專利名稱：采用纖維光學(xué)導(dǎo)線和傳感器的測(cè)井方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及地下油井的測(cè)井。更為具體地，本發(fā)明涉及采用纖維光學(xué)導(dǎo)線和各纖維光學(xué)傳感器對(duì)這種油井進(jìn)行測(cè)井。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的各種測(cè)井系統(tǒng)是經(jīng)由電氣導(dǎo)線和經(jīng)由平滑線路(slickline)予以配置的。導(dǎo)線配置式測(cè)井系統(tǒng)能夠通過(guò)電氣導(dǎo)線實(shí)時(shí)傳送由測(cè)井設(shè)備收集的數(shù)據(jù)。雖然導(dǎo)線配置式測(cè)井系統(tǒng)能夠經(jīng)由電線實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，但這種系統(tǒng)需要油脂注射器以確保來(lái)自井孔的壓力在導(dǎo)線配置和使用期間被插入加壓油井時(shí)不致在導(dǎo)線周圍泄出。但是，油脂注射器是使用時(shí)有問(wèn)題的器具，由于在維護(hù)和操作期間需要極大的小心，油脂注射器在壓力和持續(xù)磨損下具有泄漏的趨勢(shì)，以及在這種泄漏發(fā)生時(shí)形成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。此外，導(dǎo)線配置式測(cè)井系統(tǒng)配置起來(lái)成本高。
另一方面，當(dāng)前的平滑線路配置式導(dǎo)線是由實(shí)心鋼絲制成的并且不能實(shí)時(shí)傳送測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)到地面。相反，平滑線路配置式測(cè)井系統(tǒng)利用連接于導(dǎo)線下端的各存儲(chǔ)器具。在平滑線路存儲(chǔ)測(cè)井中，平滑線路和電池供電的各存儲(chǔ)器具在平滑線路端部上被下放至井下，而存儲(chǔ)器具用于記錄井下測(cè)井設(shè)備數(shù)據(jù)，從而在當(dāng)器具從油井收回時(shí)在地面處進(jìn)行后續(xù)的下載和收集。平滑線路配置式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，其比導(dǎo)線配置式系統(tǒng)便宜得多以及更易于配置，其可比編織電線更快地在井孔中進(jìn)出，以及比較容易在井口處封堵井壓。
大多數(shù)配置在導(dǎo)線或平滑線路上的測(cè)井設(shè)備是電動(dòng)裝置。電路裝置包含電子設(shè)備，后者非常靈敏并且經(jīng)常在地下井孔的嚴(yán)酷環(huán)境中受損。此外，某些測(cè)井設(shè)備是存儲(chǔ)器具和/或包括一些井下電池。通常難以遮蔽或防護(hù)這些電氣部件抵擋通常出現(xiàn)在井孔之中的高溫和高壓，這些高溫和高壓一般會(huì)使這些設(shè)備的電氣部件退化和受損。
因而，存在著對(duì)處理上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題的一種裝置和/或技術(shù)的持續(xù)需求。具體地說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)會(huì)得益于一種測(cè)井系統(tǒng)，該測(cè)井系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)傳送測(cè)井設(shè)備數(shù)據(jù)到地面的能力，其與平滑線路配置式系統(tǒng)同樣經(jīng)濟(jì)和同樣易于配置，以及不含有電動(dòng)或電池供電裝置的那些不利之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例包含一種測(cè)井系統(tǒng)和方法，包括一適于配置在井孔環(huán)境之中的測(cè)井設(shè)備，此測(cè)井設(shè)備包含至少一個(gè)傳感器，該傳感器用于對(duì)井孔環(huán)境進(jìn)行測(cè)量。傳感器是一纖維光學(xué)傳感器而所述系統(tǒng)包含一纖維光學(xué)導(dǎo)線，該導(dǎo)線與傳感器光學(xué)連通。由傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線被傳送到地面，在此數(shù)據(jù)可以被處理成為實(shí)時(shí)顯示。纖維光學(xué)傳感器可以是一種無(wú)源傳感器，其不需要電力或電池電能。在一個(gè)實(shí)施例中，一連續(xù)的管筒裝接于測(cè)井設(shè)備并包含設(shè)置在其中的纖維光學(xué)導(dǎo)線，管筒的一端處在地面而另一端在井孔中。在其它各實(shí)施例中，纖維光學(xué)導(dǎo)線嵌置在平滑線路，編織光纜，或者電光纜之中。


圖1是本發(fā)明的測(cè)井系統(tǒng)的一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明的測(cè)井系統(tǒng)的另一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖；圖3是包含旋轉(zhuǎn)器的纖維光學(xué)流動(dòng)傳感器的一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖；圖4是未起動(dòng)時(shí)纖維光學(xué)套管接箍定位器的示意圖；圖5是已起動(dòng)時(shí)纖維光學(xué)套管接箍定位器的示意圖；圖6是包含光學(xué)纖維的平滑線路的橫截面示意圖；圖7是編織光纜的橫截面示意圖；
圖8是電光纜的橫截面示意圖；圖9是纖維光學(xué)流動(dòng)傳感器的另一實(shí)施例的示意圖；圖10是纖維光學(xué)流動(dòng)傳感器的另一實(shí)施例的示意圖；圖11是結(jié)合圖10流動(dòng)傳感器一起使用的光學(xué)纖維的示意圖；圖12是纖維光學(xué)套管接箍定位器的另一實(shí)施例的示意圖；圖13是纖維光學(xué)套管接箍定位器的另一實(shí)施例的示意圖；圖14是旋轉(zhuǎn)器的另一實(shí)施例的示意圖；圖15是纖維光學(xué)套管接箍定位器的另一實(shí)施例的示意圖；圖16是纖維光學(xué)示蹤劑注入器具的一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖；圖17-18是纖維光學(xué)光譜裝置各實(shí)施例的示意圖；圖19-20是纖維光學(xué)傾角儀的各個(gè)示意圖；圖21是纖維光學(xué)伽馬射線儀的示意圖；圖22是纖維光學(xué)阻抗測(cè)定儀的示意圖；圖23是纖維光學(xué)電感儀的示意圖；圖24是纖維光學(xué)系統(tǒng)的波長(zhǎng)分割倍增(WDM)裝置的示意圖；圖25-26是各纖維光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)間分割倍增(TDM)裝置的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一示范實(shí)施例設(shè)置在井孔5中的測(cè)井系統(tǒng)10。井孔5可以加上套管。測(cè)井系統(tǒng)10包括至少一部測(cè)井設(shè)備12、至少一條纖維光學(xué)導(dǎo)線14，以及至少一個(gè)纖維光學(xué)傳感器17。由傳感器17收集的數(shù)據(jù)經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14被實(shí)時(shí)傳送到地面。其它數(shù)據(jù)，諸如設(shè)備狀況報(bào)告(亦即，激活/非激活、故障、狀況)，也可以在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14從測(cè)井設(shè)備12被發(fā)送至地面。
傳感器17可以包含但不必限于壓力傳感器22，流動(dòng)傳感器，諸如旋轉(zhuǎn)器26、化學(xué)性質(zhì)傳感器28，或者套管接箍定位器30。每一傳感器17收集其數(shù)據(jù)，而代表數(shù)據(jù)的信號(hào)經(jīng)由光學(xué)纖維14予以傳送。各傳感器17也可以包含其它各種纖維光學(xué)數(shù)據(jù)采集器或傳感器，即包含以下列出的一些光學(xué)流體分析器、伽馬射線儀、溫度傳感器、化學(xué)性質(zhì)傳感器、陀螺儀、水檢測(cè)傳感器、氣體檢測(cè)傳感器、石油檢測(cè)傳感器、聲學(xué)傳感器、壓差傳感器、光譜儀、傾角儀、相對(duì)方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應(yīng)變傳感器、分布式壓力傳感器、水聲儀、加速計(jì)、聲速儀、阻抗傳感器，或者電感傳感器。
在此申請(qǐng)中，“測(cè)井設(shè)備”一詞指的是一種可測(cè)定井孔、井孔環(huán)境、井孔流體，或地層(總稱作“井孔環(huán)境”)的至少一項(xiàng)參數(shù)的設(shè)備。同樣，“測(cè)井”一詞指的是從事測(cè)定井孔環(huán)境的至少一項(xiàng)參數(shù)。測(cè)井可以在以下情況下進(jìn)行設(shè)備在給定深度處保持靜止不動(dòng)或設(shè)備在井孔中被移上移下又同時(shí)采集數(shù)據(jù)并經(jīng)由至少一條光學(xué)纖維將數(shù)據(jù)傳送到地面?？梢岳斫?，“測(cè)井設(shè)備”可以包含許多傳感器，每一個(gè)可以測(cè)定一不同的參數(shù)。此外，帶有至少一個(gè)或多個(gè)傳感器17的多個(gè)測(cè)井設(shè)備12，也可以與本發(fā)明的某些實(shí)施例一起使用。
在“實(shí)時(shí)基礎(chǔ)”上或“實(shí)時(shí)”發(fā)送信息指的是當(dāng)各種測(cè)量或其它各種事件正在進(jìn)行時(shí)發(fā)送信息。不過(guò)，“實(shí)時(shí)”不要求信息在收集之后立即被發(fā)送-某種延擱(由于處理、儲(chǔ)存或其它各項(xiàng)任務(wù)所致)可以出現(xiàn)在收集與傳送之間。實(shí)時(shí)發(fā)送信息截然不同于在井中以井下設(shè)備收集信息，在井下設(shè)備中儲(chǔ)存信息，將井下設(shè)備收回到油井地面，以及從設(shè)備中將儲(chǔ)存的信息卸載到地面設(shè)備。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，纖維光學(xué)導(dǎo)線14設(shè)置在導(dǎo)管32之內(nèi)，后者可以保護(hù)纖維光學(xué)導(dǎo)線14不受嚴(yán)苛的井孔流體和環(huán)境的作用。導(dǎo)管32還可保護(hù)纖維光學(xué)導(dǎo)線14不受應(yīng)變作用，不然這種應(yīng)變可產(chǎn)生在設(shè)備和光纖管筒的配置、測(cè)井和回收作業(yè)中。測(cè)井設(shè)備12，以及各傳感器17，可以裝接于導(dǎo)管32；因此，位于導(dǎo)管32之內(nèi)的纖維光學(xué)導(dǎo)線14不會(huì)承受測(cè)井設(shè)備12的全部重量。在一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管32是小直徑管筒，諸如3/16英寸，具有壁厚大得足以支承測(cè)井設(shè)備12加上管筒和設(shè)置在其中的光纖的重量。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)管32是螺旋管柱37(如圖2所示)，(各)纖維光學(xué)導(dǎo)線14設(shè)置于其中。在另一實(shí)施例(未畫出)中，小直徑導(dǎo)管32可以配置在螺旋管柱之中。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管32可以配置在一卷軸上以致管筒，各光學(xué)纖維和設(shè)備可以從井中回收多次。設(shè)備隨后可以在地面處脫接，而卷軸連同管筒和各光學(xué)纖維因而可以運(yùn)向其他一些油井，在那里設(shè)備可以重新連接于管筒，而后重新配置在一不同的井中。在一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管32是一連續(xù)的管筒，從地面伸向并下測(cè)井設(shè)備12。
