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分布式光纤测温技术在井下安全监测中的应用研究

更新时间：2026-09-04　点击量：10

摘要

油气井、地下储气井、地热井、矿山井下属于典型高温高压高危作业环境，井筒窜漏、气体泄漏、井下自燃火灾是制约井下安全生产的重要风险。井下故障发生早期往往伴随局部温度异常变化，传统电子传感器难以承受井下恶劣工况，常规井下测试只能间断检测，存在监测盲区，无法实现7×24小时连续在线预警。分布式光纤测温（DTS）依托拉曼散射光学传感机理，井下仅布设无源感温光缆，具备本质防爆、耐高压抗腐蚀的特性，可下入井筒获取全深度连续温度剖面。本文阐述井下DTS系统工作原理；分别针对石油油气井、储气井、地热井、矿山井下开展应用场景研究；讨论井下特种光缆选型、井筒下入工艺、报警参数整定、生产平台对接等工程关键技术。工程实践表明，井下分布式光纤测温能够精准捕捉井筒泄漏、窜层、井下高温的温度异常信号，实现井下风险的早期识别，对于提升能源矿山井下本质安全、推进井下数字化运维具有重要工程价值。

**关键词：**分布式光纤测温；DTS；油气井；储气井；地热井；矿山井下；井筒监测；井下温度剖面

1 引言

我国油气资源开发、地下储气库调峰、地热新能源开发、矿产采掘行业规模持续扩大。油气井、储气井井筒处于地下高温高压环境，介质具备易燃易爆、腐蚀性特征；地热井需要监测地下热储层温度变化；矿山井下巷道存在瓦斯积聚、自燃起火风险。各类井下故障的萌芽阶段大多会产生局部温度异常信号。

传统井下监测技术存在明显短板：电子类传感器无法适配井下高温高压、强腐蚀工况，存在防爆安全隐患；点式传感器布点有限，井筒纵深绝大部分井段无法覆盖；起下井下仪器仅可以做周期性短时测试，不能够长期在线监测；井下人工巡检风险大，无法实现全天候不间断风险感知。国内安全生产相关规范不断优化，井下作业运维模式从事故后抢修，转向隐患提前预警，急需可以长期在井下工作的全深度在线监测技术。

分布式光纤测温DTS，井下只有无源光缆，无任何电子器件，本质安全防爆，可以下入井筒实现全井段连续温度采集，近些年来逐步在油气、储气库、地热、矿山井下项目落地。本文围绕DTS系统原理、多井下场景应用、工程实施要点开展分析，为井下光纤监测项目提供技术参考。

2 井下分布式光纤测温系统工作原理

分布式光纤测温基于拉曼散射物理效应。脉冲激光信号输入井下感温光缆，光纤内部产生拉曼散射效应，反斯托克斯光的光强对温度高度敏感。地面DTS解调主机接收返回光信号，对比散射光光强比值解算光缆沿线各个位置温度；依靠光信号往返传播时间换算得到温度异常对应的井筒深度，同时获取温度数值与故障深度位置。

整套系统由地面DTS解调主机、井下特种铠装感温光缆、报警输出单元、通讯模块构成。井下井筒内部只布设光缆，无有源元器件；主机放置于地面机房，完成光信号解调、温度剖面计算、数据存储、报警逻辑判断。系统具备以太网、RS485接口，输出标准协议对接油气田、储气库、地热、矿山现有SCADA监控平台。

系统采用温度阈值、温升速率双重报警机制，设置多级预警告警，精准定位井下异常深度，兼顾缓慢渗漏与突发故障的识别。

3 井下典型应用场景分析

3.1 石油油气井监测

特种铠装光缆随油气井井筒下入，得到完整全井段温度剖面。通过温度剖面变化，识别套管破损、流体窜层、异常出水等故障，为采油工艺调整提供数据依据，提前规避井筒泄漏带来的安全风险。

3.2 地下储气井监测

地下储气库注采作业周期内，井筒温度会伴随充气、采气发生变化。DTS系统持续监测井筒全深度温度，识别井筒密封失效、气体泄漏的温度特征，在泄漏扩大之前发出预警，防范天然气爆炸事故，保障储气库注采全周期安全运行。

3.3 地热开发井监测

地热井井筒全深度温度剖面，能够直观反映地下地热储层分布，评估地热井产能，指导地热开采工艺优化，提升地热新能源资源开发利用水平。

3.4 矿山井下监测

光缆沿矿山巷道、采掘工作面敷设，分布式采集巷道温度，识别局部高温热点，提前预判煤岩自燃、瓦斯起火风险，保护井下作业人员生命安全。

4 工程实施关键技术

4.1 光缆选型与下入工艺

油气井、储气井、地热井井筒必须选用井下专用铠装感温光缆，具备耐高温、耐高压、抗硫化氢腐蚀、抗拉抗压性能；矿山井下巷道选用矿用级铠装护套光缆。新建井筒，光缆跟随完井作业同步下入；存量井筒利用修井作业完成光缆布设。井口位置做好光缆密封、防腐保护，避免井口介质腐蚀、外力损伤光缆。矿山巷道壁挂敷设光缆做好机械防护。

4.2 井下报警参数整定

井下温度会受地质条件、注采生产工艺影响产生正常波动，不能直接套用通用报警阈值。结合项目井下地质情况、介质、生产工况现场整定阈值，启用温度阈值+温升速率双重判据，区分工艺正常波动和真实故障，控制误报警率。

4.3 上位平台对接

DTS主机输出标准通讯协议，接入油气田SCADA、储气库监控平台、地热运维系统、矿山综合监控平台。井下温度剖面曲线、报警深度、告警信息上传中控，实现弹窗告警、历史数据归档，融入现有生产运维体系。

4.4 运维管理

投运后重点保护井口光缆与井下光缆链路，定期校验测温精度，核查报警逻辑；井筒作业施工时做好光缆防护，避免作业过程损坏光缆，保障系统长期可靠运行。

5 技术局限性与优化方向

井下DTS系统存在客观局限：如果井下光缆发生断裂，断点下方井筒失去监测能力，井筒下入、后期作业必须做好光缆防护；系统直接测量光缆外壁温度，井下流体真实温度需要结合地质与井筒工艺模型进一步推演。工程应用中，可搭配压力、流量等其他监测手段，构建井下多参量综合监测体系，进一步提升井下风险识别能力。

6 结论

油气井、储气井、地热井、矿山井下属于高危作业环境，井下隐患隐蔽，一旦发生泄漏、火灾爆炸事故后果严重。传统监测手段难以实现全井筒深度长期不间断在线监测。分布式光纤测温DTS技术，井下无源本质防爆、耐井下高温高压腐蚀，获取完整井下温度剖面，实现井下故障早期预警。在油气开采、地下储气库、地热开发、智慧矿山井下安全智能化升级领域，有着广阔的应用前景。