專利名稱：測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量管道內(nèi)部尺寸的裝置。本發(fā)明的測量裝置在油田領(lǐng)域的具體應用涉及測量烴井筒的內(nèi)部尺寸。
背景技術(shù)：
在鉆出烴井并確保安全后，通常進行測井操作。測井操作用于測量烴井地質(zhì)儲層的各種參數(shù)(例如不同深度的電阻系數(shù)、孔隙度等)和井筒內(nèi)的各種參數(shù)(例如不同深度處的溫度、壓力、流體類型、流體流量等)。這樣的測量通過測井工具進行。通常，測井工具包括至少一個傳感器(例如電阻系數(shù)探測器、機械探測器、伽馬射線中子探測器、加速度儀、壓力傳感器、溫度傳感器等)并測量至少一個參數(shù)。它可以包括多個相同或不同的對一個或多個參數(shù)敏感的傳感器。
全部沿著井筒的井筒尺寸是重要參數(shù)，原因如下第一，烴井被鉆出后，井筒是充滿鉆井泥漿的裸眼井筒。通常，井筒通過水泥膠結(jié)作業(yè)下套管。為了正確地設計水泥膠結(jié)作業(yè)，鉆井工程師需要測量井筒尺寸作為井筒狀況和鉆井泥漿維持井筒穩(wěn)定程度的量化表示。
第二，當給井筒下套管(也被熟知為套管)或下管道(也被熟知為管道)，測井工具在井筒內(nèi)上下移動以收集關(guān)于各種參數(shù)的數(shù)據(jù)。為了避免在井筒內(nèi)阻塞測井工具，測井操作需要足夠直徑的井筒。因此，測井工程師需要測量井筒尺寸作為井筒潛在變形、皺曲或摩擦的量化表示。
第三，井筒測量與其它測量一起可用于確定井筒的其它特征值。例如，井筒尺寸和流體速度測量(例如通過紡錘形流量計)使得能夠計算井筒流體流動流量。
在當今的測井工具中，管道或套管直徑的測量是基于電動機械裝置或超聲裝置，即熟知為測徑儀。
電動機械測井儀把機械臂的徑向開口轉(zhuǎn)換為平移運動，其被至少一個線性變量差接變壓器(LVDT)探測到，并提供一個或兩個方向的完井尺寸。多個測徑儀也可以被用于提供管道或套管多個點的測量(也被熟知為多臂或多指測徑儀)。
超聲測徑儀利用高頻聲波測量套管或管道的內(nèi)部直徑。轉(zhuǎn)換器(在傳送模式下)發(fā)射高頻脈沖，該高頻脈沖被套管或管道壁反射回轉(zhuǎn)換器(在接收模式下)。從這個回波穿行的時間和流體聲速確定直徑。可以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生井筒尺寸的橫截面和井壁全部覆蓋的圖像。
兩種類型的測徑儀與合適的獲取系統(tǒng)一起提供測徑儀測井，它代表沿著井筒深度測得井筒直徑。
電動機械和超聲波測徑儀包括當在惡劣環(huán)境(在井下很普通的高溫或高壓)下使用時引起的可靠性問題的電子系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，它在惡劣條件下比現(xiàn)有的測徑儀更可信。根據(jù)本發(fā)明，測量裝置是光學測徑儀，它包括光學傳感器，該光學傳感器提供了對應于井筒內(nèi)部尺寸的響應，該光學傳感器與光纖聯(lián)接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，光學傳感器包括聯(lián)接到與井筒臂接觸的測徑儀臂上的布拉格光柵。
根據(jù)第一個實施例的第一個備選方案，尺寸測量包括由于測徑儀臂的移動而產(chǎn)生的布拉格光柵延長/壓縮操作。更確切地說，該裝置包括-至少一個臂，其與井筒內(nèi)徑相接觸，-光學傳感器，包括內(nèi)接在光纖的一部分上的布拉格光柵，所述臂通過第一聯(lián)接點聯(lián)接到所述光纖的一部分上，使得臂的運動延長/壓縮所述光纖的一部分，和-光學傳感器的響應是由于包括布拉格光柵的所述光纖的一部分的延長/壓縮引起的所述光纖的一部分的折射率調(diào)制修正的測量。
可選擇地，該裝置還包括附加臂以改變臂的徑向位移，所述附加臂聯(lián)接到第一聯(lián)接點。
根據(jù)第一個實施例的第二個備選方案，所述尺寸測量包括由于支撐布拉格光柵的臂的彎曲而產(chǎn)生的布拉格光柵延長/壓縮操作。更確切地說，該裝置包括
