CN113605881A - 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 - Google Patents
基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113605881A CN113605881A CN202110989796.8A CN202110989796A CN113605881A CN 113605881 A CN113605881 A CN 113605881A CN 202110989796 A CN202110989796 A CN 202110989796A CN 113605881 A CN113605881 A CN 113605881A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- optical fiber
- continuous
- fluid pressure
- optical cable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 83
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 17
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 17
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 5
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000003079 shale oil Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
- E21B47/135—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency using light waves, e.g. infrared or ultraviolet waves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明提出了的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法，包含金属套管，金属套管内安置有管柱，还包括铠装光缆，所述的铠装光缆包括外铠装光缆和内铠装光缆；外铠装光缆固定在金属套管外侧，用于测量每个光栅位置处的地下岩层孔隙中的流体压力；内铠装光缆固定在管柱外侧，用于测量井中每个光栅位置处的井内的流体压力；铠装光缆均包括两条连续光栅光纤，分别为第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤；还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器，复合调制解调仪器分别与两个铠装光缆的第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤相连接。本系统可以实现全井段内外流体压力的实时测量和监测。
Description
技术领域
本发明属于地下或油气井下岩层孔隙流体压力或井筒内流体压力测量技术领域，具体涉及一种基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法。
背景技术
光纤传感系统可以用于地面三分量地震信号和井下压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种地下和井下铠装光缆的布设方法，比如埋放在地表以下的浅沟内、安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。
光纤光栅是一种非常重要的光纤无源器件，它具有径细质轻、电绝缘性好、抗腐蚀和抗电磁干扰性强等优点，易实现分布式监测，适合在复杂恶劣的环境下工作，通过对传感器结构设计和封装工艺选择可实现对压力、温度、流量、加速度等物理量的测量，已广泛地应用于能源化工、航空航天、大型土木工程等领域。对于压力的测量是近十年来光纤光栅传感技术发展的热点之一。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件，它们都具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Bragg光栅(也称为反射或短周期光栅)，二是透射光栅(也称为长周期光栅)。光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅；其中，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅(chirp光栅)。目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
光纤光栅纵向应变压力传感器主要是基于光纤Bragg光栅(FBG)轴向应变特性进行设计的，它们是目前报道最多(最常见的一类光纤光栅压力传感器&根据光纤光栅安装的方式不同可分为三种类型光纤光栅压力传感器：嵌入式、粘贴式和悬空式。
嵌入式光纤光栅压力传感器通常是采用聚合物材料对光纤光栅进行封装。目前报道最多的嵌入式结构，主要是通过选取弹性模量小、热膨胀系数低的聚合物材料，利用罐式或管式外壳将聚合物做成圆柱体结构，同时将光纤光栅横向或纵向嵌入在圆柱体聚合物内。采用嵌入式结构不仅能够大幅度地提高传感器的灵敏度，而且可以降低光纤光栅的损耗，保护传感器以便提高其环境适应能力和寿命。
粘贴式光纤光栅压力传感器是将光纤光栅粘贴在机械装置上，利用机械装置的形变带动光纤光栅沿轴向拉伸，从而引起反射波长漂移。常用的机械装置包括膜片、薄壁圆筒)和等强度梁等。
悬空式光纤光栅压力传感器通过将光纤光栅悬空固定在机械装置上，利用机械装置的形变使光纤光栅在轴向拉伸。相关的机械装置包括膜片、拉杆、波纹管、弹簧管、变边三角形和菱形结构等。
传统的井下压力、温度、噪声和振动信号测量通常使用的是井下测井仪器或井下电子传感器，这些电子传感器都需要耐高温、耐高压、在井下长时间工作，而这些工作环境和条件对常规电子传感器是非常困难的挑战，这些电子传感器还很难布设到套管的外侧，由于一条电缆上能够连接的电子传感器数量有限，也没有办法实现全井段的井下压力、温度、噪声和振动信号的实时测量和监测。目前有在光纤尾端连接一个光栅或光纤压力传感器测量单点或井底的流体压力，同样无法实现全井段的地下或井下流体压力的实时测量和监测。
发明内容