井口裝置34位于井孔5的頂部處。導(dǎo)管32連同其中的纖維光學(xué)導(dǎo)線14穿過(guò)位于井口裝置34上的填料盒36或盤根組件以及潤(rùn)滑器70。填料盒36形成對(duì)導(dǎo)管32的密封以便即使井孔5是加壓的也允許安全地配置測(cè)井系統(tǒng)12。
導(dǎo)管32可以從位于車輛40上的卷軸38處展開(kāi)。若干滑輪42可用于導(dǎo)引來(lái)自卷軸38的導(dǎo)管32經(jīng)由填料盒36、潤(rùn)滑器70和井口裝置34而進(jìn)入井孔5。根據(jù)導(dǎo)管32的尺寸，配置作業(yè)不需要盤卷油管裝置(如果導(dǎo)管32不是盤卷油管或不是配置在盤卷油管之內(nèi))，也不需要大型卷?yè)P(yáng)卡車。卷軸38，在一項(xiàng)示范執(zhí)行中，具有大致上22英寸的直徑。能夠連同電纜和編織電纜配置式測(cè)井系統(tǒng)一起采用比通常各種盤卷油管卷軸和車輛較小的卷軸和車輛可大大地降低作業(yè)的成本。在使用盤卷油管柱的實(shí)施例中，卷軸38具有適當(dāng)?shù)闹睆揭赃m應(yīng)這種盤卷油管以及所述配置和回收設(shè)備與用于盤卷油管的配置和回收一樣。
纖維光學(xué)導(dǎo)線14連接于探測(cè)裝置44，后者通常位于地面處并可以位于車輛40上。探測(cè)裝置44接收經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14來(lái)自于測(cè)井設(shè)備12的光學(xué)信號(hào)。探測(cè)裝置44，一般會(huì)包含一微處理器和一光電裝置，光電裝置發(fā)送數(shù)據(jù)(光信號(hào))到一處理器，后者處理數(shù)據(jù)并能將數(shù)據(jù)提供給地面處的用戶。對(duì)供給用戶的發(fā)送可以是具有計(jì)算機(jī)屏幕上的或打印出件的圖形顯示形式，或者從測(cè)井設(shè)備12傳送的原始數(shù)據(jù)形式。在另一實(shí)施例中，探測(cè)裝置44是一接通纖維光學(xué)導(dǎo)線14的計(jì)算裝置，諸如一筆記本電腦。在另一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)在地面處被傳送給一網(wǎng)絡(luò)，諸如因特網(wǎng)，并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)上的一部分提供給各用戶。地面探測(cè)裝置44處理來(lái)自井下測(cè)井設(shè)備和光學(xué)纖維的光信號(hào)或數(shù)據(jù)以向操作人員提供所選擇的數(shù)據(jù)輸出。處理可包含數(shù)據(jù)過(guò)濾和分析以便于觀察數(shù)據(jù)。
光學(xué)滑環(huán)(轉(zhuǎn)動(dòng)連接裝置)39在功能上裝接于卷軸38并且在當(dāng)卷軸正在轉(zhuǎn)動(dòng)和正在將管筒下入油井或?qū)⒐芡蔡岢鲇途畷r(shí)使得在纖維光學(xué)導(dǎo)線14與探測(cè)裝置44之間的連接和動(dòng)態(tài)光學(xué)連通成為可能。光學(xué)滑環(huán)39形成了正在隨卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)的纖維光學(xué)導(dǎo)線14與地面處?kù)o止不動(dòng)的光學(xué)纖維之間的接口。滑環(huán)39因而有利于運(yùn)動(dòng)著的卷軸38中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)著的光纖與地面處?kù)o止不動(dòng)的探測(cè)裝置44之間實(shí)時(shí)光學(xué)數(shù)據(jù)的傳送。簡(jiǎn)言之，滑環(huán)39保證了靜止不動(dòng)的光纖與轉(zhuǎn)動(dòng)著的光纖之間光學(xué)數(shù)據(jù)的傳送。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)線14設(shè)置在導(dǎo)管32之中。采用一條以上的纖維光學(xué)導(dǎo)線14提供了從測(cè)井設(shè)備12向地面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的冗余功能，采用多部測(cè)井設(shè)備的能力，也增大了向井下設(shè)備和其他諸如電源這樣的裝置的光能傳送。采用一條以上的纖維光學(xué)導(dǎo)線14還保證了單一和多種模態(tài)光纖的運(yùn)用。
在如圖6所示的另一實(shí)施例中，代替配置在導(dǎo)管32之內(nèi)，光纖14嵌置在平滑線路100之內(nèi)。平滑線路100可保護(hù)光纖14不受嚴(yán)苛的井孔流體和環(huán)境的作用。測(cè)井設(shè)備12以及各傳感器17裝接于平滑線路100；因此，光纖14不承受測(cè)井設(shè)備12的全部重置。包括與平滑線路100一起使用所需的井口裝置在內(nèi)的配置設(shè)備與用于現(xiàn)有技術(shù)中平滑線路各項(xiàng)作業(yè)中的是一樣的，包括卷軸、潤(rùn)滑器等等。
在如圖7中所示的另一實(shí)施例中，光纖14嵌置在一般由諸如鋼編織物的至少一層(一般多于一層)編織物102和編織物層102內(nèi)的填充材料104組成的編織光纜中。填充材料104可保護(hù)位于其中的至少一條但有時(shí)可保護(hù)多條光纖14。編織物層102和填充材料104可保護(hù)光纖14不受嚴(yán)苛的井孔流體和環(huán)境的作用。測(cè)井設(shè)備12以及各傳感器17裝接于編織物層102；因此，光纖14不承受測(cè)井設(shè)備12的全部重量。
在如圖8中所示的另一實(shí)施例中，光纖14嵌置在一電光纜之中，后者類似于圖7的編織光纜。不過(guò)，在此實(shí)施例中，至少一條電導(dǎo)線106與各光纖14被包容在一起。各導(dǎo)線106可以向和從作為測(cè)井設(shè)備12的一部分的任何電動(dòng)并下工具傳送電力。在一項(xiàng)實(shí)施例中，各導(dǎo)線106也可以用于遙測(cè)和/或通訊目的。
在如圖1中所示的一項(xiàng)實(shí)施例中，每一傳感器17是一無(wú)源光纖傳感器。在此實(shí)施例中，光發(fā)射器20位于地面處(比如在車輛40上)，而調(diào)制器48可以位于井中。地面光發(fā)射器20發(fā)送呈脈沖形式的光信號(hào)，沿著纖維光學(xué)導(dǎo)線14達(dá)到各傳感器17。在包含調(diào)制器48在內(nèi)的實(shí)施例中，調(diào)制器48以從傳感器17處傳送相關(guān)數(shù)據(jù)的方式調(diào)制從地面光發(fā)射器20發(fā)送的光信號(hào)。一般地，調(diào)制器48改變光信號(hào)的某一性質(zhì)，諸如強(qiáng)度、頻率、極化狀態(tài)、相干性或相位。換句話說(shuō)，受調(diào)制器48影響的經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)成為帶有數(shù)據(jù)的信號(hào)。探測(cè)裝置44(在油井地面處)接受經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換回傳感器17數(shù)據(jù)。在一項(xiàng)實(shí)施例中，每一傳感器17具有其自身的調(diào)制器48。在另一實(shí)施例中，一個(gè)調(diào)制器48關(guān)聯(lián)于所有的傳感器17。在另一不包含調(diào)制器48的實(shí)施例中，傳感器17將回返光信號(hào)反射回到探測(cè)裝置44，相關(guān)的測(cè)定結(jié)果在回返光信號(hào)中予以編碼。相關(guān)的測(cè)定結(jié)果根據(jù)傳感器17與被檢測(cè)的井孔參數(shù)的相互作用被編碼在回返光信號(hào)之中。所述數(shù)據(jù)一般作為強(qiáng)度、頻率、極化狀態(tài)、相干性或者相位方面的改變而被編碼。
在另一實(shí)施例(未示出)中，一光發(fā)射器可以位于井下。在此實(shí)施例中，井下光發(fā)射器按照各種工具所取得的測(cè)定結(jié)果經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14發(fā)送各種光信號(hào)并達(dá)到探測(cè)裝置44。在此實(shí)施例中，井下光發(fā)射器可以聯(lián)接于一井下電池以取得電力。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，調(diào)制器48可以是一反射器，諸如鏡子或纖維光柵。
傳感器17可以包括旋轉(zhuǎn)器26，如圖3之中所示。在此實(shí)施例中，調(diào)制器48可以是旋轉(zhuǎn)器26的一部分。旋轉(zhuǎn)器26的各葉片31位于旋轉(zhuǎn)器26主箱殼33的外面，芯軸27連接于相對(duì)于旋轉(zhuǎn)器箱殼33可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的各葉片3 1。調(diào)制48在圓盤29上定位使得它在圓盤29/各葉片31每一轉(zhuǎn)動(dòng)中沿著纖維光學(xué)導(dǎo)線14中地面發(fā)送的光信號(hào)路徑通過(guò)。因此，例如，圓盤29/各葉片31每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，調(diào)制器48對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。探測(cè)裝置44接收經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)(在此情況下是一經(jīng)過(guò)反射的脈沖)并根據(jù)接收頻率而能夠算出各葉片31每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)這一計(jì)算，探測(cè)裝置44然后能夠算出各種流體的流動(dòng)或者可導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)器26轉(zhuǎn)動(dòng)的井孔12中的其他條件。因而，旋轉(zhuǎn)器26用作一無(wú)源纖維光學(xué)流動(dòng)傳感器。
圖14示出類似于圖3中所示的、旋轉(zhuǎn)器26的另一實(shí)施例。區(qū)別在于，在圖14的實(shí)施例中，圓盤29密封在箱殼33之內(nèi)而各葉片31密封在箱殼33以外，以便防止井孔流體進(jìn)入箱殼33而污染或劣化光纖14和光纖讀出器件。重要的是，圖3實(shí)施例的芯軸27用磁性圓盤器件202與磁性葉片器件204之間的磁性聯(lián)接件200代替。磁性器件202、204各自可以包含一永久磁鐵，其被構(gòu)造和設(shè)計(jì)成讓磁性葉片器件204的轉(zhuǎn)動(dòng)可引起磁性圓盤202的旋轉(zhuǎn)。，在一項(xiàng)實(shí)施例中，磁性葉片器件204具有杯狀，磁性圓盤器件具有桿狀，而箱殼33伸展在其間并因而也在這一范圍內(nèi)具有杯狀。調(diào)制器48和探測(cè)裝置44的作用方式類似于圖3實(shí)施例。
