、高精度、高可靠
性的实时数据测量。 在过去几年中，永久井下光纤
52 ＸＵＥＢＡＯ
动，并且没有井下电子线路、体积小等特点，特别适
用于油井下的长期连续监测，近年，新一代油气井光
纤监控系统使用了光纤布拉格光栅技术， 在测量波
长时环境的变化造成了测量结果的不规则波动，因
绝对波长与光源强度或振幅毫不相关， 排除了连接
点损失问题。布拉格光栅传感器不受电磁干扰，比较
稳定，耐高温，并且可以用于高辐射环境。 但同时由
感器技术。
但是由于光纤传感器的成本较高，人们并没有
放弃对电子类传感器在井下应用的研究，尤其是近
年来随着汽车电子及航空技术的发展，高温电子也
得到了进一步的发展。 早在 1999 年霍尼韦尔固态
电 子 学 中 心 （Honeywell Solid State Electronics
Center）就已经研制出能在温度高达 225℃的环境下
２０12．12．２０
ＸＵＥＢＡＯ 51
技术应用
靳海英———智能完井永久型井下传感系统现状综述
第６期
于光纤，所以有很多共同的特点，比如抗电磁干扰可
应 用 于 恶 劣 环 境 ( 没 有 加 入 电 磁 过 程 )， 传 输 距 离 长
（光纤中光衰减慢），使用寿命长， 结构小巧等等。 不
少光纤传感系统已实用化，成为替代传统传感器的
于光纤光栅的温度-压力交叉敏感性不能长期耐受
高温环境，使得它在高温、高压油井中长期可靠的应
用受到限制， 且起高昂的成本也限制了它的进一步
发展。
对于电子类传感器来说， 由于按照工业标准普
通 的 电 子 器 件 使 用 的 温 度 范 围 是-40℃到 85℃，即
使 是 军 品 电 子 器 件 其 使 用 温 度 也 不 过 是 -40℃ 到
各石油公司光纤分布式温度传感器参数表
公司名称 测量范围 美国 CIDRA 0℃~175℃
公司
误差 ±1℃
哈里伯顿能 源服务公司
2
±0.5℃ 垂直分辨率: 0.2 m~1 m
将光纤转换为压力传感器的方式有多种， 目前 使用的两种是光纤 Bragg 光栅(FBG)和 Fabryperot 干 扰测量术。
125℃，远 远 不 能 满 足 在 油 田 井 下 高 温 高 压 振 动 的 恶
劣环境中使用的要求， 故能在高温高压下可靠工作
的电子元器件就成了制约电子传感器的发展瓶颈。
为了打破温度壁垒， 许多国际知名公司着手开发高
温电子器件， 早在 1999 年霍尼韦尔固态电子中心
（Honeywell Solid State Electronics Center） 就已经研
一、发展历程 早期的井下压力和温度装置多是电子式的，传 感器主要有应变压力计和石英晶体压力计，以石英 电子晶体或应力传感器为代表的井下电子部件装置 PDM(井 下 永 久 型 监 测 系 统)，该 装 置 的 代 表 产 品 是
CRC 的 ESP- 1800 型 压 力 温 度 监 测 装 置 和 PPS 公 司的 PDMS 井下永久监测系统， 均以应变式传感器 为技术核心(包括高分子压力温度传感器)。 但应变 式压力计受温度影响和滞后影响， 而石英压力计会 受到温度和压力急剧变化的影响。在压力监测时，这 些传感器还涉及安装困难、长期稳定性差等问题，且 在某些油田的生产过程中， 尤其是稠油或沥青的生 产过程中， 为了提高产量需要对油井注入高温蒸汽 (SAGD)， 使 得 井 下 温 度 高 达 300oF， 压 强 达 到 30 Mpa （石油行业把那些井底压力超过 10000 lb/in2、 井底温度超过 300oF 的井定义为高温高压井），过高 的井下温度对常规电子仪表提出了严峻的挑战，传 统的电子式压力、温度传感器在高温、高压环境中的 可靠性、 抗干扰和短寿命均不能满足井下测量的需 要。
Micron Optics Int 公司的 OS600- 200 型 深 井 光 纤 ，
压 力 温 度 传 感 器 和 PORM ORE 公 司 的
PROFLOWDP 型压力温度流量计为代表产品， 采用
了美国瑞达(Reda)和 Centrilift 公司生产的电位计式
测 压( 压 力 盒 铂 丝 电 位 器 测 压 )， 热 敏 电 阻 测 温 的 传
