專利名稱：可視化流體運(yùn)輸管道中的對(duì)象物體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供勘探或開采井中的或者運(yùn)輸流體(例如碳?xì)浠衔锘蛩梢后w)的管道中的對(duì)象物體的精確圖像的裝置和方法，并且提供精確確定所述對(duì)象物體的構(gòu)成材料的類型的可能性。
背景技術(shù)：
這里，采用術(shù)語“流體”表示分離或混和的任何形式的液體和/或氣體。
由于存在鹽溶液、泥漿、碳?xì)浠衔锖妥璧K可見光穿過的其它物質(zhì)，因此石油和天然氣的勘探井和開采井中的環(huán)境通常不允許使用視頻攝像機(jī)。結(jié)果，不存在能夠在這樣的條件下“看見”對(duì)象的裝置。術(shù)語“看見”表示進(jìn)行人眼可以立即或在稍后階段在例如觀察屏幕上觀察的圖像記錄。
這經(jīng)常導(dǎo)致對(duì)井形成情況和裝備的檢查、以及旨在去除勘探井和開采井中的不想要物體的打撈操作耗時(shí)且昂貴。
從US6 078 867，已知借助四臂(或更多臂)的井下測(cè)徑器(downholecalliper)和伽馬射線來產(chǎn)生井孔的三維圖像的系統(tǒng)。
從US 4 847 814，已知通過使用借助旋轉(zhuǎn)聲換能器執(zhí)行的對(duì)井孔的掃描而得到的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建三維圖像的系統(tǒng)。
EP 1070970描述了對(duì)來自井孔的物理量的三維重建的方法，其包括以下步驟通過測(cè)量作為深度的函數(shù)的第一物理量、隨后將其與第二項(xiàng)進(jìn)行比較，從而創(chuàng)建三維圖像。
WO 9935490描述了借助超聲波來描繪有襯井孔(lined borehole)的裝置和方法。
從US 5 987 385，已知借助大致安裝于鉆柱端段中的同一平面內(nèi)的幾個(gè)發(fā)送器/接收器產(chǎn)生的超聲波來創(chuàng)建井孔或井襯的周圍圖像的聲學(xué)測(cè)井工具。
US 4 821 728描述了用于展現(xiàn)超聲波掃描到的物體的三維圖像形成系統(tǒng)。
US 3 564 251描述了通過創(chuàng)建以裝置中心為中心的徑向圖，使用放射性輻射來建立關(guān)于從裝置到圍繞物(例如井壁)的距離的信息。
可用的輻射類型的范圍從無線電波經(jīng)可見光直到伽馬射線。無線電波形式的長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)(＞1×10-1m)太大而使得不能創(chuàng)建滿足所制定要求的聚焦圖像。伽馬射線形式的短波輻射(＜1×10-11m)具有提供足夠圖像質(zhì)量的波長(zhǎng)和能級(jí)，但是需要放射性材料形式的輻射源。這在本發(fā)明希望用于的環(huán)境中是不可能的。波長(zhǎng)在1×10-8m與1×10-11m之間的射線在圖像質(zhì)量和穿透相關(guān)流體的能級(jí)這兩方面都具有理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
由下面的說明和隨后的權(quán)利要求中闡述的特征來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。
對(duì)于傳感器、電子裝置、軟件和組件，所述裝置包括按新穎方式組合的已知技術(shù)和新穎技術(shù)。
在這種環(huán)境中可以“看見”在滿足對(duì)可能的材料損壞以及/或者丟落或固留在井孔中的不希望物體進(jìn)行識(shí)別和定位的需要的方面是非常有利的。
目前，由于井中的物質(zhì)通?；旌停允褂靡曨l攝像機(jī)在這種環(huán)境中“看見”的可能性非常有限。
根據(jù)本發(fā)明的裝置使得可以提供井下對(duì)象物體的圖像。本發(fā)明使用任何形式的高能光子源來照射對(duì)象物體以創(chuàng)建該物體的圖像。優(yōu)選地，使用發(fā)射波長(zhǎng)在1×10-11m(0.01納米)與1×10-8m(10納米)之間的高能光子的光源。
本發(fā)明的裝置可以集成在各種井下工具中，并使得可以在臨界操作(critical operation)期間獲得視覺信息。
優(yōu)選地，連續(xù)地將記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元，使得可以近似實(shí)時(shí)地產(chǎn)生圖像。