在另一實(shí)施例中，省略了圓盤29上的調(diào)制器48。代而之，一鏡子安放在圓盤29后面，以致圓盤29夾置在光纖14與鏡子之間。圓盤29具有一個(gè)或多個(gè)孔口，以致隨著圓盤29的轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)孔口間斷地調(diào)準(zhǔn)于光纖14和鏡子以使得來(lái)自光纖14的光線經(jīng)由孔口傳向鏡子并且使反射過(guò)來(lái)的光線經(jīng)由孔口從鏡子傳回到光纖。這樣就有效地形成一種快門效應(yīng)，其中鏡子間斷地曝露于來(lái)自光纖14的光。圓盤29的轉(zhuǎn)動(dòng)速度確定了光線從鏡子反射回到光纖的頻率。
圖9表明旋轉(zhuǎn)器26的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，永久磁鐵110裝接于轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸27。固定的線圈112裝接于箱殼33的內(nèi)部。磁鐵110和線圈112的安放和設(shè)計(jì)使得諸如葉片31/芯軸27每轉(zhuǎn)一圈磁鐵110和線圈112二者就形成一次磁性耦合或連接。每當(dāng)磁鐵110和線圈112成為磁性耦合時(shí)，由這種耦合或連接產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線114送至電壓放大器116。電壓放大器116放大電壓，然后此電壓被傳遞到以機(jī)械方式聯(lián)接于光纖14的壓電材料118。施加于壓電材料118的電壓導(dǎo)致材料118收縮，在光纖14上產(chǎn)生應(yīng)變。因而，葉片31每轉(zhuǎn)一圈光纖14置于應(yīng)變之下一次。對(duì)于這一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，至少一個(gè)纖維布萊格光柵(FBG)119可整合于光纖14中。
FBG119在每當(dāng)應(yīng)變施加于光纖14時(shí)可改變被送向井下的光信號(hào)的反射波長(zhǎng)。波長(zhǎng)變化然后由探測(cè)裝置44在地面處檢測(cè)出來(lái)，這種信息可以用以確定各葉片31每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù)，從而能夠確定推動(dòng)各葉片31的流體的流率。代替采用壓電材料118，一種壓電敷層可以應(yīng)用于光纖14以便提供所需的應(yīng)變。在此實(shí)施例中，F(xiàn)BG119中可以是調(diào)制器48的一部分。另外，一種光纖干涉儀可以用于代替FBG。
圖10和11表明旋轉(zhuǎn)器26的另一實(shí)施例。此實(shí)施例類似于圖3之中所示的實(shí)施例。不過(guò)，在此實(shí)施例中，調(diào)制器48裝在圓盤29的一側(cè)35上。光纖14安裝在圓盤一側(cè)35與箱殼33之間。在一項(xiàng)實(shí)施例中，光纖14在其一端處(圖11)切成一斜角(比如45度角)以便在圓盤一側(cè)35的方向上投射光信號(hào)。
傳感器17也可以包含套管接箍定位器30，如圖4和5所示。在此實(shí)施例中，套管接箍定位器30包含磁性器件31，每當(dāng)套管接箍33經(jīng)過(guò)磁性器件時(shí)，該磁性器件被啟用。圖4圖示磁性器件31未被啟用時(shí)的套管接箍30。如圖5所示，定位器30配置得以致每當(dāng)磁性器件31被啟用時(shí)，調(diào)制器48被促動(dòng)或被推移以調(diào)制沿纖維光學(xué)導(dǎo)線14向下發(fā)送的光信號(hào)。比方，調(diào)制器48可以被促動(dòng)以與纖維光學(xué)導(dǎo)線14對(duì)齊且每當(dāng)磁性器件31檢測(cè)到套管接箍35時(shí)將光信號(hào)反射回去。因而，每當(dāng)定位器30經(jīng)過(guò)套管接箍33時(shí)，探測(cè)裝置44接收經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)(經(jīng)過(guò)反射的脈沖)。探測(cè)裝置44然后確定測(cè)井設(shè)備12所經(jīng)過(guò)的各套管接箍33的位置。
圖12表明套管接箍定位器30的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，永久磁體120和線圈122固定地安裝在箱殼124的內(nèi)部。光纖14可以穿過(guò)磁體120和線圈122，后面二者都可以是環(huán)形的。當(dāng)套管接箍定位器30配置在井孔中時(shí)，它將經(jīng)過(guò)多個(gè)套管接箍。每當(dāng)定位器30經(jīng)過(guò)一個(gè)套管接箍，此套管接箍與磁體120和線圈122將成為磁性耦合的，這會(huì)導(dǎo)致生成電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線126被發(fā)送到電壓放大器128。電壓放大器128放大電壓，此電壓然后被傳遞到以機(jī)械方式聯(lián)接于光纖14的壓電材料130。施加于壓電材料130的電壓導(dǎo)致在光纖14上造成應(yīng)變的材料130的收縮。因而，光纖14針對(duì)每一被感測(cè)的套管接箍被置于應(yīng)變之下一次。對(duì)于這一實(shí)施例來(lái)說(shuō)，至少一個(gè)纖維布萊格光柵(FBG)132可以結(jié)合于光纖14中。FBG 132在每當(dāng)應(yīng)變施加于光纖14時(shí)可改變被送向井下的光信號(hào)反射波長(zhǎng)。波長(zhǎng)變化然后由探測(cè)裝置44在地面處檢測(cè)出來(lái)，這種信息可以用于確定各受到檢測(cè)的套管接箍的位置。代替采用壓電材料118，一種壓電敷層可以應(yīng)用于光纖14以提供所需的應(yīng)變。在此實(shí)施例中，F(xiàn)BG119可以是調(diào)制器48的一部分。
圖1 3表明套管接箍定位器30的另一實(shí)施例。此實(shí)施例包含永久的、固定磁體140和活動(dòng)磁體142。固定磁體140和活動(dòng)磁體142設(shè)計(jì)得以致每當(dāng)定位器30通過(guò)一個(gè)套管接箍時(shí)活動(dòng)磁體142相當(dāng)于固定磁體140移動(dòng)，且一磁性連接或耦合形成在套管接箍與磁體140、142之間?；顒?dòng)磁體142固定于包含調(diào)制器48的器件144。調(diào)制器48可以包含一些交替設(shè)置的黑白導(dǎo)線。光纖14設(shè)置在箱殼146之內(nèi)，以致其端部面對(duì)器件144和調(diào)制器48的側(cè)面。光纖14端部受到切割使得光信號(hào)指向調(diào)制器48，如圖11之中所示。當(dāng)活動(dòng)磁體142移動(dòng)時(shí)，調(diào)制器48也移動(dòng)，這導(dǎo)致各黑白導(dǎo)線也相對(duì)于光纖14移位。各黑白導(dǎo)線中的移位和移動(dòng)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)反射的光信號(hào)也被調(diào)制。因此，在地面處，每當(dāng)探測(cè)裝置接收到經(jīng)過(guò)如此調(diào)制的反射光信號(hào)時(shí)，操作人員可以確定某一套管接箍的位置。彈簧148可以用以將活動(dòng)磁體142和器件144保持在靜態(tài)位置上。代替各黑白導(dǎo)線，調(diào)制器48可以包含各種其他顏色或形狀以提供運(yùn)動(dòng)的指示。
另外，圖13的調(diào)制器48可以是一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)孔口的平板，平板由于移動(dòng)磁體142的移動(dòng)是可以移動(dòng)的。一鏡子相對(duì)于光纖的端部調(diào)準(zhǔn)，而平板設(shè)置在鏡子與光纖之間。隨著平板的移動(dòng)，平板上的一個(gè)孔口與鏡子和光纖端部排成一線，以致光線可以經(jīng)由孔口從光纖傳向鏡子，而反射光線可以經(jīng)由孔口從鏡子傳向光纖。這樣就有效地形成一種由活動(dòng)磁體142的移動(dòng)所控制的光線快門效應(yīng)，此時(shí)發(fā)射的光線(來(lái)自光纖)和反射的光線(來(lái)自鏡子)被允許間斷地穿過(guò)移動(dòng)平板的孔口。
圖15表明套管接箍定位器30的另一實(shí)施例，包含永久磁體150，該磁體可產(chǎn)生如附圖標(biāo)記152所示的磁場(chǎng)。光纖14敷有一磁致伸縮敷層，該層由一種磁致伸縮材料構(gòu)成(比如鎳)。在存在強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮材料在磁場(chǎng)之方向上稍有縮緊。磁致伸縮敷層的縮緊導(dǎo)致應(yīng)變施加于光纖14上，后者裝有FBG154以回應(yīng)于由磁致伸縮敷層施加于光纖14的應(yīng)變來(lái)改變光信號(hào)的反射波長(zhǎng)。
取決于傳感17的類型，此系統(tǒng)可以采用多種其他類型的纖維光學(xué)測(cè)定、傳感和傳送技術(shù)。比方，化學(xué)傳感器可以包含涂有或敷以某種特殊反應(yīng)劑的纖維光學(xué)導(dǎo)線，此種反應(yīng)劑只在接觸一種目標(biāo)流體或化學(xué)品(諸如硫、水或硫化氫)時(shí)才發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)劑的反應(yīng)然后導(dǎo)致纖維光學(xué)導(dǎo)線14上的特定變化，這又接著導(dǎo)致經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14由傳感器17使之從井下環(huán)境返回到地面的光信號(hào)上的特定變化(諸如在強(qiáng)度、頻率、極化狀態(tài)或相位方面的變化)。探測(cè)裝置44接收這種返回光信號(hào)并通過(guò)確定由傳感器17加在返回光信號(hào)上的特定變化而辨識(shí)來(lái)自傳感器17的相關(guān)信息。纖維光學(xué)壓力傳感器以類似的方式發(fā)揮作用。
纖維光學(xué)導(dǎo)線14也允許沿著設(shè)置在導(dǎo)管32內(nèi)的纖維光學(xué)導(dǎo)線14或多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)線的長(zhǎng)度取得分布式溫度測(cè)定結(jié)果(圖1)。通常，固定波長(zhǎng)的光脈沖經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線14從光發(fā)射器20發(fā)射出去。光線在纖維光學(xué)導(dǎo)線14之內(nèi)經(jīng)過(guò)反向散射并返回到地面設(shè)備44。了解光的速度和返回信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻就能夠確定其沿著纖維光學(xué)導(dǎo)線14的原點(diǎn)。溫度可激發(fā)纖維光學(xué)導(dǎo)線14中硅分子的能級(jí)。經(jīng)過(guò)反向散射的光線包含上調(diào)和下調(diào)波段(諸如反向散射光譜的Stokes Raman和反Stokes Raman兩部分)，它們可予以分析以確定原點(diǎn)處的溫度。這樣，可以由設(shè)備44算出纖維光學(xué)導(dǎo)線14中每一回應(yīng)測(cè)定點(diǎn)的溫度，提供出沿著纖維光學(xué)導(dǎo)線14長(zhǎng)度的一條完整的溫度分布圖線。纖維光學(xué)導(dǎo)線14連接于一分布式溫度測(cè)定系統(tǒng)接收器，它可以是探測(cè)裝置44之內(nèi)的一個(gè)組件和可以是一光學(xué)時(shí)域反射測(cè)量裝置。纖維光學(xué)導(dǎo)線14可以同時(shí)地用作測(cè)井設(shè)備12的數(shù)據(jù)傳送器、井下工具起動(dòng)信號(hào)傳送器(即將說(shuō)明)，以及分布式溫度測(cè)定結(jié)果傳感器/傳送器。在另一實(shí)施例中，纖維光學(xué)導(dǎo)線14可以用于沿著(各)纖維光學(xué)導(dǎo)線14的長(zhǎng)度取得分布式應(yīng)變測(cè)定結(jié)果。(各)纖維光學(xué)導(dǎo)線14也可以用于支持其他檢測(cè)技術(shù)，諸如分布式或多點(diǎn)式應(yīng)變和/或溫度，或者甚至聲學(xué)陣列。
