一、市場

在市場分析方面，石油和天然氣行業(yè)正在引領(lǐng)分布式光纖傳感市場（圖1）。DTS和DAS系統(tǒng)是石油和天然氣垂直領(lǐng)域使用最廣泛的傳感器，得益于其各種新興應(yīng)用，DAS具有顯著的市場滲透。

石油和天然氣垂直領(lǐng)域的分布式光纖傳感市場在2020年的價值為5.179億美元，預(yù)計到2026年將達(dá)到7.689億美元，2021年至2026年的復(fù)合年增長率（CAGR）為6.7%。對生產(chǎn)力、效率和操作安全性需求的不斷增長推動了石油和天然氣行業(yè)中分布式光纖傳感市場的增長，這些需求可以通過使用分布式光纖傳感來滿足。表1總結(jié)了為石油和天然氣行業(yè)以及其他相關(guān)應(yīng)用提供分布式光纖傳感器和光纖光纜服務(wù)（或銷售）的各種公司。

圖1?不同行業(yè)的分布式光纖傳感市場

二、挑戰(zhàn)

有一些主要障礙阻礙了分布式光纖傳感器的部署增長。光纖傳感器的高成本對該市場的發(fā)展構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。根據(jù)應(yīng)用、操作條件和所用光纖光纜的類型，分布式光纖傳感系統(tǒng)的成本可能非常高，且仍不是每家需要實時監(jiān)控和傳感的公司都能負(fù)擔(dān)得起的。此外，這些系統(tǒng)的安裝和維護(hù)成本也很高，這使它們的實施變得困難。然而，隨著分布式光纖傳感的采用變得更加快速，制造和批量定價的改進(jìn)將使成本降低。此外，使用光纖傳感器進(jìn)行終身連續(xù)監(jiān)測也可以抵消高昂的初始成本。

其他技術(shù)挑戰(zhàn)包括井下光纖變暗，其中氫氣穿透光纖和光纖護(hù)套周圍的金屬管進(jìn)入光纖材料，會導(dǎo)致顯著的光學(xué)衰減。然而，據(jù)報道，可以通過使用密封涂層、定制特性玻璃和選擇合適的工作波長等許多努力來解決氫變暗問題。這種具有特殊涂層和特性的光纜現(xiàn)在很容易用于長期井下監(jiān)測。

另一個障礙與數(shù)據(jù)大小有關(guān)，因為分布式光纖傳感器可以為井下環(huán)境和管道提供連續(xù)監(jiān)測，從而產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。盡管持續(xù)監(jiān)控具有許多優(yōu)勢，但它在數(shù)據(jù)管理、存儲、可視化和安全性方面也存在一系列挑戰(zhàn)?；谠频臄?shù)據(jù)管理最近被引入石油和天然氣行業(yè)，可作為存儲、傳輸和可視化分布式光纖傳感器所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的有效手段。

三、未來方向

分布式光纖傳感研究團(tuán)體不斷開發(fā)該領(lǐng)域的新技術(shù)，這將為石油和天然氣行業(yè)提供進(jìn)一步的應(yīng)用機(jī)會。當(dāng)前研究工作的主要目標(biāo)之一是提高分布式光纖傳感的整體性能。例如，引入新的調(diào)制方案、新的編碼格式和先進(jìn)的信號處理方法，可能有助于減少分布式光纖傳感器的空間分辨率、傳感范圍和測量精度限制。另一個研究方向是探索光纖傳感器（包括分布式傳感器）在石油和天然氣工業(yè)的惡劣環(huán)境中以高可靠性測量更多參數(shù)的能力。在實驗室環(huán)境中，光纖傳感器已經(jīng)證明能夠測量各種物理和化學(xué)參數(shù)，例如溫度、應(yīng)變、振動、壓力、曲率、旋轉(zhuǎn)、電場/磁場、流量、液位和液體濃度。然而，這些技術(shù)很少被可靠地應(yīng)用于石油和天然氣市場。因此，向石油和天然氣行業(yè)銷售更多的光纖傳感器尤其是化學(xué)傳感器是非常可取的。

