專利名稱：檢測來自井系統(tǒng)的聲音信號的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測來自井系統(tǒng)的聲音信號。
背景技術(shù)：
可將處理流體注入到地層(subterranean formation)中，以便于從地層生成流體 資源。例如，可使用加熱的處理流體(即，熱傳導(dǎo)流體)，例如蒸汽，來降低地層中的流體資 源的黏性，從而資源能夠更加自如地流入井眼中并流到地面。在另一實例中，可將處理流 體注入到一個或多個注入井眼中，以將地層中的流體資源驅(qū)向其他井眼。井系統(tǒng)中的部件 (包括用于加熱處理流體和注入處理流體的部件)產(chǎn)生聲音信號。

發(fā)明內(nèi)容
在某些方案中，加熱流體注入管柱(injection string)向地下區(qū)域中的井中注入 加熱的處理流體，并產(chǎn)生聲音信號。聲音檢測器檢測所述聲音信號，并且聲音信號分析器解 析所檢測的聲音信號。 在某些方案中，檢測與向地下區(qū)域中的井中注入加熱的處理流體相關(guān)地產(chǎn)生的聲 音信號，并且解析所檢測的聲音信號。 在某些方案中，流體注入管柱產(chǎn)生與向地下區(qū)域中的井中注入加熱的處理流體相 關(guān)的聲音信號。聲音檢測器檢測所述聲音信號，并且聲音信號分析器解析所檢測的聲音信 號。 實施方案可包括以下特征中的一個或多個。所述聲音信號分析器解析所檢測的 聲音信號，以確定與加熱流體注入管柱、井、或地下區(qū)域中的至少一個相關(guān)的信息。所確定 的信息包括與地層的描述(description)、井的完整性、或流體注入管柱的運(yùn)行中的至少一 個相關(guān)的信息。與地層的描述相關(guān)的信息包括與流體分界面的位置或流體分界面的移動 中的至少一個相關(guān)的信息。與井的完整性相關(guān)的信息包括與井的部件中的裂縫、井中安裝 的工具中的裂縫、井中的流動障礙物、或井中安裝的工具中的流動障礙物中的至少一個相 關(guān)的信息。與流體注入管柱的運(yùn)行相關(guān)的信息包括與空氣燃料比、燃燒溫度、燃燒效率、或 流體組成中的至少一個相關(guān)的信息。所述系統(tǒng)包括控制器，被配置為基于由所述聲音信 號分析器提供的信息修改所述流體注入管柱的運(yùn)行的至少一個方面。所述流體注入管柱包 括流體振蕩器設(shè)備、汽笛(whistle)、或報警器(horn)中的至少一個。所述聲音檢測器包 括在多個不同位置安裝的多個傳感器。所述聲音檢測器包括在井中安裝的傳感器、在地面 (terranean surface)安裝的傳感器、或在不同井中安裝的傳感器中的至少一個。所述聲音檢測器包括直接安裝在所述流體注入管柱的至少一個部件上的至少一個傳感器。所述流體 注入管柱包括安裝在井中的蒸汽發(fā)生器。在多個時間段期間向井中注入加熱的處理流體， 以產(chǎn)生被檢測的聲音信號。解析被檢測的聲音信號包括識別所檢測的聲音信號的屬性，所 述屬性包括振幅、相位、或頻率中的至少一個。至少部分地基于所檢測的聲音信號來修改安 裝在井中的工具的運(yùn)行。解析所檢測的聲音信號包括識別由流體振蕩器設(shè)備產(chǎn)生的聲音 信號的上升沿。檢測所述聲音信號包括檢測由蒸汽產(chǎn)生器、流體振蕩器、鳴笛、或報警器中 的至少一個產(chǎn)生的聲音信號。檢測所述聲音信號包括檢測主聲音信號和二級聲音信號。
檢測所述聲音信號包括檢測反射聲音信號或檢測穿過的(transmitted)聲音信號中的至 少一個。所述聲音信號包括第一聲音信號，并且檢測和解析第二聲音信號。至少部分地基 于所述第一聲音信號的解析和所述第二聲音信號的解析來識別所述地下區(qū)域中的流體分 界面的移動。識別流體分界面的移動包括識別蒸汽前緣的移動。將所述第一聲音信號的