-柔性臂，與井筒內(nèi)壁相接觸，該臂與光纖聯(lián)接，-光學傳感器，包括內(nèi)接在光纖的一部分上和設置在柔性臂上的布拉格光柵，所述光纖的一部分通過第一和第二聯(lián)接點聯(lián)接到柔性臂上，所述的聯(lián)接點包圍所述部分，從而柔性臂的彎曲延長/壓縮所述光纖的一部分，和-光學傳感器的響應是由于包括布拉格光柵的所述光纖的一部分的延長/壓縮引起的包括布拉格光柵的所述光纖的一部分的折射率調(diào)制修正的測量。
根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例，光學測徑儀包括容納吸收流體的外殼，其中，與井筒臂相接觸的測徑儀臂穿過所述吸收流體。所述尺寸測量是基于經(jīng)過吸收測量的光強度的調(diào)制。更確切地說，該裝置包括-光學傳感器，它包括填有光吸收流體并聯(lián)接到光纖上的密封外殼，-與井筒內(nèi)壁相接觸的臂，該臂聯(lián)接到密封的外殼上，在臂的末端包括與光吸收流體相接觸的反射鏡，所述反射鏡對著光纖末端，-所述光學傳感器的響應是從光纖末端穿過吸收流體并由反射鏡反射回到光纖末端的光束的反射強度。
根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例，光學測徑儀包括光學元件，其用于向著井筒壁發(fā)射光束并探測反射的線偏振光束的位置。所述尺寸測量是基于在光探測器表面上對反射的線偏振光束的位置的測量。更確切地說，該裝置包括-窗口和反射元件，它們聯(lián)接到光纖上，以便向著井筒內(nèi)壁的方向發(fā)射線偏振光束，使其以特定角度穿過窗口。
-光學傳感器，其包括空間敏感光探測器，用于接收來自井筒內(nèi)壁的反射的光束，和-光學傳感器的響應是反射的線偏振光束在空間敏感光探測器上的位置。
根據(jù)本發(fā)明的光學測徑儀的不同實施例確保了高的分辨率，小的底座，改進的可靠性，并能用在傳統(tǒng)的電子裝置無法運行的惡劣環(huán)境(例如高溫)。
當光學測徑儀用于多臂應用中或在旋轉(zhuǎn)測徑儀應用中，光學測徑儀允許在整個圓周上全部覆蓋地掃描井筒直徑。因此，光學測徑儀提供了井筒內(nèi)部尺寸的信息，也提供了完整性的信息(例如潛在損害，腐蝕現(xiàn)象或井筒壁上的孔)。
本發(fā)明的光學測徑儀提供了絕對位置測量，并可用于多個應用中，即單個測徑儀結(jié)構(gòu)或多臂測徑儀結(jié)構(gòu)。
此外，如果選擇的傳輸波長正確，例如靠近IR傳輸間隔內(nèi)的標準，光學測徑儀可以被用于遙測。因此，所有的用于信號產(chǎn)生、獲取和處理電子元件在表面，而只有被動的光學元件在井下。
此外，本發(fā)明涉及測量井筒內(nèi)部尺寸的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個根據(jù)任何一個實施例測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，每個裝置與至少一個光纖相連并多路操作。
最后，該發(fā)明也涉及測量井筒至少一個參數(shù)的測井工具。根據(jù)任何一個實施例，測井工具包括至少一個用于測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置。


本發(fā)明通過實例的方式闡述，并不限于附圖，其中相似的附圖標記表示相似部件。
附圖1示意性地示出了本發(fā)明的測井系統(tǒng)；附圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的包括測徑儀工具的工具；附圖2B和2C示意性地示出了本發(fā)明第一個實施例的原理；附圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的備選方案的工具；附圖4代表了測量實施例，該實施例示出了測徑儀開口和通過根據(jù)附圖3的備選方案的工具測得變形之間的相互關(guān)系；附圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的光學傳感器；附圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的光學傳感器；具體實施方式
附圖1示意性地示出了適于在井筒WB中進行測井操作的測井系統(tǒng)LS。