另選地，通過在連續(xù)的信號(hào)發(fā)送中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)引起適當(dāng)延遲，或者通過將測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在稍后(例如在將測(cè)量裝置從測(cè)量區(qū)域收回之后)收回的適當(dāng)介質(zhì)中，可以在對(duì)所記錄測(cè)量數(shù)據(jù)的延遲發(fā)送之后獲得圖像。
本發(fā)明的裝置提供了從對(duì)象物體收集光譜能量信息的可能性。結(jié)果，可以將該信息與包含所關(guān)注材料的類型的已知光譜分析信息的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較。
本發(fā)明的裝置包括從流體運(yùn)輸管道產(chǎn)生圖像所需要的部件，在所述流體運(yùn)輸管道中，由于普通的光不能穿透管道的流體內(nèi)含物，因此不能使用已知的視頻攝像機(jī)技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的原理是通過產(chǎn)生高能光子、所述高能光子隨后由于來自對(duì)象物體的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雙反射而被檢測(cè)到，從而產(chǎn)生井下對(duì)象物體的圖像。所述光子具有使其可以透射過電子密度低的材料(例如泥漿、鹽溶液、碳?xì)浠衔锏?的能量。將檢測(cè)到的反射光子轉(zhuǎn)換為可以顯示在觀察屏幕上的圖像。
該裝置包括以下主要部件●地面上的控制單元●地面上的控制單元與井下單元之間的信號(hào)/電力電纜。
●井下源和記錄單元。
另選地，該裝置包括以下主要部件●由定時(shí)開關(guān)、壓力傳感器、水聲接收器等控制其啟動(dòng)/停止的井下源和記錄單元。
●地面上的控制單元。


下面描述附圖中示出的優(yōu)選實(shí)施例的非限制性示例，在附圖中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式
井下單元10包括冷卻單元(沒有示出)、光源1和傳感器單元1a，傳感器單元1a包括散射限制孔5、閃爍器/放大器單元6以及電荷耦合器件(CCD)或光電二極管組件(PDA)7。光源1產(chǎn)生波長(zhǎng)大于1×10-11m(0.01納米)的高能光子2。這些高能光子2照射井下對(duì)象物體3。由于井下物體3的電子密度引起的雙反射4(即，反射、減速輻射、散射和/或康普頓散射)而得到的光子穿過孔5并與閃爍器/放大器單元6的表面互相作用。所得到的光子(其大部分由于閃爍器對(duì)入射的反射輻射的作用而具有大于1×10-8m(10納米)的波長(zhǎng))與CCD/PDA 7的單元組成互相作用，產(chǎn)生單元電荷，該單元電荷的大小和特性與輸入光子4的光譜能量強(qiáng)度成比例。
CCD/PDA 7的單元中產(chǎn)生的累積電荷收集在CCD 7中的保持緩沖器中，在CCD 7中的保持緩沖器中臨時(shí)存儲(chǔ)各個(gè)單元電勢(shì)。隨后通過控制/電力電纜9將該緩沖器的內(nèi)容發(fā)送給地面安裝的控制和顯示單元8，在此在觀察屏幕8a上顯示光柵圖像。此過程是連續(xù)的，每秒對(duì)CCD 7采樣并清除若干次。
可以從地面上的控制和顯示單元8來調(diào)整傳感器單元1a相對(duì)于源1的角度，以確定到對(duì)象物體的距離。
通過從CCD 7增大清除率，或者通過在地面上借助控制和顯示單元8來處理圖像，可以從顯示的圖像過濾掉由高能光子與井下流體(例如鹽溶液、泥漿和碳?xì)浠衔?互相作用而引起的任何全程衰減。
該裝置也提供從輸入光子4收集光譜能量信息的可能性。光子4攜帶著關(guān)于對(duì)象物體3中的原子的電子能級(jí)的信息。結(jié)果，可以相對(duì)于來自數(shù)據(jù)庫的相關(guān)材料類型的譜(這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制和顯示單元8中，或者可能存儲(chǔ)在與控制和顯示單元8通信的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(沒有示出)中)來處理接收到的能量譜的分布和幅度。用適當(dāng)?shù)南惹肮难b置(沒有示出)來執(zhí)行對(duì)要受到數(shù)據(jù)比較的圖像區(qū)域的選擇。