为了进行地下岩层的孔隙内流体压力或井筒内全井段流体压力的实时测量和监测，实现对地下页岩油气资源的储层水力压裂改造效果的综合精准评价、储层内各位置的孔隙流体压力测量、实时测量每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化(产液剖面)或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化(吸水剖面)等，大幅度降低页岩油气资源的勘探开发成本，提高最终采收率，本发明提出了一种基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法，利用在地下钻孔的金属套管外或井筒内的管柱外固定的基于连续光栅光纤的流体压力测量铠装光缆和井口附近的DTS/DPS复合调制解调仪器，实时测量和监测全井段布设的连续光栅光纤上每个光栅位置的流体压力。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，包含金属套管，金属套管内安置有管柱，还包括铠装光缆，所述的铠装光缆包括外铠装光缆和内铠装光缆；
所述的外铠装光缆固定在金属套管外侧，用于测量每个光栅位置处的地下岩层孔隙中的流体压力；
所述的内铠装光缆固定在管柱外侧，用于测量井中每个光栅位置处的井内的流体压力；
所述铠装光缆均包括两条光栅光纤，分别为第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤；
还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器，复合调制解调仪器分别与两个铠装光缆的第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤相连接；
所述的管柱为井下套管内的油管或气管；
所述的第一连续光栅光纤为测量地下流体温度的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的第二连续光栅光纤为测量地下流体压力的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的铠装光缆内至少包含有一根连续不锈钢钢丝；
所述的复合调制解调仪器为DTS/DPS复合调制解调仪器。
铠装光缆中所述的第一连续光栅光纤外面有至少一层连续不锈钢细管对其进行封装，连续不锈钢细管内充填耐高温光纤膏；铠装光缆中所述的第二连续光栅光纤外挤压有一层高强度耐高温复合材料，使其外径达到1毫米到2毫米，第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤内的光栅按照等间距分布，其间距在10米到50米之间。
第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤以及连续不锈钢钢丝并列固定在一起，封装第一连续光栅光纤的连续不锈钢细管和相邻的连续不锈钢钢丝承受铠装光缆在井中的自重和拉伸，和第一连续光栅光纤并排固定在一起的第二连续光栅光纤不承重也不被拉伸。
所述的外铠装光缆用等间距的环形金属卡子固定在金属套管外侧，并用固井水泥将其与金属套管和地下的岩层密封固定在一起；所述的内铠装光缆布设在管柱的外侧，用等间距的环形金属卡子固定。
所述的环形金属卡子安装固定在每根金属套管靴处。
所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统的测量方法，包括以下步骤：
(a)把金属套管和外铠装光缆同步缓慢的下入完钻的井孔里；
(b)在井口把所述的环形金属卡子安装在两根金属套管的连接处，固定并保护外铠装光缆在下套管过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(c)在井口用环形金属卡子把内铠装光缆和管柱固定在一起，保护内铠装光缆在下管柱的过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(d)用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管、外铠装光缆和地层岩石永久性的固定在一起；
(e)在井口处把第一连续光栅光纤连接到复合调制解调仪器的DTS信号输入端，把第二连续光栅光纤连接到复合调制解调仪器的DPS信号输入端；
(f)复合调制解调仪器测量外铠装光缆内的第二连续光栅光纤上的每个光栅所处位置或深度的岩层孔隙内的流体压力，并且用外铠装光缆内的第一连续光栅光纤上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(g)复合调制解调仪器测量内铠装光缆内的第二连续光栅光纤上的每个光栅所处位置或深度的井内的流体压力，并且用内铠装光缆内的第一连续光栅光纤上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(h)利用第一连续光栅光纤和复合调制解调仪器实时监测和测量的全井段的金属套管外侧的地下岩层温度的变化或井筒内流体温度的变化，根据监测和测量到的金属套管内外测量井段内的实测温度数据，利用公式：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对岩层孔隙内流体或井筒内流体压力测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的金属套管外侧测量井段的地下岩层孔隙内流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值；
(i)在油气生产井投产后，利用铠装光缆和与之相连接的复合调制解调仪器，实时连续测量第一连续光栅光纤上每个光栅位置的温度数据，同步实时连续测量第二连续光栅光纤上每个光栅位置的储层孔隙流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化或产液剖面，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化或吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期实时动态监测。
本发明具体的技术效果：
本发明提出了的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法，在井下的金属套管外侧或井内管柱外侧布设基于连续光栅光纤的流体压力测量铠装光缆，铠装光缆固定在金属套管外侧的铠装光缆上的每个光栅分别测量光栅位置处地层孔隙内流体的压力，布设在套管井内管柱外侧或裸眼井内的铠装光缆上的每个光栅分别测量每个光栅位置处的井孔内的流体压力，实现全井段内外流体压力的实时测量和监测。流体压力测量铠装光缆内的第一条连续光栅光纤同步测量全井段的温度变化，并用测量到的井温数据对第二条连续光栅光纤测量的压力数据逐点进行温度漂移的校正。
附图说明
图1是本发明的外铠装光缆在金属套管外侧的布设示意图。
图2是本发明的内铠装光缆在管柱外侧的布设示意图。
图3是本发明铠装光缆的横截面结构示意图。
图4是本发明的光栅光纤结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明的外铠装光缆31在金属套管1外侧的布设示意图如图1所示，图2是本发明的内铠装光缆32在管柱2外侧的布设示意图：
基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，包含金属套管1，金属套管1内安置有管柱2，还包括铠装光缆，所述的铠装光缆包括外铠装光缆31和内铠装光缆32；