井筒可以是裸眼井，套管或管道。它可以經(jīng)受變形DF，腐蝕CR，射孔(perforation)PF等的影響井筒壁WBW進而影響井筒內(nèi)部尺寸的現(xiàn)象。井筒通常被提供有井口WH和填料盒SB。填料盒提供了在井筒內(nèi)配置測井系統(tǒng)的密封，井筒通常被施加壓力，而測井系統(tǒng)LS通常部分地處于大氣壓力下。
測井系統(tǒng)LS包括測井工具1。有利地是，測井工具包括扶正器(centralizer)5，通常包括聯(lián)接到工具1和尾端5′的多個機械臂6、7等。機械臂可以被徑向配置以便與井筒壁相接觸，用于確保井筒內(nèi)的工具的正確定位(例如沿著井筒的中心軸)。此外，機械臂包括用于測量井筒內(nèi)部尺寸(例如直徑)的測徑儀。
測井工具聯(lián)接到光纖線路2上，該線路通過相配的地面設備(例如車輛3和相應的配置系統(tǒng))配置在井筒內(nèi)。測井工具1收集的與烴地質(zhì)儲層(hydrocarbon geological formation)GF或井筒WB相關(guān)的數(shù)據(jù)可以實時傳輸?shù)降孛?，例如傳輸?shù)窖b配有合適的數(shù)據(jù)收集和分析計算機和軟件的車輛3。
光纖線路2可以在光纜內(nèi)的被保護遠離井筒潛在的惡劣環(huán)境(腐蝕流體，高溫和高壓等......)。
附圖2A、2B、2C和3涉及根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的光學測徑儀。
本發(fā)明的第一個實施例包括一光學傳感器，它把進入的光調(diào)制成測徑儀臂的位置的函數(shù)。測徑儀臂的機械運動引發(fā)了光學傳感器的光學相應的修正。
有利地，光學傳感器包括光纖，所述光纖的一部分包括布拉格光柵(Bragg grating)。
當聯(lián)接到測徑儀臂時，光學傳感器構(gòu)成轉(zhuǎn)換器。
包括布拉格光柵的光纖部分由至少兩個圍繞布拉格光柵的聯(lián)接點聯(lián)接到工具(例如工具體，測徑儀臂)上，因此測徑儀的任何位移都會導致兩個聯(lián)接點之間的距離的改變。兩個聯(lián)接點之間的距離與測徑儀臂的位置相關(guān)，從而與井筒尺寸相關(guān)。聯(lián)接到測徑儀臂的包括布拉格光柵的光纖部分用于調(diào)制光的波長，使其作為井筒內(nèi)測徑儀臂的位置的函數(shù)。光纖攜帶了進入的光和調(diào)制的輸出光的信息。
光學傳感器可以被“要求”成全部光學地并遠離地面設備?？晒┻x擇地，光纖也可把轉(zhuǎn)換器聯(lián)接到工具內(nèi)的電子線路上。電子線路執(zhí)行光學信號的探測，處理產(chǎn)生的電信號，通過常用的遙測系統(tǒng)發(fā)射到地面。
根據(jù)附圖2A到2C示出的第一個備選方案，在兩個聯(lián)接點之間包括布拉格光柵的光纖的延長/壓縮通過附加臂獲得。
根據(jù)附圖3的第二個備選方案，在兩個聯(lián)接點之間包括布拉格光柵的光纖的延長/壓縮通過柔性臂獲得。
附圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的光學測徑儀。工具101包括扶正器105。扶正器105包括四個機械臂106，107，108，109，它們通過樞軸聯(lián)接到工具101和尾端105′上。每個機械臂可以徑向設置以便與井筒壁WBW相接觸。例如，機械臂106包括第一部分106A，它穿過樞軸聯(lián)接106B聯(lián)接到第二部分106C。樞軸聯(lián)接106B與井筒壁相接觸。扶正器確保工具沿著井筒的中心軸ZZ′定位。第一部分106A穿過樞軸聯(lián)接到附加臂110。附加臂聯(lián)接到光纖111上。光纖上提供有布拉格光柵112。光纖通過第一聯(lián)接點CP1聯(lián)接到附加臂110上，通過第二個聯(lián)接點CP2聯(lián)接到部分工具101上。附加臂110把機械臂106的徑向位移轉(zhuǎn)換成在第一個CP1和第二個CP2聯(lián)接點之間拉伸光纖111的平移運動。