智能完井系统的初始投资费用各不相同，一套 永久型智能完井系统的投资为 20 万美元，而特定的 多层遥控智能完井系统的初始投资甚至达到 300 万 美元。 由于投资巨大，要体现智能完井系统真正的 价值，永久型井下传感系统必须在整个油井寿命期 内能够正常工作，如果井下仪表损坏过早，在油田开 发后期采用控制井内流量来调节及优化油藏开采的 能力就会下降，故其寿命和可靠性就成为了其应用 时需要考虑的重要方面。
于 2011 年在辽河油田下井成功，解决了高温环境下
的稠油热采时传感器的高压密封和光纤保护问题。
其他还有中国科学院西安分院组织专家鉴定委员会
通过的“晶体吸收式光纤温度传感器”项目、西安维
纳仪器有限公司生产的高温井下压力传感器 WYG2
等。
四、展望
光纤传感器由于对电磁干扰不敏感而且能够承
受极端条件， 包括高温、 高压以及强烈的冲击与振
三、国内现状 我国在 70 年代末就开始了光纤传感器的研究， 其起步时间与国际相差不远。 目前已有上百个单位 在这一领域开展工作，如清华大学、华中理工大学、 武汉理工大学、重庆大学、核工业总公司九院、电子 工业部 1426 所等。他们在光纤温度传感器、压力计、 流量计、液位计、电流计、位移计等领域进行了大量 的研究，取得了上百项科研成果，其中相当数量的研 究成果具有很高的实用价值，有的达到世界先进水 平。 但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小 的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品 种仍处于实验室研制阶段，不能投入批量生产和工 程化应用，远远满足不了市场需求。 近几年，国内有许多油田和科研单位进行了光 纤传感器方面的试验研究， 也取得了一些成果，如 2007 年 8 月天津大学李恩邦教授 研发出 了 高 灵 敏 度多模光纤应变传感器，并已申请 4 项国家发明专 利。 2009 年蔚蓝仕公司推出了分布式光纤系统，并
威德福公司的光学多相流量计采用布拉格光栅 （FBG）和光学多路传输技术 ，并结合 了声 纳解释算 法。 流量计是全光学的，无插入件，具有高度的测量 精度和可靠性。 其井下光纤传感系统用干海洋深井 油层压力和温度的测量。 该系统以全纤维结构为基 础，传感器和连接电缆都用光纤制成，传感器采用标 准单波型纤维技术制作， 通过波导结构的光根据井 下压力和温度的变化而改变。
QuantX 井眼仪表公司 开发出 一 种 适 用 于 高 温 和强震动恶劣井下环境中的永久电子测量系统— ——
技术应用
靳海英———智能完井永久型井下传感系统现状综述
第６期
WellGUARD， 用于井眼温度和压力的永久监测，其 技 术 规 范 要 求 永 久 井 下 电 子 温 度 /压 力 计 能 在 175℃、20000psi 的井 下 环 境 中 至 少 连 续 工 作 5 年 。 当应用的井下环境温度较低时，电子温度/压力计的 使用寿命应该更长。 2001 年 7 月，该公司在安哥拉 海上的几口注入井和生产井成功地安装了永久井下 电子温度/压力计（WellGUARD）。该地区的井下温度 达 150℃， 永久井下电子温度/压力计为目前正在实 施的一个油藏监测项目提供连续的测量数据，使得 作业者将与传统电缆传送压力计相关的作业时间和 作业风险降低到最小程度。
制出能在温度高达 225℃的环境下正常工作 5 年以
上的集成电路， 后来这种集成电路被广泛应用于井
所取得技术成果，展望了下未来的传感器系统。
［关键词］ 永久型井下传感系统; 光纤传感器; 压力测量; 温度测量; 高温电子
［中图分类号］ ＴＰ２１２
［文献标识码］ Ａ
永久型井下传感系统是智能完井中用于井下监 测的部分，主要由多种传感器构成，其中多相流流量 测量采用普通传感器；井下温度和压力的测量目前 多采用光纤传感器； 井筒和油藏中流体的粘度、组 分、相对密度的评估采用微电子传感器。
智能完井永久型井下传感系统现状综述
靳海英 （山西机电职业技术学院电子电气工程系， 山西 长治 046011）
［摘 要］ 为了提高采收率，智能完井得到了广泛的应用，其中永久型井下传感系统作为长期用于井下
的监测设备，其可靠性也越来越得到人们的重视。 本文主要介绍了永久型井下传感系统的发展历程及现状，
从电子类传感器到光纤分布式传感器的更替应用情况， 及国内外主要石油公司在石油和天然气的应用方面
商品。 最初的光学传感系统价格昂贵，安装复杂，而