現(xiàn)有技術(shù)為井檢查設(shè)備的操作者提供的接收來自孔的精確視覺反饋的機(jī)會(huì)很少。結(jié)果，大多數(shù)操作是盲目執(zhí)行的，這耗時(shí)并必然伴有較高的材料損壞的風(fēng)險(xiǎn)。在極端情況下，必須除去井的內(nèi)含物，并將其替換為對(duì)視頻攝像機(jī)提供較好可視性的流體，這增加了井的總成本。
該裝置為操作者提供了直接的視覺反饋，而不需要對(duì)井狀態(tài)的任何干涉(即，對(duì)流體的替換和清潔)。相應(yīng)地，使用該裝置將大大減少為了進(jìn)行干預(yù)操作的勞動(dòng)和費(fèi)用。接收快速且真實(shí)的反饋的可能性代表了超出現(xiàn)有技術(shù)的重要優(yōu)點(diǎn)。
該裝置也提供從輸入光子4來收集光譜能量信息的可能性。這些光子4包含關(guān)于對(duì)象物體中的原子的電子能級(jí)的信息。這樣，可以將獲得的數(shù)據(jù)與已知的材料數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這意味著根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操作者可以指向并點(diǎn)擊對(duì)象物體，例如使其出現(xiàn)在產(chǎn)生的圖像中，并且，通過這樣做來獲得關(guān)于要檢查的材料的信息，例如結(jié)垢(scale)(污染)、油藏結(jié)構(gòu)檢查、鉆孔效果等。
對(duì)于希望不必將這些材料帶上地面以進(jìn)行更近的檢查和實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)就知道它們的組成的操作者，這些信息可能有無法估量的價(jià)值。這在其中將放射性結(jié)垢殘余帶到地面的可能性很高的結(jié)垢清除之前也可能是特別有益的。該裝置使得可以在清除這種結(jié)垢之前對(duì)其進(jìn)行檢查，從而操作者可以根據(jù)材料的性質(zhì)準(zhǔn)備容納區(qū)域。
由于該裝置的性質(zhì)和通過井下襯砌(liner)創(chuàng)建圖像的可能性，很明顯，還可以使用該裝置觀看后襯壁。
在很多情況下，在干預(yù)和鉆井操作期間物件落入井孔或堵在井孔中。已知的拉出或取出技術(shù)包括使用指示塊，將指示塊傳送到孔里以壓在落下或堵塞的物件上，從而獲得該物件的頂面的壓印。對(duì)指示塊上的壓印的檢查使得操作者可以選擇最適當(dāng)?shù)淖ト」ぞ邅砣〕鑫锛?br> 本發(fā)明的裝置可以快速地提供物體的動(dòng)態(tài)圖像，這提供了有利的信息，例如特定識(shí)別、對(duì)象物體的界面尺寸、污染淀積物、對(duì)井結(jié)構(gòu)的可能損壞和井狀況。由于其靈活性，也可以將該裝置集成在拉出工具中或直接連接到拉出工具，由此使得可以在單個(gè)操作中完成識(shí)別和拉出。
本發(fā)明的裝置可以有效地用于物件需要激活或取到地面的打撈操作。這樣，該裝置在成本和安全性方面提供了相當(dāng)可觀的好處，并向操作者提供了在執(zhí)行操作時(shí)接收視覺反饋的可能性。因此，將減少材料損壞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以增大執(zhí)行操作的速度?？梢詫⒃撗b置用作傳送裝置來運(yùn)送其他傳感器，例如溫度、壓力和流量傳感器組件，從而形成井下診斷工具。
權(quán)利要求
1.一種用于記錄和顯示流體運(yùn)輸管道中的對(duì)象物體(3)的圖像并且識(shí)別該對(duì)象物體(3)的材料類型的裝置，其特征在于，該裝置包括——井下單元(10)，配備有被設(shè)置為發(fā)射高能光子(2)的光源(1)，并且，該井下單元(10)進(jìn)一步配備有被設(shè)置為登記從對(duì)象物體(3)反射的光子(4)的傳感器單元(1a)；以及——配備有信號(hào)發(fā)送裝置(9)和觀察屏幕(8a)的控制和顯示單元(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光源被設(shè)置為發(fā)射波長(zhǎng)在1×10-11m即0.01納米與1×10-8m即10納米之間的高能光子(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