有利地，光纖111可以通過任何可能的聯(lián)接技術(shù)聯(lián)接，例如通過玻璃燒結(jié)釬焊或粘接技術(shù)。在上面描述的實施例中，光纖通過聯(lián)接點CP2聯(lián)接到工具101上。然而，假定當機械臂經(jīng)歷運動時包括布拉格光柵的光纖部分能夠延伸，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然通過全部沿著光纖聯(lián)接多個點或聯(lián)接光纖和臂也能實現(xiàn)相同結(jié)果。
此外，在上面描述的實施例中，聯(lián)接點對應于布拉格光柵的兩個末端。然而，假定聯(lián)接點CP1、CP2在布拉格光柵112的兩邊時，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然當聯(lián)接點在遠離布拉格光柵末端的位置時，也能實現(xiàn)同樣的效果。
由附圖2B和2C功能性地表示的光學測徑儀操作如下。
為了清楚起見，附圖2B和2C僅示出一個臂106。
布拉格光柵112直接內(nèi)接在光纖111內(nèi)。布拉格光柵是光纖111的折射率的調(diào)制。光纖聯(lián)接到合適的光發(fā)射和探測裝置(未示出)，該裝置發(fā)射具有特定波長區(qū)間的線偏振光束，并探測反射光的中間波長。反射光的中間波長由布拉格光柵的傾角確定。在應變的影響下，折射率調(diào)制被修正，這導致中間波長的移動。
當工具在井筒內(nèi)運行時，與井筒壁相接觸的臂106的徑向位移被轉(zhuǎn)換成附加臂110的平移。機械臂的端部聯(lián)接在擁有布拉格光柵的光纖上，布拉格光柵作為測徑儀開口的函數(shù)延長。附圖2B示出了在正常狀況下，也就是最優(yōu)的內(nèi)部尺寸下，相應于井筒壁WBW的第一個延長el1。附圖2C示出了井筒壁具有局部變形DF的情況下，也就是減少的內(nèi)部尺寸下，相應于井筒壁WBW的第二個延長el2。那么通過探測中間波長的移動可探測到平移位移。
各種臂位移的機構(gòu)應當被控制為確保測量的準確性。的確，光纖的全部長度為10cm，可能的平移運動少于大約1mm(通常光纖的最大延長量在1％之下)。因此，需要控制力學以便使附加臂110的全部偏移少于1mm。
可以進行校準以把布拉格光柵的延長與測徑儀臂的開口關(guān)聯(lián)起來。
附圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的備選方案的光學測徑儀。
工具201包括扶正器205。扶正器205包括四個機械臂(附圖中可以看到三個)206、207、208，它們通過樞軸聯(lián)接到工具201和尾端205′。每個機械臂可以被徑向配置以便與井筒壁WBW相接觸。例如，機械臂206包括第一部分206A，第二部分206B和第三部分206C。第二部分206B是柔性部分，例如通過適當?shù)穆?lián)接方式(例如螺栓或類似方式)聯(lián)接到第一206A和第三206C部分的彈簧刀片。第二部分206B與井筒壁相接觸。扶正器確保沿著井筒的中心軸ZZ′定位所述工具。
機械臂206聯(lián)接到光纖211(用虛線示出)上。光纖上提供有布拉格光柵212(布拉格光柵的區(qū)域用點劃線圍繞)。光纖211可以直接聯(lián)接到臂206上。可供選擇地，光纖可以裝配在臂的合適的槽、空腔或孔內(nèi)(未示出)。
優(yōu)選地，布拉格光柵直接聯(lián)接在測徑儀臂206的彈簧刀片206B上(例如通過粘接技術(shù))。布拉格光柵直接被彈簧刀片的彎曲影響。彎曲與測徑儀臂的開口相關(guān)。
布拉格光柵212直接內(nèi)接在光纖211內(nèi)。布拉格光柵是光纖211的折射率的調(diào)制。光纖聯(lián)接到合適的光發(fā)射和探測設備(未示出)，該裝置發(fā)射具有特定波長區(qū)間的偏振光束，并探測到反射光的中間波長。反射光的中間波長是由布拉格光柵的節(jié)距確定。在由彈性刀片的彎曲產(chǎn)生的應變的影響下，改變了折射率調(diào)制，這導致中間波長的轉(zhuǎn)變。
布拉格光柵也可以在被聯(lián)接到臂之前被包裝。
可以進行校準以便把布拉格光柵的光學響應與測徑儀臂的開口相關(guān)聯(lián)起來。
附圖4表示了測量實施例，它示出了光學測徑儀測量OCM(每個測量由點表示)和用前面描述的光學測徑儀沿著井筒壁測得的井筒直徑WBD(由線表示)之間的相互關(guān)系。