此外，對于工業(yè)應(yīng)用，穩(wěn)定性和耐用性與傳感器的靈敏度同樣重要。通常光纖的安裝方案直接影響傳感系統(tǒng)的性能和堅固性。因此應(yīng)在各種應(yīng)用場景中繼續(xù)研究和改進(jìn)安裝方案。此外，還應(yīng)研究該系統(tǒng)在石油和天然氣行業(yè)不同環(huán)境下的可靠性，特別是在高溫高壓的惡劣環(huán)境中。應(yīng)該注意的是，傳感系統(tǒng)中采用的特種光纖的新穎設(shè)計和/或摻雜方法可能有助于減少傳輸損耗和增加散射光，還可以提高系統(tǒng)對惡劣環(huán)境的耐受性。這將使石油和天然氣行業(yè)的各個領(lǐng)域出現(xiàn)分布式光纖傳感器的新應(yīng)用。

分布式光纖傳感器在石油和天然氣行業(yè)中的另一個發(fā)展趨勢是集成不同的傳感技術(shù)，包括DAS，DTS和DSS，以提供分布式多路復(fù)用傳感（DXS）系統(tǒng)。由于目前的分布式光纖傳感器共享一些相同的光電組件，并且可以通過一根光纖或單個管內(nèi)的幾根光纖來使用，因此根據(jù)需要將這些不同的技術(shù)集成到DXS系統(tǒng)中應(yīng)該是可行的，該系統(tǒng)提供多參數(shù)測量。集成DXS系統(tǒng)的一個優(yōu)點是其成本低于單個傳感系統(tǒng)的總和，同時它可以提供更多有用的信息，而不是簡單地將幾個系統(tǒng)的結(jié)果相加。這是因為對同一位置的多維數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析將提供關(guān)于熱點的更深入的信息。

另一方面，石油和天然氣行業(yè)的現(xiàn)有挑戰(zhàn)將使數(shù)據(jù)驅(qū)動的分析變得更加重要。例如，石油采收難度的增加以及公眾對自然環(huán)境和資源的關(guān)注將要求更有效的石油回收過程和更少的管道泄漏事件，其中需要相應(yīng)傳感系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。集成傳感系統(tǒng)的趨勢和數(shù)據(jù)驅(qū)動分析的趨勢將在石油和天然氣行業(yè)中相輔相成。隨著獲得和所需的數(shù)據(jù)量變得非常龐大，僅依靠該領(lǐng)域的專家提供完整和詳細(xì)的分析并在整個過程中做出決策是不現(xiàn)實的。因此，先進(jìn)的人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)該是有益的。它們可以幫助減少數(shù)據(jù)大小并提取事件的有用數(shù)據(jù)，甚至可以代表專家做出決定。此外，考慮到石油和天然氣行業(yè)中許多不同的傳感和測量系統(tǒng)當(dāng)前和未來的應(yīng)用，采用基于云的平臺將是一個有前途的解決方案，可以解決安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸、管理、存儲、分析、可視化和下載問題。

應(yīng)該注意的是，有一類特殊的分布式干涉儀傳感器，它不同于前面討論的經(jīng)典背向散射分布式光纖傳感器。分布式干涉儀傳感器包括 Michelson干涉儀、Mach-Zehnder干涉儀、Sagnac干涉儀和混合干涉儀。這些干涉儀傳感器通常用作分布式振動傳感器(DVS)，需要雙干涉儀結(jié)構(gòu)來定位擾動位置。與經(jīng)典的背向散射分布式傳感器相比，分布式干涉儀傳感器具有同時發(fā)現(xiàn)多個入侵點的復(fù)雜性，定位精度低得多，但可以監(jiān)測到更高頻率的振動。盡管分布式干涉儀傳感器可以在管道監(jiān)測中找到應(yīng)用，以監(jiān)測快速動態(tài)入侵，但經(jīng)典的背向散射分布式傳感器在石油和天然氣行業(yè)的應(yīng)用更為廣泛。

編輯：黃飛

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