屬性與所述第二聲音信號的屬性相比較。識別所述第一聲音信號和所述第二聲音信號之間 的差異。在第一時間段期間檢測所述第一聲音信號，以及在所述第一時間段之后的第二時 間段期間檢測所述第二聲音信號。在相同的時間段期間檢測所述第一聲音信號和所述第二 聲音信號。所述第一聲音信號包括第一頻率集，以及所述第二聲音信號包括不包含在所述 第一頻率集中的第二頻率集。在第一位置處檢測所述第一聲音信號，以及在第二位置處檢
測所述第二聲音信號。所述流體注入管柱包括流體振蕩器設(shè)備，其包括限定流體振蕩器設(shè) 備的內(nèi)部體積的內(nèi)表面、進(jìn)入內(nèi)部體積的入口 、和內(nèi)部體積的出口 。所述流體振蕩器設(shè)備的 內(nèi)表面在運(yùn)行期間是靜態(tài)的(static)，以接收通過所述入口進(jìn)入所述內(nèi)部體積的加熱的處 理流體，并隨時間改變通過所述出口來自所述內(nèi)部體積的加熱的處理流體的流率。所述流 體注入管柱還包括附加的流體振蕩器設(shè)備和閥，所述閥選擇性地向所述流體振蕩器設(shè)備
或所述附加的流體振蕩器設(shè)備中的至少一個傳送(communicate)加熱的處理流體。所述流 體振蕩器設(shè)備包括第一汽笛，被配置為產(chǎn)生包括第一頻率范圍的聲音信號，且所述附加的 流體振蕩器設(shè)備包括第二汽笛，被配置為產(chǎn)生包括第二頻率范圍的聲音信號。所述系統(tǒng)包 括旁路導(dǎo)管，所述閥選擇性地向所述流體振蕩器設(shè)備、所述附加的流體振蕩器設(shè)備、或所 述旁路導(dǎo)管中的至少一個傳送加熱的處理流體。 在附圖和以下說明書中闡述一個或多個實施方案的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書和附圖以及 權(quán)利要求書，其他特征將變得清楚。


圖1A-圖1D是實例性井系統(tǒng)的示意側(cè)剖視圖。
圖2是井系統(tǒng)中的聲音信號通信的示意圖。 圖3A-圖3C是實例性井系統(tǒng)部件的視圖；圖3A是實例性鳴笛組件的側(cè)視圖；圖 3B是沿著圖3A的線3B-3B的側(cè)剖視圖；圖3C是實例性蒸汽振蕩器子部分(sub)的側(cè)剖視 圖。 圖4A和圖4B是示出用于檢測來自井系統(tǒng)的聲音信號的實例性處理的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及通過檢測和分析(解析)由井系統(tǒng)的部件產(chǎn)生的聲音信號來獲得與井系統(tǒng)的操作和地層相關(guān)的信息。例如，井系統(tǒng)包括限定在地層中的井眼和/或安裝在井眼 中的設(shè)備(例如，完井管柱、由完井管柱攜帶的一個或多個工具、套管、封隔器、控制系統(tǒng)、 和/或其他部件)。在一些情況下，井系統(tǒng)的部件例如在部件的操作期間產(chǎn)生聲音信號。由 井系統(tǒng)的部件產(chǎn)生的聲音信號可由一個或多個傳感器檢測。在一些情況下，可以在聲音信 號與井系統(tǒng)的或地層的一個或多個交互介質(zhì)(interaction media)相互作用之后檢測聲音 信號。對被檢測的聲音信號的分析可提供與介質(zhì)和/或產(chǎn)生聲音信號的井系統(tǒng)部件相關(guān) 的信息。在一些實施方案中，例如基于交互介質(zhì)的聲阻，可通過交互介質(zhì)的全部或一部分傳 播、反射、衰減、相移、過濾、和/或以其它方式影響聲音信號。對傳播、反射、衰減、相移、過 濾、和/或其他影響的分析可提供與交互介質(zhì)相關(guān)的信息。交互介質(zhì)的實例包括流體和非 流體介質(zhì)，例如井系統(tǒng)的井眼和部件、處理流體、圍繞井眼和其中的資源的地層、地面上介 質(zhì)、地面上系統(tǒng)部件、和/或其他。 聲音信號可實現(xiàn)為在流體、非流體、或任意其他類型介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動。聲音 信號可包括例如，聲波、地震波、初波、次波、三次波等。