在以上描述的兩種結(jié)構(gòu)中，應當注意到布拉格光柵指數(shù)依賴于溫度。因此，當在溫度變化的環(huán)境中測量尺寸時補償溫度變化是可能的。可以使用任何傳感器進行溫度測量，尤其是布拉格光柵溫度傳感器可以用于測量溫度并補償光學測徑儀的變形。
以上描述的兩種光學測徑儀結(jié)構(gòu)可以設置在至少多臂工具的一個臂上或多手指測徑儀工具上。有利地，通過聯(lián)接到地面設備的一個或多個光纖，多路復用技術(shù)用于進行全部測量(用于確定井的溫度和光學測徑儀補償?shù)膽儨y量和溫度測量)。這可以通過分布在工具內(nèi)不同光纖上的光學測徑儀的一系列聯(lián)接器或多路器實現(xiàn)。另一個結(jié)構(gòu)在每個光纖上實現(xiàn)了多個傳感器，全部的傳感器被分配在工具上的至少一個光纖上。
在以上描述的第一個實施例中，尾端和臂之間或臂與工具之間是樞軸聯(lián)接。然而，可以使用其它任何類型的聯(lián)接鉸鏈，自對位軸承，槽舌接合，滑動等......此外，剛性或柔性臂僅僅是作為例子給出，可以由任何其它具有相同功能的機械元件(例如板簧)替換。
附圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的光學傳感器。
本發(fā)明第二個實施例包括光學傳感器，其中進入吸收流體的偏振光束的吸收依賴于測徑儀臂的位置。
通過與結(jié)合附圖2描述的方式相似的方式，與井筒內(nèi)壁相接觸的測徑儀臂306的徑向位移通過附加臂310轉(zhuǎn)換成平移位移。
光學傳感器包括充滿吸收流體312′并聯(lián)接到光纖311A的密封外殼312。密封外殼312設置在測井工具內(nèi)。附加臂310聯(lián)接到密封外殼312，且臂的末端穿入密封外殼內(nèi)。附加臂包括在末端與光吸收流體312′相接觸的反射鏡313A，反射鏡面對著光纖末端311A′。反射鏡設置在或聯(lián)接在附加臂的末端，以便反射光纖的進入的線偏振光束。
光學傳感器的響應是線偏振光束的反射強度，該線偏振光束從光纖末端出發(fā)穿過吸收流體并被反射鏡反射回光纖末端。
有利地，參考光纖311B也聯(lián)接到密封外殼312，并提供一光束作為參考光束。該參考光束被第二個反射鏡313B反射，該反射鏡聯(lián)接到外殼的另一邊對著光纖末端311B′。參考光束補償能夠影響絕對強度測量的所有因素(隨著溫度和壓力流體折射率和吸收系數(shù)的變化，由于使用而產(chǎn)生的流體性質(zhì)的變化，線纜或聯(lián)結(jié)器阻尼的變化，等)。
兩個光纖可以通過光學聯(lián)接器(未示出)聯(lián)接在一起。測量光束和參考光束可以使用例如WDM技術(shù)(波長分開多路復用)在兩個不同波長上編碼。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然也可以通過其它的多路復用技術(shù)實現(xiàn)，例如TDM技術(shù)(時間域多路復用)。
測徑儀開口基于強度的測量操作如下。
測量光束通過吸收流體經(jīng)歷了線性變化的衰減。衰減取決于測量光束在外殼內(nèi)的路徑長度，所述路徑長度取決于另外臂反射鏡在外殼內(nèi)的位置(這個位置直接與測徑儀開口相關(guān))。
流體介質(zhì)被選擇為其吸收系數(shù)在進入光的波長區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生大的動態(tài)范圍內(nèi)的光學信號(例如覆蓋了另外臂的最小和最大振幅)。由于流體產(chǎn)生的吸收遵循比爾朗伯法則(Beer Lambert law)A＝ε×l×c，其中A是吸光率，ε是摩爾吸光系數(shù)，l是穿過流體的光學光束的路徑長度，c是吸收物質(zhì)的濃度。
可供選擇地，也可以使用其它不遵循比爾朗伯法則的光吸收流體。
參考光束被用于校準變量損失。
參考和測量光束都通過吸收流體到達它們各自的反射鏡并在反射鏡上被反射回它們各自的光纖。
當測徑儀臂平移時，偏振光束在外殼內(nèi)的運行長度改變。吸收隨著其它臂的位移線性變化。有利地，對于測徑儀臂的最小振幅，測量光束的吸收等于參考光束的吸收。對于最大振幅，測量光束的吸收與參考光束的吸收(光學光束穿行了吸收流體的減少的厚度)相比重要程度低。臂的平移與測量吸收之間的關(guān)系是線性的。