注意，如果測(cè)井設(shè)備12中采用多于一個(gè)的傳感器17，纖維光學(xué)導(dǎo)線14可能必須分解成為多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)線，各自連接于不同的傳感器17?；蚴遣ㄩL(zhǎng)分割倍增(WDM)或時(shí)間分割倍增(TDM)可以用于詢問(wèn)這種結(jié)構(gòu)中的各傳感器17。一些光學(xué)聯(lián)接器也可以用于促進(jìn)這種結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，一單獨(dú)的纖維光學(xué)導(dǎo)線14用于每一傳感器17，而每一纖維光學(xué)導(dǎo)線14設(shè)置在導(dǎo)管32之中。
在一項(xiàng)實(shí)施例中，導(dǎo)管32，其中帶有纖維光學(xué)導(dǎo)線14，也可以用以驅(qū)動(dòng)各井下裝置。導(dǎo)管32可以用流體加壓，其中加壓流體可驅(qū)動(dòng)各井下工具，諸如封隔器50或射孔槍52(見(jiàn)圖2)。起動(dòng)信號(hào)可以是某一檻值以上經(jīng)由導(dǎo)管32傳送的施加壓力或具有特定標(biāo)記的壓力脈沖。井下工具包含一信號(hào)接收器，諸如棘齒機(jī)構(gòu)、剪切銷式引爆箱或壓力變換器，該信號(hào)接收器可接收起動(dòng)信號(hào)并在由接收器接收到正確信號(hào)時(shí)起動(dòng)井下工具。比方，封隔器50可以起動(dòng)以壓緊和密封井壁，或者此后，以解除壓緊和解除密封井壁。另外，射孔槍52可以起動(dòng)以射出成形彈藥55并在井孔之中造成各穿孔54。其它可以起動(dòng)的井下工具包含流動(dòng)控制閥，其包括套管閥和球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器。
在另一實(shí)施例中，上述井下工具可由通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14的光學(xué)信號(hào)所起動(dòng)(代替通過(guò)導(dǎo)管32的壓力信號(hào))。在這個(gè)實(shí)施例中，井下工具在功能上連接到纖維光學(xué)導(dǎo)線14，從而使特定的光學(xué)信號(hào)頻率、信號(hào)、波長(zhǎng)或強(qiáng)度起動(dòng)井下工具?？墒褂靡还怆娹D(zhuǎn)換器以利于光學(xué)信號(hào)的接收以及將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于井下工具的起動(dòng)能量。這種光電轉(zhuǎn)換器可以將光學(xué)能量轉(zhuǎn)換成電能甚至是機(jī)械能。在另一個(gè)相關(guān)的實(shí)施例中，井下工具連接到一纖維光學(xué)導(dǎo)線14，該導(dǎo)線不用于向地面進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的傳送。
在另一實(shí)施例中，通過(guò)導(dǎo)管32的壓力脈沖和通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14的光信號(hào)二者都可以被發(fā)送以起動(dòng)井下工具。在一項(xiàng)實(shí)施例中，通過(guò)導(dǎo)管32的壓力脈沖和通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14的光信號(hào)可以同時(shí)被發(fā)送以起動(dòng)不同的井下工具。在另一實(shí)施例中，呈光信號(hào)形式的數(shù)據(jù)可以在壓力信號(hào)通過(guò)導(dǎo)管32被傳送的同時(shí)通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14被傳送。在另外的實(shí)施例中，呈光信號(hào)形式的數(shù)據(jù)和呈光信號(hào)形式的起動(dòng)指令可以同時(shí)通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14被發(fā)送。
所附各圖表明測(cè)井系統(tǒng)10用于一陸地油井。不過(guò)，測(cè)井系統(tǒng)10也可以用于平臺(tái)上或位于海底的海上油井。
在操作中，且與圖1和2相關(guān)，操作人員首先將填料盒36和潤(rùn)滑器70連接在井口裝置34的頂部上并開(kāi)始從卷軸38處展開(kāi)導(dǎo)管32而配入井孔5。如前述，填料盒36密封導(dǎo)管32的外壁而使得能夠?qū)y(cè)井系統(tǒng)10配置在加壓的井孔5中。一般，測(cè)井設(shè)備12被下放到井中的適當(dāng)深度而各傳感器17隨著各種工具在井中移動(dòng)而采集有關(guān)的讀數(shù)。在另一實(shí)施例中，各種工具保持靜止不動(dòng)并在油管、工具和光纖在井中靜止不動(dòng)的時(shí)候收集數(shù)據(jù)。在纖維光學(xué)導(dǎo)線14在導(dǎo)管32就位之后才子以配置的實(shí)施例中，泵具46被起動(dòng)而泵送的流體起到沿導(dǎo)管32向下拖曳纖維光學(xué)導(dǎo)線14的作用。
地面光發(fā)射器20將未經(jīng)調(diào)制信號(hào)發(fā)送給測(cè)井設(shè)備12。在包含調(diào)制器48的實(shí)施例中，調(diào)制器48調(diào)制信號(hào)以便將數(shù)據(jù)編碼到返回探測(cè)裝置44的信號(hào)上去。在不包含調(diào)制器48的實(shí)施例中，傳感器17將返回光信號(hào)連同編碼在其中的有關(guān)測(cè)定結(jié)果一起反射回探測(cè)裝置44。在二者之中的任一情況下，由測(cè)井設(shè)備12測(cè)得的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)發(fā)送給探測(cè)裝置44。
測(cè)井設(shè)備12可以下放使得旋轉(zhuǎn)器26和其他傳感器17鄰近各穿孔54和地層57以便獲得鄰近這些穿孔54和地層57的各種參數(shù)的精確和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在纖維光學(xué)導(dǎo)線14也用作一種分布式溫度測(cè)定系統(tǒng)的實(shí)施例中，分布式溫度測(cè)定結(jié)果可以用于近似地確定沿著井孔與長(zhǎng)度(包括跨越各不同穿孔)的流動(dòng)，由于流動(dòng)可起到改變沿著井孔并因此沿著纖維光學(xué)導(dǎo)線14的溫度的作用。另外，這種沿著井孔的推斷出來(lái)的分布式流動(dòng)圖型隨后可以與位于導(dǎo)管32下端上的旋轉(zhuǎn)器測(cè)井工具聯(lián)系起來(lái)。采用分布式溫度測(cè)定結(jié)果以近似地確定流動(dòng)可向操作人員指明井孔5中哪些區(qū)域或穿孔應(yīng)當(dāng)與測(cè)井設(shè)備12聯(lián)系起來(lái)，諸如通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)器26取得真實(shí)流動(dòng)測(cè)定結(jié)果。套管接箍定位器30可以用于確定各套管接箍的位置并因此確定測(cè)井設(shè)備12的深度。
諸如封隔器50和射孔槍52的各種井下工具可以在任一地點(diǎn)借助于通過(guò)導(dǎo)管32的壓力信號(hào)或液壓式傳送的能量或者通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線14的光信號(hào)予以起動(dòng)。能夠射穿地層且在同一行程中探測(cè)有關(guān)地層，可節(jié)省時(shí)間和金錢。
一當(dāng)完成了測(cè)井作業(yè)，通過(guò)反轉(zhuǎn)卷軸38將測(cè)井設(shè)備12提起。適當(dāng)?shù)氖?，卷軸38和導(dǎo)管32的相對(duì)尺寸使得能夠反復(fù)和簡(jiǎn)易地配置和收回測(cè)井設(shè)備12。安放卷軸38在車輛40上或另外使卷軸輕便一些使得測(cè)井系統(tǒng)10能夠用在多個(gè)井孔之內(nèi)。
在一些實(shí)施例中利用全光學(xué)系統(tǒng)(纖維光學(xué)傳送導(dǎo)線14和各傳感器17)，可以避免電氣裝置的受損。這在高溫、高壓油井中是特別有益的，由于這種情況對(duì)于電動(dòng)裝置都是極為嚴(yán)苛的。與電動(dòng)工具相比，全光學(xué)系統(tǒng)的附加好處包括光學(xué)設(shè)備對(duì)在運(yùn)向或配入井孔期間所遇到的震動(dòng)或振動(dòng)非常不明感，光學(xué)設(shè)備較輕，以及光學(xué)設(shè)備可以成本較低。在其他一些實(shí)施例中，采用光和電兩種部件。
按照另一實(shí)施例，示蹤劑注入器300(示于圖16中)可以通過(guò)使用光纖302予以控制。光纖302的端部聯(lián)接于轉(zhuǎn)換器304，后者可將光能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。任由選擇地，設(shè)置濾光器304以濾出不需要的光信號(hào)，諸如不具有特定波長(zhǎng)或某些波長(zhǎng)的光信號(hào)。轉(zhuǎn)換器304聯(lián)接于閥門306以控制閥門306的運(yùn)作。閥門306控制經(jīng)過(guò)一穿過(guò)示蹤劑注入器300的箱殼310的開(kāi)孔308的連通。在示于圖16的關(guān)閉位置上，閥門306可防止示蹤液經(jīng)由開(kāi)孔308從槽道314流向外部環(huán)境。示蹤液盛放在一個(gè)由箱殼310、壁板316和活塞318限定的腔室312中。
活塞318可以沿著示蹤劑注入器300的縱向(如上所示)移動(dòng)。彈簧320施加力作用于活塞318從而將壓力施加于腔室312內(nèi)的示蹤液。任由選擇地，開(kāi)孔322設(shè)置得能使外部井孔壓力傳送到彈簧320設(shè)置所在的腔室324中。外部井孔壓力施加靜水壓力作用于活塞318。彈簧320定位在活塞318與固定壁部326之間。
在操作中，回應(yīng)于沿著光纖302向下傳送的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換器304轉(zhuǎn)換信號(hào)以導(dǎo)致閥門306開(kāi)啟而允許腔室314之中的示蹤液流出開(kāi)孔308而進(jìn)入周圍的井孔環(huán)境。示蹤劑注入器300下放到特定的井孔區(qū)間，在此處閥門306被開(kāi)啟以將示蹤液注入并孔流體。這樣允許油井操作人員追蹤井孔中的流體流動(dòng)。