例如，初波可包括從源直接傳播到檢 測器的直接聲音信號，而次波可包括從源間接傳播到檢測器的反射聲音信號。聲音信號可 包括縱波(例如壓縮波)和/或橫波(例如剪力波)。聲音信號可包括大范圍的頻率。例 如，聲音信號可包括在1至100赫茲(Hz) 、0. 1至1. 0kHz、lkHz至100kHz的范圍、和/或不 同頻率范圍內(nèi)的頻率。在一些實施方案中，聲音信號可包括在聽頻(audiblefrequency)以 下、以內(nèi)、和/或以上的一個或多個頻率。在一些實施方案中，聲音信號可以按包括l(Hz) 至100kHz的頻率傳播。在一些實施方案中，聲音信號通過地下井眼中的流體振蕩器系統(tǒng)和 /或蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生。例如，蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)可包括在操作期間產(chǎn)生聲音信號的燃燒 器。作為另一實例，流體振蕩器系統(tǒng)可使井眼中的可壓縮處理流體振蕩，以產(chǎn)生用于從地下 區(qū)域激勵產(chǎn)出(production)的聲音信號。由流體振蕩器系統(tǒng)和/或蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生 的聲音信號的至少一部分可由一個或多個傳感器檢測。在到達(dá)一個或多個傳感器之前，在 一些情況下，聲音信號可與交互介質(zhì)(例如，井系統(tǒng)的部件和/或圍繞井眼的地層的區(qū)域) 相互作用。聲音信號與交互介質(zhì)的相互作用可取決于交互介質(zhì)中的聲阻或聲阻的變化。對 被檢測的聲音信號的分析可提供與蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)、流體振蕩器系統(tǒng)、交互介質(zhì)、和/或其 他等相關(guān)的信息。 在一些情況下，例如可通過地面上的聲音傳感器、井眼中和/或周圍的聲音傳感 器、另一井眼中的聲音傳感器、和/或不同位置處的聲音傳感器來檢測聲音信號。例如，聲 音傳感器可包括將聲音信號轉(zhuǎn)換成電磁信號的變換器(transducer)，例如水聽器、地音探 聽器、或其他類型的聲音傳感器。在一些情況下，將聲音傳感器直接安裝在井系統(tǒng)的聲音產(chǎn)
生部件之上或靠近井系統(tǒng)的聲音產(chǎn)生部件。對被檢測的聲音信號的分析可包括對聲音信號 的各個頻率分量的傅立葉分析。例如，對被檢測的聲音信號的分析可包括傅立葉變換時域 數(shù)據(jù)，以識別在各個時間頻率(temporal frequency)的相位和/或振幅數(shù)據(jù)。對被檢測的 聲音信號的分析可包括識別聲音信號的上升沿，例如瞬態(tài)信號的前沿。對被檢測的聲音信 號的分析可包括識別交互介質(zhì)的響應(yīng)功能。例如，識別響應(yīng)功能可包括對多個頻率和/或 強(qiáng)度上的聲音信號的分析。對被檢測的聲音信號的分析可提供與感興趣的地下區(qū)域中的資 源和/或地層相關(guān)的信息。 聲音數(shù)據(jù)可包括在多個時間段和/或在多個不同位置收集的單個聲音信號或多個聲音信號。例如，聲音數(shù)據(jù)可包括一維(1-D)數(shù)據(jù)和/或多維(例如2-D、3-D、4-D等)。 聲音數(shù)據(jù)集的維數(shù)可代表任意相關(guān)的參數(shù)。例如，聲音數(shù)據(jù)集的維數(shù)可代表空間參數(shù)(例 如位置或波數(shù))或時間參數(shù)(例如時刻或時間頻率)、或其它類型參數(shù)(例如相位或振幅)。 l-D數(shù)據(jù)可包括根據(jù)行進(jìn)時間(和/或行進(jìn)距離)的反射(或穿過的)信號振幅。2-D數(shù)據(jù)可 包括例如沿著軌跡按空間分布的一系列l(wèi)-D數(shù)據(jù)集，以提供用于地下區(qū)域的截面數(shù)據(jù)。