器單元(1a)包括散射限制孔(5)、放大器單元(6)、以及被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生單元電荷的圖像登記裝置(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述圖像登記裝置(7)是電荷耦合器件或者光電二極管組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制和顯示單元(8)進(jìn)一步包括用于選擇圖像的裝置、到材料數(shù)據(jù)庫的連接部、以及用于比較圖像的處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)送裝置是信號(hào)/電力電纜(9)或者針對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置的讀取單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳感器單元(1a)相對(duì)于光源(1)的角度可以改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述傳感器單元(1a)相對(duì)于光源(1)的角度可以通過來自位于地面的控制和顯示單元的遠(yuǎn)程控制而改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述井下單元(10)通過信號(hào)/電力電纜(9)連接到位于地面的控制和顯示單元(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述井下單元(10)連接到井下工具或者集成在井下工具中。
11.一種記錄和顯示流體運(yùn)輸管道中的對(duì)象物體(3)的圖像并且識(shí)別該對(duì)象物體(3)的材料類型的方法，其特征在于——從光源(1)向?qū)ο笪矬w(3)發(fā)射高能光子(2)；——配備有散射限制孔(5)、放大器(6)和圖像登記裝置(7)的傳感器(1a)對(duì)反射的光子(4)進(jìn)行登記，在所述圖像登記裝置(7)中，產(chǎn)生經(jīng)由集成在其中的緩沖存儲(chǔ)器發(fā)送到控制和顯示單元(8)的單元電荷；——在控制和顯示單元(8)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并將其作為圖像顯示在屏幕上；——將由此選擇的圖像區(qū)域數(shù)據(jù)與材料數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較以確定對(duì)象物體(3)的材料組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述高能光子(2)的波長(zhǎng)在1×10-11m即0.01納米與1×10-8m即10納米之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，近似實(shí)時(shí)地將圖像數(shù)據(jù)從圖像登記裝置(7)發(fā)送到控制和顯示單元(8)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在任意的時(shí)間延遲之后將圖像數(shù)據(jù)從圖像登記裝置(7)發(fā)送到控制和顯示單元(8)。
全文摘要
一種用于記錄和顯示流體運(yùn)輸管道中的對(duì)象物體(3)的圖像并識(shí)別該對(duì)象物體(3)的材料類型的裝置，其中，該裝置包括配備有被設(shè)置為發(fā)射高能光子(2)的光源(1)的井下單元(10)，并且，該井下單元(10)進(jìn)一步配備有被設(shè)置為登記從對(duì)象物體(3)反射的光子(4)的傳感器單元(1a)。該裝置進(jìn)一步包括配備有信號(hào)發(fā)送裝置(9)和觀察屏幕(8a)的控制和顯示單元(8)。此外，還公開了對(duì)通過使用該裝置來記錄并顯示對(duì)象物體(3)的圖像的方法的描述。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1846128SQ200480024887
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者艾納·拉姆斯塔, 菲爾·蒂格 申請(qǐng)人:海上資源集團(tuán)有限公司