示于圖16之中的工具的一種改型可以用于收集樣本。在一取樣器中，代替彈簧320施力于移動(dòng)的活塞318，可以設(shè)置一氣室來(lái)代替彈簧320，以致當(dāng)閥門306開(kāi)啟時(shí)，外部井孔流體將導(dǎo)致活塞318對(duì)著氣室移動(dòng)而使得井孔流體能夠進(jìn)入腔室312。在收集到流體樣本之后，閥門306可以關(guān)閉(回應(yīng)于沿著光纖302向下傳送并由轉(zhuǎn)換器304接收的光信號(hào))。
另外，一種光纖取樣器不包含如上述的光纖取樣器之中的可移動(dòng)活塞。相反，此取樣器包含內(nèi)為真空的瓶器或腔室。當(dāng)由沿光纖向下傳輸?shù)墓庑盘?hào)予以控制的閥門被開(kāi)啟時(shí)，井孔流體沖進(jìn)瓶器，而后閥門可以關(guān)閉。
按照另一實(shí)施例，光譜儀400包含光纖402和槽道或腔室404，后者裝有將會(huì)利用光譜學(xué)予以分析的流體。光纖402具有由聯(lián)接器406聯(lián)接于第二光纖分段408的第一分段404。第二光纖分段408聯(lián)接于流體槽道或腔室404，而第三光纖分段410聯(lián)接于流體槽道或腔室404的另一側(cè)。延遲器件412任由選擇地設(shè)置在第三光纖分段410中以形成返回地面光線的某種型式的延遲。
在操作中，輸入光線被傳送而經(jīng)過(guò)從光纖分段404轉(zhuǎn)移到第二光纖分段408的光纖402。輸入光線穿過(guò)流體槽道或腔室404。各不同類型的流體有區(qū)別地吸收或削弱各不同波長(zhǎng)的光線。在穿過(guò)流體槽道或腔室404之后，經(jīng)過(guò)削弱或經(jīng)過(guò)調(diào)制的光線前行而通過(guò)光纖分段410，穿過(guò)延遲器件412(如果存在的話)，以及經(jīng)由聯(lián)接器406被傳輸回到第一光纖分段404。經(jīng)過(guò)削弱或經(jīng)過(guò)調(diào)制的光線沿著光纖402向上被傳送回到地面。
在示于圖18之中的光譜儀的一項(xiàng)不同實(shí)施例中，代替采用圖17的配置，光纖420在其端部處裝接于流體槽道或腔室422。鏡子或其它類型的反射裝置424設(shè)置在流體槽道或腔室422的另一側(cè)上。沿著光纖420向下傳送的光線穿過(guò)流體槽道或腔室400中的流體，并由鏡子或其它反射裝置424反射回來(lái)經(jīng)過(guò)槽道或腔室422而回到光纖420。經(jīng)過(guò)削弱的光線(已經(jīng)穿過(guò)槽道或腔室422兩次)被傳送回到地面用于處理。
在又一另外的實(shí)施例中，一種折射測(cè)定儀通過(guò)將光纖一端安放到流體中而予以設(shè)置。光線經(jīng)由光纖被傳送到流體里面。由流體反射的光量正比于流體相對(duì)于光纖的折射指數(shù)或正比于光纖前面的光窗。測(cè)得的折射指數(shù)提供對(duì)所述流體類型(比如氣體或液體)的指示。
按照又一另外的實(shí)施例，圖19示出傾角儀440，該傾角儀用于檢測(cè)傾角儀440裝接所在的一串工具的傾角。傾角儀440包含塊體442，該塊體裝接于光纖分段444、446和448(圖20)。塊體442的另一側(cè)也以類似方式連接于各光纖分段。光纖分段444、446和448可以是部分的同一光纖，或者部分的不同光纖。為了使得各光纖分段以圖19和20中示出的方式裝接于塊體442，單獨(dú)一根光纖穿通塊體442和壁板451上的孔口。光纖(在450處)回送并穿通壁板451且在不同的部位處穿通塊體442。多次重復(fù)穿通可形成圖19和20之中所示的多個(gè)光纖分段。塊體442和裝接的各光纖分段位于由箱殼454和壁板456與452限定的腔室452之中。
FBG 458、460和462設(shè)置在每一相應(yīng)的光纖分段444、446和448上。塊體442的各不同取向?qū)е赂鞑煌膽?yīng)變加在光纖分段444、446和448上，這導(dǎo)致FBG 458、460和462有區(qū)別地調(diào)制穿過(guò)相應(yīng)各分段的各光信號(hào)。
在又一另外的實(shí)施例中，有可能以光學(xué)方式確定工具的主軸線相對(duì)于磁力的位置。這可以通過(guò)采用磁致伸縮材料予以實(shí)現(xiàn)，即以光學(xué)方式詢問(wèn)羅盤或以磁性方式詢問(wèn)羅盤并以類似于上述各套管接箍定位器的方式將信號(hào)編碼于光纖。
圖21表明伽馬射線檢測(cè)器600，其包含箱殼602，該箱殼內(nèi)裝閃爍晶體604和光纖分段606。閃爍晶體604可將伽馬射線量子轉(zhuǎn)換為光量子。不過(guò)，由閃爍晶體604生成的光量子是比經(jīng)由光纖傳送的紅外波段信號(hào)短的波長(zhǎng)信號(hào)。按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，由閃爍晶體604生成的光量子由檢測(cè)器608轉(zhuǎn)換為或是電信號(hào)或是光信號(hào)。如果轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，此光信號(hào)適于經(jīng)過(guò)光纖606被傳送回到地面。不過(guò)，如果檢測(cè)器606將出自閃爍晶體604的光量子轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此電信號(hào)被提供給一光發(fā)射器或調(diào)制器610。如果給一調(diào)制器，則從地面沿著光纖606向下傳送到調(diào)制器610的發(fā)射的光信號(hào)以某種方式被改變或調(diào)制并被反射回到地面。不過(guò)，如果采用一光發(fā)射器，則由檢測(cè)器608提供的電信號(hào)用于控制由光發(fā)射器產(chǎn)生并經(jīng)過(guò)光纖606傳送回到地面的光信號(hào)。
按照另外的各實(shí)施例，阻抗測(cè)定儀620包括箱殼622，內(nèi)裝光纖624和626，以及電極628、630、632和634，用于測(cè)定周圍地層的電阻率。光纖626接收由地面發(fā)射的光線，同時(shí)發(fā)射的光線由檢測(cè)器628接收而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)提供給電極628和634，后者產(chǎn)生進(jìn)入周圍地層的電流。電流由電極630和632接收，而電流具有由周圍地層的電阻率確定的特性。由電極630和632接收的電流被轉(zhuǎn)換為激發(fā)壓電(PZT)器件636的電壓。壓電器件636設(shè)置得靠近光干涉儀642，后者位于FBG 638與640之間。光干涉儀642導(dǎo)致光纖624中光信號(hào)路徑長(zhǎng)度上的變化。這種調(diào)制能使地面設(shè)備檢測(cè)正在受測(cè)的某一地層的電阻率。除了測(cè)定地層電阻率，測(cè)定儀620還可以用于確定多相流動(dòng)、腐蝕監(jiān)視以及其他之中的水容積份額估量。
在如圖22所示的另一實(shí)施例中，代替采用各電極來(lái)測(cè)定電阻率或其他特性，采用了感應(yīng)線圈650、652、654和656。在此實(shí)施例中，光纖658傳送光線向下達(dá)到光纖端部，由檢測(cè)器655接收。檢測(cè)器655將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，導(dǎo)致感應(yīng)線圈生成磁場(chǎng)。生成的磁場(chǎng)具有依賴于周圍地層電阻率的特性。磁場(chǎng)由聯(lián)接于壓電器件660的感應(yīng)線圈650和652予以檢測(cè)。壓電器件660可調(diào)制設(shè)置在FBG 664與666之間的光干涉儀662。這種調(diào)制因而由依賴于周圍地層電阻率的磁場(chǎng)予以控制。
在另外一些實(shí)施例中，光纖技術(shù)可以用在其它場(chǎng)合。比如，一組FBG傳感器可以添加于光纖中以提供多點(diǎn)溫度、應(yīng)變、壓力、聲壓和多種其他測(cè)量結(jié)果。另外，光纖陀螺可以用于協(xié)助有導(dǎo)引地進(jìn)入各種復(fù)合式油井。另外，可以采用若干種類的光學(xué)水聲儀和加速儀。
在又一另外的應(yīng)用中，可以采用水聲儀或加速儀的組合，帶有由光線供能以產(chǎn)生諸如“砰聲”的聲學(xué)信號(hào)的各壓電變換器。作為一個(gè)事例，這樣能夠利用音速儀來(lái)測(cè)定音速。
為了加強(qiáng)靈活性，一組傳感或其他裝置可以聯(lián)接于一根光纖，同時(shí)設(shè)置各濾光器以使得每一傳感器或裝置能夠在不同的波長(zhǎng)下工作。比如，如圖24之中所示，光纖800聯(lián)接于多路器/多路信號(hào)分離器802。多路器802有效地內(nèi)裝各濾光器以發(fā)送具有第一波長(zhǎng)(λ1)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)第一光纖分段804，發(fā)送具有第二波長(zhǎng)(λ2)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)第二光纖分段806，發(fā)送具有第三波長(zhǎng)(λ3)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)第三光纖分段808，發(fā)送具有第四波長(zhǎng)(λ4)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)第四光纖分段810，以及發(fā)送具有第五波長(zhǎng)(λ5)的光信號(hào)經(jīng)過(guò)第五光纖分段812。不同的傳感器或裝置可以連接于不同的光纖分段804、806、808、810和812以使得這些裝置在不同的波長(zhǎng)下工作。
圖25表明時(shí)間分割多路(TDM)配置，其中光脈沖用以詢問(wèn)多個(gè)傳感器或裝置。TDM依靠于在不同時(shí)刻向不同的傳感器和裝置發(fā)送光信號(hào)。如圖26之中所示，這是通過(guò)沿著一段光纖826設(shè)置延遲器件820、822和824來(lái)實(shí)現(xiàn)的。分流器828、830、832和834聯(lián)接于相應(yīng)的各裝置或傳感器以發(fā)送光信號(hào)到這些裝置或傳感器。因而，從油井地面發(fā)射的光信號(hào)被提供給聯(lián)接于第一分流器828的傳感器或裝置。這種信號(hào)由延遲器件820使之延遲，而第一延遲光信號(hào)由聯(lián)接器830傳遞到其相應(yīng)的傳感器或裝置。針對(duì)其余的各延遲器件和聯(lián)接器，這一過(guò)程一再重復(fù)。
圖26示出不同的TDM配置，其中接收光信號(hào)而光纖分段840聯(lián)接到四個(gè)分段842、844、846和848。第一光纖分段842不具有延遲器件。第二光纖分段844具有一個(gè)延遲器件850。第三光纖分段846包含兩個(gè)延遲器件852。第四光纖分段848具有三個(gè)延遲器件854。
雖然本發(fā)明已經(jīng)相對(duì)于有限數(shù)量的實(shí)施例予以闡明，但得益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)從中意識(shí)到許多修改和變更。所希望的是，各項(xiàng)權(quán)利要求可概括屬于本發(fā)明真實(shí)精神和范疇之內(nèi)的所有這種修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)井系統(tǒng)，包括測(cè)井設(shè)備，適于配置在井孔內(nèi)并包含至少一個(gè)纖維光學(xué)傳感器；纖維光學(xué)導(dǎo)線，與纖維光學(xué)傳感器形成光學(xué)連通；以及纖維光學(xué)傳感器適于通過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上傳送數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)包括至少一種井孔環(huán)境測(cè)定結(jié)果。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)包括來(lái)自測(cè)井設(shè)備的狀況數(shù)據(jù)。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線裝入一平滑電纜。