所述的外铠装光缆31固定在金属套管1外侧，用于测量每个光栅位置处的地下岩层孔隙中的流体压力；
所述的内铠装光缆32固定在管柱2外侧，用于测量井中每个光栅位置处的井内的流体压力；
所述铠装光缆均包括两条光栅光纤，分别为第一连续光栅光纤4和第二连续光栅光纤5；
还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器6，复合调制解调仪器6分别与两个铠装光缆的第一连续光栅光纤4和第二连续光栅光纤5相连接；
所述的管柱2为套管井内的油管或气管；
所述的第一连续光栅光纤4为测量地下流体温度的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的第二连续光栅光纤5为测量地下流体压力的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的复合调制解调仪器6为DTS/DPS复合调制解调仪器。
如图3和图4所示，所述的铠装光缆内至少有一根连续不锈钢钢丝8；铠装光缆中所述的第一连续光栅光纤4包括内层连续不锈钢细管10，内层连续不锈钢细管10内充填耐高温光纤膏11；铠装光缆中所述的第二连续光栅光纤5外挤压有一层高强度耐高温复合材料9，使其外径达到1毫米到2毫米；第一连续光栅光纤4、第二连续光栅光纤5内的光栅按照等间距分布，其间距在10米到50米之间。
第一连续光栅光纤和第二连续光栅光纤以及连续不锈钢钢丝并列固定在一起，连续不锈钢钢丝8保护铠装光缆，当数千米长的铠装光缆布放到井下时，铠装光缆自身的重力会造成铠装光缆的拉伸，从而导致的光栅光纤中散射光光谱的漂移。为了消除铠装光缆的拉伸对测量的压力数据的影响，封装第一连续光栅光纤4的连续不锈钢细管10和相邻的连续不锈钢钢丝8承受铠装光缆在井中的自重和拉伸，和第一连续光栅光纤4并排固定在一起的第二连续光栅光纤5不承重也不被拉伸。
所述的外铠装光缆31用等间距的环形金属卡子7固定在金属套管1外侧，并用固井水泥将其与金属套管1和地下的岩层密封固定在一起；所述的内铠装光缆32布设在管柱2的外侧，用等间距的环形金属卡子7固定。
所述的环形金属卡子7安装固定在每根金属套管1靴处。
所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统的测量方法，包括以下步骤：
(a)把金属套管1和外铠装光缆31同步缓慢的下入完钻的井孔里；
(b)在井口把所述的环形金属卡子7安装在两根金属套管1的连接处，固定并保护外铠装光缆31在下套管过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(c)在井口用环形金属卡子7把内铠装光缆32和管柱2固定在一起，保护流体内铠装光缆32在下管柱2的过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(d)用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管1外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管1、外铠装光缆31和地层岩石永久性的固定在一起；
(e)在井口处把第一连续光栅光纤4连接到复合调制解调仪器6的DTS信号输入端，把第二连续光栅光纤5连接到复合调制解调仪器6的DPS信号输入端；
(f)复合调制解调仪器6测量外铠装光缆31内的第二连续光栅光纤5上的每个光栅所处位置或深度的岩层孔隙内的流体压力，并且用外铠装光缆31内的第一连续光栅光纤4上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(g)复合调制解调仪器6测量内铠装光缆32内的第二连续光栅光纤5上的每个光栅所处位置或深度的井内的流体压力，并且用内铠装光缆32内的第一连续光栅光纤4上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(h)利用第一连续光栅光纤4和复合调制解调仪器6实时监测和测量的全井段的金属套管1外侧的地下岩层温度的变化或井筒内流体温度的变化，根据监测和测量到的金属套管1内外测量井段内的实测温度数据，利用公式：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对岩层孔隙内流体或井筒内流体压力测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的金属套管1外侧测量井段的地下岩层孔隙内流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值；
(i)在油气生产井投产后，利用铠装光缆和与之相连接的复合调制解调仪器6，实时连续测量第一连续光栅光纤4上每个光栅位置的温度数据，同步实时连续测量第二连续光栅光纤5上每个光栅位置的储层孔隙流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化或产液剖面，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化或吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期实时动态监测。
Claims (5)
1.基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，其特征在于，包含金属套管(1)，金属套管(1)内安置有管柱(2)，还包括铠装光缆，所述的铠装光缆包括外铠装光缆(31)和内铠装光缆(32)；
所述的外铠装光缆(31)固定在金属套管(1)外侧，用于测量每个光栅位置处的地下岩层孔隙中的流体压力；
所述的内铠装光缆(32)固定在管柱(2)外侧，用于测量井中每个光栅位置处的井内的流体压力；
所述铠装光缆均包括两条连续光栅光纤，分别为第一光栅光纤(4)和第二光栅光纤(5)；
还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器(6)，复合调制解调仪器(6)分别与两条铠装光缆的第一连续光栅光纤(4)和第二连续光栅光纤(5)相连接；
所述的管柱(2)为井下套管内的油管或气管；
所述的第一光栅光纤(4)为测量地下流体温度的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的第二光栅光纤(5)为测量地下流体压力的耐高温高灵敏度抗氢损的连续光栅光纤；
所述的复合调制解调仪器(6)为DTS/DPS复合调制解调仪器。
2.根据权利要求1所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，其特征在于，所述的铠装光缆内至少包含有一根连续不锈钢钢丝(8)；
所述的第一连续光栅光纤(4)外面有至少一层连续不锈钢细管(10)对其进行封装，连续不锈钢细管(10)内充填耐高温光纤膏(11)；所述的第二连续光栅光纤(5)外挤压有一层高强度耐高温复合材料(9)，使其外径达到1毫米到2毫米，第一连续光栅光纤(4)、第二连续光栅光纤(5)内的光栅按照等间距分布，其间距在10米到50米之间。