第二個實施例也允許多個光學測徑儀的多路復用。具體地說，不同的測徑儀臂可以在不同波段上編碼。有利地，單個參考光束可以用于全部光學測徑儀的測量。
以上描述的第一和第二實施例提供了機械臂絕對位置的測量，非常適用于用在油田應用的測徑儀工具中。
由于光學測量的底座小，光學測徑儀提供了緊湊的工具。
此外，光學測徑儀是少電子的(出現(xiàn)在井筒的部分)，可以通過光纖遠程詢問。因此，光學測徑儀比現(xiàn)有技術(shù)的測徑儀更可靠，尤其是在惡劣環(huán)境下。
附圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的光學傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的光學測徑儀的第三個實施例包括光學傳感器，它向井筒臂發(fā)射偏振光束，并在空間敏感光探測器上測量反射偏振光束的位置。
光學測徑儀包括窗口402。窗口402形成在工具401的壁上。窗口基本上與井筒的內(nèi)壁WBW平行。
光學測徑儀還包括通過校準元件412與光纖411聯(lián)接的反射元件403。光學測徑儀向著井筒內(nèi)壁的方向發(fā)射校準偏振光束，使其以特定的角度α(約定角度α是存在于偏振光束和井筒壁垂線之間的角度)穿過窗口。所述光束朝向窗口402被井筒壁反射的。光學測徑儀包括設置在工具401內(nèi)窗口后的光學傳感器404。光學傳感器404包括空間敏感光探測器，用來接收來自井筒內(nèi)壁的反射偏振光束。
反射光束在光探測器上的位置L通過L＝Dtan(α)給出。對于給定的角度α，光束點在光探測器上的位置L給出了光探測器和井筒壁之間的距離D的測量。依賴于工具內(nèi)光探測器的已知位置，距離D能夠確定井筒的內(nèi)部尺寸。
作為例子，當α＝30°，L＝12mm時，井筒直徑2D是43mm，當L＝51mm時，井筒直徑是178mm。距離D的1mm的變化導致光束位移ΔL變化288微米。在這個實施例中，光探測器包括200個每個尺寸都小于200微米的探測器，它們一起疊放在光電二極管陣列或CCD(充電聯(lián)接裝置)上，能夠測量43mm到178mm的井筒直徑。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然所述裝置特性可以適用于擴大的直徑范圍。
為了避免流體導致的偏振光束衰減，根據(jù)第三個實施例的光學測徑儀優(yōu)選用于包含清潔流體(例如氣井)的井筒。
已經(jīng)描述了將光學測徑儀應用到烴井的本發(fā)明的具體應用。然而，本發(fā)明也適合于任何管道(水管，溝管等......)的任何內(nèi)部直徑的測量。
以上附圖和它們的說明用于解釋而不是限制本發(fā)明。
權(quán)利要求中的任何附圖標記不應當理解為限制權(quán)利要求。詞語“包括”不排除出現(xiàn)其它沒有列在權(quán)利要求中的元件。在元件之前的詞語“一”或“一個”不排除出現(xiàn)多個這樣的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其包括適于設置在井筒內(nèi)的工具(101，201，401)，其中，所述工具包括光學測徑儀，該光學測徑儀包括提供了關(guān)于井筒內(nèi)部尺寸的響應的光學傳感器(112；212；312，312′；402，404，412)，該光學傳感器聯(lián)接到光纖(111；211；311A，311B；411)上。
2.如權(quán)利要求1所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述光學傳感器包括聯(lián)接到與井筒壁(WBW)相接觸的測徑儀臂(106，110；206B)上的布拉格光柵(112；212)。
3.如權(quán)利要求2所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述裝置包括-至少一個臂(106)，其與井筒內(nèi)壁(WBW)相接觸，-所述光學傳感器包括內(nèi)接在光纖(111)的一部分中的布拉格光柵(112)，所述壁通過第一個聯(lián)接點(CP1)聯(lián)接到所述光纖的一部分，使得臂的運動延長/壓縮所述光纖的一部分，和-光學傳感器的響應是由于所述部分的延長/壓縮而引起的包括布拉格光柵(112)的所述光纖的一部分的折射率調(diào)制修正的測量。