5.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中測(cè)井設(shè)備裝接于平滑電纜。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線裝入一編織電纜。
7.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中編織電纜還包含至少一條電氣導(dǎo)線。
8.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中測(cè)井設(shè)備裝接于編織電纜。
9.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線配置在一導(dǎo)管中。
10.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中啟動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)導(dǎo)管被送出以啟動(dòng)至少一部安放在井下的裝置。
11.按照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中啟動(dòng)信號(hào)是一液壓信號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中至少一部裝置是封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或一牽引器之中的一部。
13.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中導(dǎo)管是管筒。
14.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中導(dǎo)管是盤卷管筒。
15.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中導(dǎo)管配置在盤卷管筒中。
16.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中測(cè)井設(shè)備裝接于導(dǎo)管。
17.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線配置得穿過(guò)裝設(shè)在井口裝置上的填料盒。
18.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中填料盒形成與纖維光學(xué)導(dǎo)線的密封。
19.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線是從安放在井孔地面的卷軸處配置的。
20.按照權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中卷軸安放在車輛上。
21.按照權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中測(cè)井設(shè)備在同一井孔中配置和收回多次。
22.按照權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中測(cè)井設(shè)備從多個(gè)井孔處配置和收回。
23.按照權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括光學(xué)滑環(huán)，在功能上關(guān)聯(lián)于卷軸和纖維光學(xué)導(dǎo)線；探測(cè)裝置，在地面處裝接于纖維光學(xué)導(dǎo)線；此光學(xué)滑環(huán)適于光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)届o力探測(cè)裝置，同時(shí)其中的導(dǎo)管和纖維光學(xué)導(dǎo)線在卷軸上移進(jìn)和移出井孔。
24.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線光連接于適于接收數(shù)據(jù)的探測(cè)裝置。
25.按照權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中探測(cè)裝置處理數(shù)據(jù)。
26.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射器安放在井孔地面處；調(diào)制器安放在井下；發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)給調(diào)制器；以及調(diào)制器調(diào)制光學(xué)信號(hào)從而使返回光學(xué)信號(hào)以所述數(shù)據(jù)編碼。
27.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射器安放在井孔地面處；調(diào)制器安放在井下；發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)給調(diào)制器；以及調(diào)制器調(diào)制光學(xué)信號(hào)從而使返回光學(xué)信號(hào)以所述數(shù)據(jù)編碼。
28.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射器安放在井下；以及發(fā)射器基于至少一個(gè)纖維光學(xué)傳感器的讀數(shù)經(jīng)過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)送各光學(xué)信號(hào)。
29.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器可將返回光學(xué)信號(hào)反射回探測(cè)裝置，所述信號(hào)帶有編碼在其中的相關(guān)測(cè)定結(jié)果。
30.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、套管箍定位器、流動(dòng)傳感器、化學(xué)性質(zhì)傳感器、伽馬射線儀、光學(xué)流體分析器、陀螺儀、水質(zhì)檢測(cè)傳感器、氣體檢測(cè)傳感器、石油檢測(cè)傳感器、壓差傳感器、光譜計(jì)、傾角儀、相對(duì)方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應(yīng)變傳感器、檢漏計(jì)、加速計(jì)、音速儀、電阻傳感器，或者電感傳感器的至少其中之一。
31.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到分布式溫度傳感器的作用。
32.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到分布式應(yīng)變傳感器的作用。
33.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到聲學(xué)陣列的作用。
34.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中許多纖維光學(xué)導(dǎo)線與測(cè)井設(shè)備形成光學(xué)連通。
35.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中經(jīng)過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)送的各光學(xué)信號(hào)啟動(dòng)至少一部安放在井下的裝置。
36.按照權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中光電轉(zhuǎn)換器接收光學(xué)信號(hào)并能夠啟動(dòng)至少一部裝置。
37.按照權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中此至少一部裝置包括封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、或者牽引器的至少其中之一。
38.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括壓電材料以施加應(yīng)變?cè)谝欢卫w維光學(xué)導(dǎo)線上。
39.按照權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括纖維布萊格(Bragg)光柵，該光柵設(shè)置在此段纖維光學(xué)導(dǎo)線上。
40.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括涂在至少一段纖維光學(xué)導(dǎo)線上的磁致伸縮敷層。
41.按照權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括磁體以生成磁場(chǎng)而導(dǎo)致磁致伸縮敷層施加應(yīng)變?cè)谥辽僖欢卫w維光學(xué)導(dǎo)線上。
42.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括旋轉(zhuǎn)器，其可回應(yīng)于一項(xiàng)井特征而轉(zhuǎn)動(dòng)。
43.按照權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器還包括磁體，該磁體裝接成與旋轉(zhuǎn)器一起轉(zhuǎn)動(dòng)，該磁體在線圈中激發(fā)電能。
44.按照權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器還包括壓電材料，回應(yīng)于來(lái)自線圈的電能而在一段纖維光學(xué)導(dǎo)線上施加應(yīng)變。
45.按照權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括鏡子，其中旋轉(zhuǎn)器包括一具有至少一個(gè)孔口的器件，其中旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致鏡子通過(guò)孔口間斷地暴露于纖維光學(xué)導(dǎo)線中的光線。
46.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括光譜計(jì)和折射測(cè)量裝置的其中之一。
47.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括裝有某種流體的槽道和腔室的其中之一，經(jīng)過(guò)纖維光學(xué)導(dǎo)線傳送的光線通過(guò)槽道和腔室的其中之一。
48.按照權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器還包括在槽道或腔室一側(cè)上的第一光學(xué)纖維分段，以及在槽道或腔室另一側(cè)上的第二光學(xué)纖維分段。
49.按照權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器還包括靠近槽道或腔室的反射器。
50.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括具有由多個(gè)光學(xué)纖維分段支承的塊體的傾角儀。