2-D 數(shù)據(jù)可包括在感興趣的時間段上按時間分布的一系列l(wèi)-D數(shù)據(jù)集。3-D數(shù)據(jù)可包括例如在 一區(qū)域上按空間分布的一系列l(wèi)-D數(shù)據(jù)集，以提供用于地下區(qū)域的立體數(shù)據(jù)(volumetric data) 。 4-D數(shù)據(jù)可包括3-D數(shù)據(jù)集的時間序列(time-series)。 在某些實例中，對聲音信號的分析包括解析聲音信號。例如，解析聲音信號可提供 與不同聲阻的介質(zhì)之間(如油、水、氣、蒸汽、和/或其它物質(zhì)之間)的分界面(例如流體分 界面)的位置相關(guān)的信息。流體分界面可包括蒸汽前緣，并且對聲音信號的分析可提供與 蒸汽前緣的位置、分布、和/或遷移相關(guān)的信息。在某些實例中，對被檢測的聲音信號的分 析可包括與地震數(shù)據(jù)、聲音日志、和/或其他日志數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。在某些實例中，分析可使用 在兩個或更多個不同時間間隔檢測的聲音信號、和/或從第一流體振蕩器設(shè)備頻率范圍得 到的被檢測波以及從至少第二流體振蕩器設(shè)備頻率范圍得到的被檢測波作為輸入。在某些 實例中，對聲音信號的分析包括解析聲音信號，以提供與井系統(tǒng)的一個或多個部件的操作 方面相關(guān)的信息。在某些實例中，所提供的信息可包括與燃燒器的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的信息，例 如空氣/燃料比、燃燒溫度、燃燒效率、和/或其他數(shù)據(jù)。在某些實例中，對被檢測的聲音信 號的分析可包括將被檢測的數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，所述控制數(shù)據(jù)例如為與燃燒器的理想運(yùn) 行狀態(tài)和/或非理想運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。 在一些實施方案中，聲音源產(chǎn)生聲音信號與通過聲音檢測器檢測反射的聲音信號 的結(jié)果序列(resulting sequence)之間的行進(jìn)時間間隔(lapse)提供了反射波場的各個 分界面和/或地層的深度的度量。被反射的聲音信號的振幅可以隨著反射波場的各個分界 面以及波場傳播所經(jīng)過的地層的密度和多孔性而變化。被反射的聲音信號的相位角和頻率 組成可受到地層流體、地下資源、和/或其他地層特征的影響。 在一些實施方案中，聲音數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視流體遷移，例如蒸汽前緣的移動和/或 響應(yīng)注入的蒸汽的資源(例如油)的遷移。在一些實施方案中，聲音數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視和/ 或探測井系統(tǒng)的完整性。例如，聲音數(shù)據(jù)可提供與井下設(shè)備中存在的縫隙和/或裂縫相關(guān) 的信息。在一些實施方案中，聲音數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視蒸汽生成器的運(yùn)行。
圖1A是示出實例性井系統(tǒng)100a的視圖。實例性井系統(tǒng)100包括在地表面110以 下的地層中限定的井眼102。井眼102通過套管108來包裝(case)，后者可用水泥灌入井 眼102中。在一些情況下，井眼可以是沒有套管108的裸井井眼102。所示的井眼102包 括垂直段和水平段。然而，井眼可包括沒有水平段的垂直井眼，或者井眼可包括水平、垂直、 彎曲、和/或傾斜段的任意組合。在一些情況下，例如，在雙筒井(dual well)或SAGD配置 中，井眼包括多個平行段。封隔器152例如通過設(shè)置密封來限制多個軸向段之間的流體流 動，從而隔離井眼的多個軸向段。 