3.根据权利要求1所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，其特征在于，所述的外铠装光缆(31)用等间距的环形金属卡子(7)固定在金属套管(1)外侧，并用固井水泥将其与金属套管(1)和地下的岩层密封固定在一起；所述的内铠装光缆(32)布设在管柱(2)的外侧，用等间距的环形金属卡子(7)固定。
4.根据权利要求1所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统，其特征在于，所述的环形金属卡子(7)安装固定在每根金属套管(1)靴处。
5.根据权利要求1到4任一项所述的基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)把金属套管(1)和外铠装光缆(31)同步缓慢的下入完钻的井孔里；
(b)在井口把所述的环形金属卡子(7)安装在两根金属套管(1)的连接处，固定并保护外铠装光缆(31)在下套管过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(c)在井口用环形金属卡子(7)把内铠装光缆(32)和管柱(2)固定在一起，保护内铠装光缆(32)在下管柱(2)的过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(d)用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(1)外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(1)、外铠装光缆(31)和地层岩石永久性的固定在一起；
(e)在井口处把第一连续光栅光纤(4)连接到复合调制解调仪器(6)的DTS信号输入端，把第二连续光栅光纤(5)连接到复合调制解调仪器(6)的DPS信号输入端；
(f)复合调制解调仪器(6)测量外铠装光缆(31)内的第二连续光栅光纤(5)上的每个光栅所处位置或深度的岩层孔隙内的流体压力，并且用外铠装光缆(31)内的第一连续光栅光纤(4)上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(g)复合调制解调仪器(6)测量内铠装光缆(32)内的第二连续光栅光纤(5)上的每个光栅所处位置或深度的井内的流体压力，并且用内铠装光缆(32)内的第一连续光栅光纤(4)上的每个光栅同步测量其所处位置或深度的温度；
(h)利用第一连续光栅光纤(4)和复合调制解调仪器(6)实时监测和测量的全井段的金属套管(1)外侧的地下岩层温度的变化或井筒内流体温度的变化，根据监测和测量到的金属套管(1)内外测量井段内的实测温度数据，利用公式：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对岩层孔隙内流体或井筒内流体压力测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的金属套管(1)外侧测量井段的地下岩层孔隙内流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值；
(i)在油气生产井投产后，利用铠装光缆和与之相连接的复合调制解调仪器(6)，实时连续测量第一连续光栅光纤(4)上每个光栅位置的温度数据，同步实时连续测量第二连续光栅光纤(5)上每个光栅位置的储层孔隙流体压力值或井筒内测量井段的流体压力值，利用多参数综合反演方法计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化或产液剖面，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化或吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期实时动态监测。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110989796.8A CN113605881A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
| PCT/CN2021/140944 WO2023024364A1 (zh) | 2021-08-26 | 2021-12-23 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110989796.8A CN113605881A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113605881A true CN113605881A (zh) | 2021-11-05 |
Family
ID=78309405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110989796.8A Pending CN113605881A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113605881A (zh) |
| WO (1) | WO2023024364A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114562254A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-31 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法 |
| WO2023024364A1 (zh) * | 2021-08-26 | 2023-03-02 | 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119308663A (zh) * | 2024-12-19 | 2025-01-14 | 青岛汇安谷科技发展有限公司 | 一种井下光纤压力监测装置 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070272406A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Baker Hughes Incorporated | System, method, and apparatus for downhole submersible pump having fiber optic communications |
| US20180202281A1 (en) * | 2015-08-12 | 2018-07-19 | Halliburton Energy Services Inc. | Locating wellbore flow paths behind drill pipe |
| CN109209349A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-15 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气压裂水平井多点监测系统 |