4.如權(quán)利要求3所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述裝置還包括用于改變所述臂(106)的徑向位移的附加臂(110)，所述附加臂聯(lián)接到第一個聯(lián)接點(CP1)。
5.如權(quán)利要求2所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述裝置包括-與井筒內(nèi)壁(WBW)相接觸的柔性臂(206B)，該臂(206B)聯(lián)接到所述光纖(211)上。-所述光學傳感器包括內(nèi)接在所述光纖(211)的一部分中并設置在柔性臂(206B)中/上的布拉格光柵(212)，所述光纖的一部分通過至少第一(CP1)和第二聯(lián)接點(CP2)聯(lián)接到所述柔性臂上，所述聯(lián)接點環(huán)繞所述部分，從而柔性臂的彎曲延長/壓縮所述光纖的一部分，和-所述光學傳感器的響應是由于所述部分的延長/壓縮而引起的包括布拉格光柵(212)的所述光纖的一部分的折射率調(diào)制修正的測量。
6.如權(quán)利要求1所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中-所述光學傳感器包括充滿光吸收流體(312′)并聯(lián)接到光纖(311A)的密封外殼(312)，-與井筒內(nèi)壁相接觸的臂(306，310)，所述臂(306，310)與密封外殼相聯(lián)接，并在臂的末端包括與光吸收流體相接觸的反射鏡(313A)，該反射鏡面對光纖的末端(311A′)，和-所述光學傳感器的響應是線偏振光束的反射強度，其中，該光束從光纖末端穿行通過吸收流體并被反射鏡反射回光纖末端。
7.如權(quán)利要求6所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述密封外殼(312)還聯(lián)接到參考光纖(311B)上，并包括面向參考光纖末端(311A′)的第二反射鏡(313B)。
8.如權(quán)利要求1所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中-窗口(402)和反射元件(403)聯(lián)接到光纖(411)上，以便線偏振光束向著井筒內(nèi)壁的方向發(fā)射，并以特定角度(α)穿過窗口(402)，-光學傳感器包括空間敏感光探測器(404)，該探測器接收來自井筒內(nèi)壁的反射線偏振光束，和-光學傳感器的響應是反射線偏振光束在空間敏感光探測器上的位置(L)。
9.如權(quán)利要求8所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其中，所述窗口(402)基本上與井筒內(nèi)壁(WBW)平行。
10.一種用于測量井筒內(nèi)部尺寸的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括多個如前述權(quán)利要求中任何一項所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，每個裝置聯(lián)接到至少一個光纖上并多路操作。
11.一種用于測量至少一個井筒參數(shù)的測井工具，其中該測井工具包括至少一個如前述權(quán)利要求中任何一項所述的測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量井筒內(nèi)部尺寸的裝置，其包括適于配置在井筒內(nèi)的工具(1)。該工具包括光學測徑儀(312)，該光學測徑儀包括提供關(guān)于井筒內(nèi)部尺寸的響應的光學傳感器，該光學傳感器聯(lián)接到光纖(311A)上。
文檔編號E21B47/08GK101057060SQ200580039048
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者勞倫特·普勞沃斯特, 弗雷德里克·卡爾布, 卡羅萊娜·多特里切, 皮埃爾·莫格特, 克里斯廷·奧西巴爾 申請人:普拉德研究及發(fā)展公司