地層包括多個地帶(zone) 112a、112b和112c。地帶可包括分層地帶，并且給定地 帶可包括一個或多個層和/或其一部分。地帶可包括巖石、礦石、和各種屬性的資源。例 如，地帶可包括多孔巖石、破隙巖體(fractured rock)、蒸汽、油、氣體、煤、水、沙、和/或其他物質(zhì)。在一些情況下，使用聲音數(shù)據(jù)來識別地帶的屬性。 井系統(tǒng)100a包括作業(yè)管柱106，其被配置為駐留在井眼102中。作業(yè)管柱106在 表面110上方的井口 104終止。作業(yè)管柱106包括管道(tubularconduit)，其被配置為向 井眼102中傳遞物質(zhì)和/或?qū)⑽镔|(zhì)從井眼102中傳遞出來。例如，作業(yè)管柱106可將流體 (例如蒸汽或其他類型的熱傳導(dǎo)流體)傳送到井眼102的一部分中或通過井眼102的一部 分。作業(yè)管柱106可以與流體供給源進(jìn)行流體連通。實例性的流體供給源包括蒸汽生成器、 表面壓縮器(surface compression)、煮器(boiler)、內(nèi)燃機(jī)和/或其他燃燒設(shè)備、天然氣 和/或其他管道、和/或加壓罐。 在示出的實例中，作業(yè)管柱106可包括向井眼102中注入加熱的處理流體的流體 注入管柱。在作業(yè)管柱106中設(shè)置有或連接有多個不同工具。系統(tǒng)100a包括蒸汽振蕩器 系統(tǒng)118a和118b，以使流入井眼102中的流體振蕩。流體注入管柱可包括任意數(shù)目的蒸 汽振蕩器系統(tǒng)118，并且在一些情況下，流體注入管柱不包括流體振蕩器系統(tǒng)118。所示的 作業(yè)管柱106包括與蒸汽振蕩器系統(tǒng)118流體連通的蒸汽生成器116。蒸汽生成器116是 可安裝在井系統(tǒng)100a中的任意位置的流體供給系統(tǒng)。例如，蒸汽生成器116可安裝在井眼 102中的任意位置或井眼102外部的表面110上方。實例性的蒸汽生成器116(井下蒸汽生 成器)包括從表面110接收輸入流體的輸入饋送端(inputfeed)。實例性蒸汽生成器116 加熱輸入流體，以生成蒸汽和/或加熱其它類型的熱傳導(dǎo)流體。在一些實施方案中，通過燃 燒處理(例如燃料和氧氣的燃燒)、非燃燒化學(xué)處理、電加熱、和/或其他中的一個或多個方 式來提供熱。在一些情況下，流體注入管柱可包括生成聲音信號的一個或多個報警器。例 如，報警器可包括用于生成、傳送和/或支持聲音信號的尖銳音量(t即eredvolume)。
套管可包括任意地下區(qū)域或地帶中的射孔。所示的套管108包括多個射孔114， 通過所述射孔114蒸汽可注入到地帶112a和/或112c中。在一些情況下，蒸汽以波動流 量(oscillating flow rate)通過射孔114注入到地帶112a和/或112c中。此外，可通 過射孔114從感興趣的地帶提取資源(例如油、氣、和/或其他)和其他物質(zhì)(例如沙、水、 和/或其他)。套管108和/或作業(yè)管柱106可包括附圖中沒有示出的多個其他系統(tǒng)和工 具。例如，套管和/或作業(yè)管柱可包括流入控制設(shè)備、砂篩、割縫襯管和相關(guān)聯(lián)的襯管懸掛 器、和/或其他部件。 井系統(tǒng)102還包括控制系統(tǒng)，其包括控制器120、信號線124、和傳感器122a、 122b、 122c、 122d、 122e、 122f 、 122g、 122h (共同稱為傳感器122)。所示傳感器122檢測聲音信號。 實例性傳感器122包括位于表面110上、井眼102中、或在其它井眼(例如相鄰、附近和/或 其他井眼)中的地音探聽器、水聽器、壓力變換器、或其他檢測設(shè)備。在一些實施方案中，控 制系統(tǒng)包括檢測除了聲音信號之外的其它物理屬性的附加傳感器。例如，控制系統(tǒng)還可包 括檢測溫度、壓力、流率、電流、電壓、和/或其他的傳感器。