| CN110541702A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-06 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的井下流体分布监测系统及监测方法 |
| CN111456716A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-07-28 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法 |
| CN111648762A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法 |
| CN112031743A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-04 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感技术的井下流体识别装置及测量方法 |
| CN112268642A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-01-26 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的地下应力测量装置及测量方法 |
| CN112593924A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-02 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 地下储气库安全运行监测系统及监测方法 |
| CN112780257A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-05-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感钻井液漏失监测系统及监测方法 |
| CN112780255A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-05-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统及测量方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100997157B1 (ko) * | 2010-06-17 | 2010-11-30 | 한국지질자원연구원 | 유효지중열전도도 측정 방법 |
| CA3014881C (en) * | 2016-06-10 | 2022-05-10 | Halliburton Energy Services, Inc. | Restimulation process using coiled tubing and fiber optics |
| CN112240195B (zh) * | 2019-07-16 | 2024-01-30 | 中国石油大学(华东) | 基于分布式光纤声音监测的油气井出砂监测模拟实验装置及工作方法 |
| CN112240196B (zh) * | 2019-07-16 | 2023-08-18 | 中国石油大学(华东) | 一种基于分布式光纤声音、温度监测的井筒生产剖面监测模拟实验装置及方法 |
| CN113605881A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-05 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
-
2021
- 2021-08-26 CN CN202110989796.8A patent/CN113605881A/zh active Pending
- 2021-12-23 WO PCT/CN2021/140944 patent/WO2023024364A1/zh active Application Filing
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070272406A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Baker Hughes Incorporated | System, method, and apparatus for downhole submersible pump having fiber optic communications |
| US20180202281A1 (en) * | 2015-08-12 | 2018-07-19 | Halliburton Energy Services Inc. | Locating wellbore flow paths behind drill pipe |
| CN109209349A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-15 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气压裂水平井多点监测系统 |
| CN110541702A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-06 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的井下流体分布监测系统及监测方法 |
| CN111456716A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-07-28 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法 |
| CN111648762A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法 |
| CN112031743A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-04 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感技术的井下流体识别装置及测量方法 |
| CN112268642A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-01-26 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的地下应力测量装置及测量方法 |
| CN112593924A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-02 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 地下储气库安全运行监测系统及监测方法 |