51.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括羅盤。
52.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括伽馬射線檢測(cè)器。
53.按照權(quán)利要求52所述的系統(tǒng)，其中伽馬射線檢測(cè)器包括閃爍晶體和一器件，該器件將閃爍晶體產(chǎn)生的光線光學(xué)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)和電信號(hào)的其中之一。
54.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括阻抗電極。
55.按照權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括壓電器件，該器件回應(yīng)于各阻抗電極至少之一而施加應(yīng)變?cè)谝徊糠掷w維光學(xué)導(dǎo)線上。
56.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)傳感器包括感應(yīng)線圈和一壓電器件，后者回應(yīng)于感應(yīng)線圈的電壓而施加應(yīng)變?cè)谝徊糠掷w維光學(xué)導(dǎo)線上。
57.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的第二纖維光學(xué)傳感器；以及波長(zhǎng)分割多路器件，其使纖維光學(xué)傳感器能夠響應(yīng)于各不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。
58.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的第二纖維光學(xué)傳感器；以及時(shí)間分割多路器件，其使在不同時(shí)刻能夠連通纖維光學(xué)傳感器。
59.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一井下調(diào)制器以調(diào)制纖維光學(xué)導(dǎo)線中的光學(xué)信號(hào)。
60.按照權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其中調(diào)制器是一光學(xué)干涉計(jì)。
61.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線包含以某一斜角切割的端部。
62.按照權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其中調(diào)制器相對(duì)于纖維光學(xué)導(dǎo)線移動(dòng)以導(dǎo)致調(diào)制光信號(hào)。
63.按照權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其中調(diào)制器包括壓電器件以在一部分纖維光學(xué)導(dǎo)線上施加應(yīng)變。
64.一種適于設(shè)置在井孔之內(nèi)的纖維光學(xué)傳感器，包括承載光信號(hào)的纖維光學(xué)導(dǎo)線；適于在接觸于流經(jīng)井孔的各種流體時(shí)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器；以及功能上連接于旋轉(zhuǎn)器的調(diào)制器，所述調(diào)制器取決于旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)制光信號(hào)。
65.按照權(quán)利要求64所述的傳感器，其中調(diào)制器位于旋轉(zhuǎn)器上，且旋轉(zhuǎn)器和調(diào)制器構(gòu)造成使得旋轉(zhuǎn)器每次轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)制器至少調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線一次。
66.按照權(quán)利要求65所述的傳感器，其中每當(dāng)調(diào)制器成為調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線時(shí)，脈沖經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線予以反射；以及探測(cè)裝置接收經(jīng)過(guò)反射的脈沖并根據(jù)經(jīng)過(guò)反射的各脈沖的接收頻率確定井孔各流體的速度。
67.按照權(quán)利要求65所述的傳感器，其中旋轉(zhuǎn)器包含一葉片，該葉片聯(lián)接于一圓盤。
68.按照權(quán)利要求67所述的傳感器，其中葉片位于箱殼之外的圓盤位于箱殼之內(nèi)。
69.按照權(quán)利要求67所述的傳感器，其中箱殼是密封的。
70.按照權(quán)利要求69所述的傳感器，其中葉片和圓盤越過(guò)箱殼磁性聯(lián)接。
71.按照權(quán)利要求67所述的傳感器，其中調(diào)制器位于圓盤上。
72.按照權(quán)利要求71所述的傳感器，其中調(diào)制器位于圓盤的一側(cè)。
73.按照權(quán)利要求64所述的傳感器，其中光信號(hào)是通過(guò)施加應(yīng)變?cè)诶w維光學(xué)導(dǎo)線上而予以調(diào)制上。
74.按照權(quán)利要求73所述的傳感器，其中調(diào)制器包括結(jié)合在纖維光學(xué)導(dǎo)線上的纖維布萊格光柵。
75.按照權(quán)利要求73所述的傳感器，還包括聯(lián)接于旋轉(zhuǎn)器的永久磁體；裝接于箱殼的線圈；以及其中永久磁體和線圈在旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)成為磁性連接。
76.按照權(quán)利要求75所述的傳感器，其中磁性連接產(chǎn)生一電壓，該電壓導(dǎo)致以機(jī)械方式聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的壓電材料使纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)生壓縮和應(yīng)變。
77.一套管接箍定位器，其適于檢測(cè)設(shè)置在井孔之中的各套管接箍，包括纖維光學(xué)導(dǎo)線，其傳送光信號(hào)；磁性裝置，其適于在磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)磁性連接于一套管接箍；調(diào)制器，其功能上連接于磁性裝置；其中光信號(hào)當(dāng)磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)由調(diào)制器予以調(diào)制。
78.按照權(quán)利要求77所述的定位器，其中調(diào)制器是一光學(xué)干涉計(jì)。
79.按照權(quán)利要求77所述的定位器，其中磁性裝置在磁性裝置經(jīng)過(guò)一套管接箍時(shí)使調(diào)制器調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線并在調(diào)制器調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線時(shí)調(diào)制光信號(hào)。
80.按照權(quán)利要求79所述的定位器，其中每當(dāng)調(diào)制器成為調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線時(shí)脈沖經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線予以反射；以及探測(cè)裝置接收經(jīng)過(guò)反射的脈沖并從而識(shí)別對(duì)套管接箍的檢測(cè)。
81.按照權(quán)利要求77所述的定位器，其中光信號(hào)通過(guò)在纖維光學(xué)導(dǎo)線上施加應(yīng)變而予以調(diào)制。
82.按照權(quán)利要求81所述的定位器，其中調(diào)制器包括結(jié)合在纖維光學(xué)導(dǎo)線上的纖維布萊格光柵。
83.按照權(quán)利要求81所述的定位器，其中磁性裝置包括永久磁體和線圈。
84.按照權(quán)利要求81所述的定位器，其中磁性連接產(chǎn)生一電壓，該電壓導(dǎo)致以機(jī)械方式聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的壓電材料使纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)生壓縮和應(yīng)變。
85.按照權(quán)利要求77所述的定位器，其中調(diào)制器相對(duì)于纖維光學(xué)導(dǎo)線移動(dòng)以導(dǎo)致光信號(hào)的調(diào)制。
86.按照權(quán)利要求85所述的定位器，其中磁性裝置包括永久磁體和活動(dòng)磁體，而活動(dòng)磁體在磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)相對(duì)于永久磁體移動(dòng)。
87.按照權(quán)利要求86所述的定位器，其中活動(dòng)磁體的移動(dòng)導(dǎo)致調(diào)制器相對(duì)于纖維光學(xué)導(dǎo)線移動(dòng)。
88.按照權(quán)利要求87所述的定位器，其中活動(dòng)磁體由彈簧推壓到一靜止位置。
89.按照權(quán)利要求87所述的定位器，其中調(diào)制器包括一部件，該部件具有交替安放的黑色和白色導(dǎo)線。
90.一種測(cè)井方法，包括在包含至少一個(gè)纖維光學(xué)傳感器的井孔中配置測(cè)井設(shè)備；從纖維光學(xué)傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)；以及通過(guò)與纖維光學(xué)傳感器形成光學(xué)連通的纖維光學(xué)導(dǎo)線在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄椎孛妗?br> 91.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括井孔環(huán)境的至少一項(xiàng)測(cè)定結(jié)果。
92.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中數(shù)據(jù)包括測(cè)井設(shè)備的狀況。
93.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括在平滑導(dǎo)線或編織電纜其中之一內(nèi)配置纖維光學(xué)導(dǎo)線。
94.按照權(quán)利要求92所述的方法，還包括在導(dǎo)管中配置纖維光學(xué)導(dǎo)線。
95.按照權(quán)利要求94所述的方法，還包括經(jīng)由導(dǎo)管發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)至少一部位于井下的裝置。
96.按照權(quán)利要求95所述的方法，其中啟動(dòng)信號(hào)包括液壓信號(hào)。
97.按照權(quán)利要求96所述的方法，其中至少一部裝置包括封隔器、成型彈藥、流動(dòng)控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的其中之一。
98.按照權(quán)利要求94所述的方法，其中導(dǎo)管是管筒。
99.按照權(quán)利要求94所述的方法，其中導(dǎo)管是盤卷管筒。