在一些情況下，控制系統(tǒng)還包括 監(jiān)視器126。監(jiān)視器126可顯示與井系統(tǒng)100a相關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，監(jiān)視器126可包括LCD、 CRT、或用于呈現(xiàn)圖形信息的任意其他設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)包括一個或多個信號線124。信號線 124允許在井系統(tǒng)100a的多個部件之間進(jìn)行通信。例如，傳感器可經(jīng)由信號線124向控制 器120傳送數(shù)據(jù)，并且控制器120可經(jīng)由信號線124向蒸汽生成器116和/或蒸汽振蕩器 系統(tǒng)118傳送控制信號。在某些情況下，傳感器122使用專用的信號線與控制器120通信。 在某些情況下，傳感器122在共享信號線上通信。在一些實施方案中，信號線包括金屬導(dǎo)
9體、光纖、和/或其他類型的耦合介質(zhì)。在一些實施方案中，可省略一些或所有信號線124。 例如，傳感器122可使用不需要井下控制線的電磁下行鏈路耦合向表面110傳送數(shù)據(jù)。電 磁下行鏈路耦合可包括低頻電磁遙測。 傳感器122可位于井系統(tǒng)100a中的多個位置。在所示實例中，將傳感器122a安裝 在表面110上方靠近井口 104處；將傳感器122b安裝在表面110上方與井口 104有一定距 離處；將傳感器122c安裝在表面110下方與井口 104有一定距離處；將傳感器122d安裝在 井眼102中靠近套管108的徑向位置處以及表面110與蒸汽振蕩器系統(tǒng)118之間的縱向位 置處；將傳感器122e安裝在井眼102中靠近作業(yè)管柱106的徑向位置處以及表面110與蒸 汽振蕩器系統(tǒng)118之間的縱向位置處；將傳感器122f安裝為靠近蒸汽生成器系統(tǒng)116 ;將 傳感器122g安裝為靠近蒸汽振蕩器系統(tǒng)118a ;將傳感器122h安裝在井眼102中靠近套管 108的徑向位置處以及井眼102中超過蒸汽振蕩器系統(tǒng)118的縱向位置處；將傳感器1221 安裝為靠近蒸汽振蕩器系統(tǒng)118b?？蓪鞲衅靼惭b在圖1A中未示出的附加和/或備選位 置中。 可將傳感器122中的一個或多個集成到一個或多個井系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)中。例如， 可將傳感器122f集成到蒸汽生成器116的結(jié)構(gòu)中?？蛇x地，傳感器122f可實施為安裝在 蒸汽生成器116附近的獨立聲音傳感設(shè)備。作為另一實例，可將傳感器122g安裝在蒸汽生 成器118a附近，或可將傳感器122g集成到蒸汽生成器118a的結(jié)構(gòu)中。在一些情況下，井 系統(tǒng)100a包括多個井眼，并且可將一個或多個傳感器安裝在除了井眼102之外的井眼中， 如圖1C所示。例如，可將圖1A中的傳感器122c集成到安裝在除了井眼102之外的井眼中 的井系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)中。在其他情況下，可通過另一技術(shù)將傳感器122c安裝在表面110下 方?？墒褂冒惭b在流體注入管柱附近的傳感器來檢測來自聲源的基準(zhǔn)聲音信號。例如，可 使用傳感器122g來檢測來自蒸汽振蕩器系統(tǒng)118a的基準(zhǔn)聲音信號，并且可將基準(zhǔn)聲音信 號與不同傳感器122檢測的聲音信號相比較，其中所述不同傳感器122位于與蒸汽振蕩器 系統(tǒng)118a相距更大距離的位置(例如傳感器122b)。 圖1B是井系統(tǒng)100b的一部分的詳細(xì)視圖。如圖1B所示，蒸汽振蕩器系統(tǒng)118向 封隔器152下方的井眼102中傳送蒸汽154a和/或其他熱傳導(dǎo)流體。封隔器152隔開井 眼102的縱向段，并防止蒸汽154a流向井眼102中的表面110。