| CN112780255A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-05-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统及测量方法 |
| CN112780257A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-05-11 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于分布式光纤传感钻井液漏失监测系统及监测方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023024364A1 (zh) * | 2021-08-26 | 2023-03-02 | 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 |
| CN114562254A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-31 | 中油奥博(成都)科技有限公司 | 基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023024364A1 (zh) | 2023-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110541702B (zh) | 基于分布式光纤传感的井下流体分布监测系统及监测方法 | |
| WO2023024364A1 (zh) | 基于连续光栅光纤的地下流体压力测量系统及测量方法 | |
| RU2169838C2 (ru) | Система контроля буровой скважины | |
| US9074462B2 (en) | Integrated fiber optic monitoring system for a wellsite and method of using same | |
| US8937280B2 (en) | System and method for wellbore monitoring | |
| CN111456716B (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法 | |
| CN111648762B (zh) | 井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法 | |
| CN210598961U (zh) | 基于分布式光纤传感的井下流体分布监测系统 | |
| Baldwin | Fiber optic sensors in the oil and gas industry: Current and future applications | |
| GB2614196A (en) | Optical-fiber intelligent geophysical data acquisition system for shale oil and gas, and acquisition method | |
| CN113513302B (zh) | 基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法 | |
| CN112268642A (zh) | 基于分布式光纤传感的地下应力测量装置及测量方法 | |
| CN212454396U (zh) | 基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统 | |
| CN114152371A (zh) | 基于分布式螺旋状铠装光缆的地下应力场测量装置及方法 | |
| CA2770297A1 (en) | Systems and methods for monitoring corrosion in a well | |
| Edouard et al. | Application of fiber optics in oil and gas field development—a review | |
| CN213543861U (zh) | 基于分布式光纤传感的地下应力测量装置 | |
| Pearce et al. | Applications and deployments of the real-time compaction monitoring system | |
| Skinner et al. | Fiber optic sensing in the oil and gas industry | |
| CN212454394U (zh) | 井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统 | |
| CN114562254A (zh) | 基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法 | |
| Childers et al. | Downhole fiber optic real-time casing monitor | |
| Dria | E&P Applications of Fiber-Optic Technologies | |
| Reinsch | Structural integrity monitoring in a hot geothermal well using fibre optic distributed temperature sensing | |
| CN116398120A (zh) | 基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20211122 Address after: No. 189, Fanyang West Road, Zhuozhou City, Baoding City, Hebei Province 072750 Applicant after: BGP INC., CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Applicant after: ZHONGYOU AOBO (CHENGDU) TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 610000 No. 704, 7th floor, No. 200 Tianquan Road, Chengdu High-tech Zone, Sichuan Province Applicant before: ZHONGYOU AOBO (CHENGDU) TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211105 |