100.按照權(quán)利要求94所述的方法，還包括將測(cè)井設(shè)備裝接于導(dǎo)管。
101.按照權(quán)利要求94所述的方法，還包括從位于井孔地面的卷軸處配置導(dǎo)管。
102.按照權(quán)利要求101所述的方法，還包括將卷軸定位在車輛上。
103.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括在同一井孔中多次配置和收回測(cè)井設(shè)備。
104.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括在光學(xué)連接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的探測(cè)裝置中接收數(shù)據(jù)。
105.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括從位于井孔地面處的發(fā)射器發(fā)射光信號(hào)到位于井下的調(diào)制器；以及調(diào)制光信號(hào)以致所述返回光信號(hào)印有數(shù)據(jù)。
106.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括將返回光信號(hào)反射回探測(cè)裝置，在所述信號(hào)包括編碼在其中的相關(guān)測(cè)定結(jié)果。
107.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中纖維光學(xué)傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、套管接箍定位器、流動(dòng)傳感器、化學(xué)性質(zhì)傳感器、氣體檢測(cè)傳感器、石油檢測(cè)傳感器、壓差傳感器、分布式應(yīng)變傳感器、檢漏器、加速計(jì)、音速儀、阻抗傳感器或電感傳感器的至少其中之一。
108.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到分布式溫度傳感器的作用。
109.按照權(quán)利要求108所述的方法，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到分布式應(yīng)變傳感器的作用。
110.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中纖維光學(xué)導(dǎo)線起到聲學(xué)陣列的作用。
111.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中多個(gè)纖維光學(xué)導(dǎo)線與測(cè)井設(shè)備形成光學(xué)連通。
112.按照權(quán)利要求90所述的方法，還包括經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)送光信號(hào)以啟動(dòng)至少一部位于井下的裝置。
113.按照權(quán)利要求112所述的方法，其中至少一部裝置包括封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的至少其中之一。
114.按照權(quán)利要求105所述的方法，其中調(diào)制包括施加應(yīng)變?cè)诶w維光學(xué)導(dǎo)線上。
115.按照權(quán)利要求105所述的方法，其中調(diào)制包括改變光學(xué)干涉儀中的光徑。
116.按照權(quán)利要求105所述的方法，其中調(diào)制包括相對(duì)于纖維光學(xué)導(dǎo)線移動(dòng)調(diào)制器。
117.一種計(jì)算井孔中流體流動(dòng)的方法，包括設(shè)置旋轉(zhuǎn)器，其適于在接觸于流經(jīng)井孔的各種流體時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)；以及按照旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)調(diào)制經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線傳送的光信號(hào)。
118.按照權(quán)利要求117所述的方法，其中調(diào)制步驟包括每次旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)使調(diào)制器調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線一次。
119.按照權(quán)利要求118所述的方法，還包括根據(jù)調(diào)制的頻率確定各井孔流體的速度。
120.按照權(quán)利要求117所述的方法，其中調(diào)制步驟包括在纖維光學(xué)導(dǎo)線上施加應(yīng)變。
121.按照權(quán)利要求120所述的方法，其中施加步驟包括建立關(guān)于旋轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)動(dòng)的磁性連接；以及生成一電壓，該電壓導(dǎo)致以機(jī)械方式聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的壓電材料使纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)生壓縮和應(yīng)變。
122.一種用于鑒別設(shè)置在井孔中的各套管接箍的位置的方法，包括設(shè)置一磁性裝置，其適于在磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)成為磁性連接于套管接箍；以及當(dāng)磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)調(diào)制經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線傳送的光信號(hào)。
123.按照權(quán)利要求122所述的方法，其中調(diào)制步驟包括當(dāng)磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)使調(diào)制器調(diào)準(zhǔn)于纖維光學(xué)導(dǎo)線。
124.按照權(quán)利要求122所述的方法，其中調(diào)制步驟包括在纖維光學(xué)導(dǎo)線上施加應(yīng)變。
125.按照權(quán)利要求124所述的方法，其中施加步驟包括當(dāng)磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)建立磁性裝置與套管接箍之間的磁性連接；以及生成一電壓，該電壓導(dǎo)致以機(jī)械方式聯(lián)接于纖維光學(xué)導(dǎo)線的壓電材料使纖維光學(xué)導(dǎo)線發(fā)生壓縮和應(yīng)變。
126.按照權(quán)利要求122所述的方法，其中調(diào)制步驟包括使調(diào)制器相對(duì)于纖維光學(xué)導(dǎo)線移動(dòng)。
127.按照權(quán)利要求126所述的方法，其中移動(dòng)步驟包括當(dāng)磁性裝置經(jīng)過(guò)套管接箍時(shí)相對(duì)于永久磁體移動(dòng)一活動(dòng)磁體。
128.按照權(quán)利要求127所述的方法，還包括使用彈簧推壓活動(dòng)磁體到靜止位置。
129.一種用在地下油井中的系統(tǒng)，包括一導(dǎo)管，從井孔地面伸向井底；一纖維光學(xué)導(dǎo)線，位于導(dǎo)管之內(nèi)；導(dǎo)管適于傳送啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)至少一部位于井下的裝置；纖維光學(xué)導(dǎo)線適于傳送光信號(hào)；以及其中導(dǎo)管傳送啟動(dòng)信號(hào)而纖維光學(xué)導(dǎo)線同時(shí)傳送光信號(hào)。
130.按照權(quán)利要求129所述的方法，其中啟動(dòng)信號(hào)包括液壓信號(hào)。
131.按照權(quán)利要求129所述的方法，其中光信號(hào)包括啟動(dòng)至少一部位于井下的裝置的信號(hào)。
132.按照權(quán)利要求129所述的方法，其中光學(xué)信號(hào)包括數(shù)據(jù)。
133.一種用于在地下油井中傳送信號(hào)的方法，包括設(shè)置導(dǎo)管，其從井孔地面伸向井底；在導(dǎo)管之內(nèi)設(shè)置纖維光學(xué)導(dǎo)線；經(jīng)由導(dǎo)管傳送啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)至少一部位于井下的裝置；以及與傳送啟動(dòng)信號(hào)步驟同時(shí)經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線傳送光信號(hào)。
134.一種系統(tǒng)，包括纖維光學(xué)導(dǎo)線；以及回應(yīng)于纖維光學(xué)導(dǎo)線中光信號(hào)的裝置，此裝置包括回應(yīng)于光信號(hào)的閥門；以及腔室，所述閥門控制腔室與井孔環(huán)境之間的流體連通。
135.按照權(quán)利要求134所述的系統(tǒng)，其中裝置包括示蹤劑注入裝置。
136.按照權(quán)利要求134所述的系統(tǒng)，其中裝置包括取樣裝置。
137.按照權(quán)利要求136所述的系統(tǒng)，其中取樣裝置包括一瓶器，該瓶器在開(kāi)啟閥門之前為真空。
138.一種測(cè)井系統(tǒng)，包括適于配置在井孔之中的設(shè)備；與設(shè)備形成光學(xué)連通的纖維光學(xué)導(dǎo)線；以及所述設(shè)備包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學(xué)傳感器、套管接箍定位器、流動(dòng)傳感器、化學(xué)性質(zhì)傳感器、伽馬射線儀、光學(xué)流體分析器、陀螺儀、水檢測(cè)傳感器、氣體檢測(cè)傳感器、石油檢測(cè)傳感器、壓差傳感器、光譜計(jì)、傾角儀、相對(duì)方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應(yīng)變傳感器、檢漏儀、加速計(jì)、音速儀、阻抗傳感器、電感傳感器、分光計(jì)、折射測(cè)定裝置、示蹤劑注入工具、封隔器、成形彈藥、流量控制閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的至少其中之一。
全文摘要
一種測(cè)井系統(tǒng)和方法，包括測(cè)井設(shè)備，其適于配置在井孔環(huán)境之中，此測(cè)井設(shè)備包含至少一部傳感器，該傳感器用于從事井孔環(huán)境的測(cè)定。所述傳感器是纖維光學(xué)傳感器，此系統(tǒng)包含光學(xué)連通于所述傳感器的纖維光學(xué)導(dǎo)線。由傳感器測(cè)定的數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上經(jīng)由纖維光學(xué)導(dǎo)線被傳送給地面。在地面處數(shù)據(jù)被處理成實(shí)時(shí)顯示。在一項(xiàng)實(shí)施例中，纖維光學(xué)傳感器是一種不需要電力或電池電源的無(wú)源傳感器。在另一實(shí)施例中，一端在地面處而另一端在井孔中的連續(xù)管筒裝接于測(cè)井設(shè)備并包含設(shè)置在其中的纖維光學(xué)導(dǎo)線。
文檔編號(hào)E21B47/10GK1723332SQ03824747
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者羅杰里奧·T·拉莫斯, 奈杰爾·萊格特 申請(qǐng)人:高速傳感器有限公司