蒸汽154a通過封隔器152 下方的射孔114穿過地帶112。從井眼102進(jìn)入地層的蒸汽154b可降低流體資源156的 黏性和/或激勵來自地帶的產(chǎn)出。在蒸汽流入地帶112中時，蒸汽前緣158遷移通過地帶 112。在一些情況下，可使用聲音數(shù)據(jù)來監(jiān)視蒸汽前緣158的遷移。例如，蒸汽前緣可代表 蒸汽154b與流體資源156之間的分界面。因此，蒸汽前緣可代表聲阻的變化，其可通過處 理由蒸汽前緣158反射和/或穿過的聲音信號來檢測。 井系統(tǒng)100a包括控制井系統(tǒng)部件的運(yùn)行的控制硬件140?？刂朴布?40可與井系 統(tǒng)100a的多個部件(包括控制閥150a、150b、和150c)通信。例如，控制硬件140可通過控 制線144a與控制閥150a通信，控制硬件140可通過控制線144b與控制閥150b通信，以及 控制硬件140可通過控制線144c與控制閥150c通信?？刂凭€144a、144b、和144c可實施 為電氣控制線、液壓控制線、光纖維控制線、和/或其它類型控制線。 控制閥150a、150b、和150c可實施為控制通過管道的流體的流率的變流量控制 閥?？刂崎y150a、150b、和150c可用于控制一個或多個井系統(tǒng)部件的運(yùn)行。例如，作業(yè)管柱106可按控制閥150a控制的流率向蒸汽生成器116傳送氧化劑流體(例如空氣、氧氣、和/ 或其他氧化劑)；管道146可按控制閥150b控制的流率向蒸汽生成器116傳送燃料(例如 液體汽油、天然氣、丙烷、和/或其他燃料)；以及管道148可按控制閥150c控制的流率向 蒸汽生成器116傳送熱傳導(dǎo)流體(例如水、蒸汽、合成流體、和/或其他熱傳導(dǎo)流體)?？刂?硬件140可基于從控制器120接收的數(shù)據(jù)向控制閥150a、150b、和150c發(fā)送信號。
在運(yùn)行的一個方案中，蒸汽生成器116基于通過作業(yè)管柱106和管道146和148接 收的物質(zhì)生成蒸汽。蒸汽生成器116包括可燃燒空氣燃料混合物的燃燒器182。在一些情 況下，基于傳感器(例如，傳感器122f或另一傳感器)檢測的聲音信號來控制和/或改變?nèi)?燒器182的運(yùn)行。蒸汽生成器116還在運(yùn)行期間生成聲音信號。例如，在經(jīng)由燃燒產(chǎn)生熱 的蒸汽生成器116中，燃燒可產(chǎn)生用于表征燃燒的聲音信號。由傳感器122f、122g、122h和 /或其它傳感器中的一個或多個來檢測聲音信號。被檢測的聲音數(shù)據(jù)被傳送到控制器120， 并且控制器120單獨地或與來自其他傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合地分析該聲音數(shù)據(jù)。例如，控制器 120可使用來自一個或多個溫度傳感器、一個或多個壓力傳感器、一個或多個流量計(flow meter)、和/或其他傳感器或測量設(shè)備的信息。在某些實例中，溫度傳感器可測量燃燒的溫 度、由蒸汽生成器116生成的加熱流體的溫度、井眼中蒸汽生成器116周圍的溫度、空氣、氧 化劑和/或熱傳導(dǎo)流體的溫度、和/或其他溫度。在某些實例中，壓力傳感器可測量蒸汽生 成器116的燃燒室中的壓力、井眼中蒸汽生成器116周圍的壓力、空氣、氧化劑和/或熱傳 導(dǎo)流體的壓力、和/或其他壓力。在某些實例中，流量計可測量流入蒸汽生成器116中的空 氣、氧化劑和/或熱傳導(dǎo)流體的流量、流出蒸汽生成器116的加熱流體的流量、和/或其他 流量。在一些情況下，由蒸汽生成器116生成的并由傳感器122檢測的聲音信號提供了與 蒸汽生成器116的運(yùn)行狀態(tài)(例如，理想或非理想的運(yùn)行狀態(tài))相關(guān)的信息。
蒸汽生成器116的某些運(yùn)行條件在燃料和氧化劑的燃燒中產(chǎn)生了不穩(wěn)定性。例 如，以太高的速率將熱傳導(dǎo)流體引入蒸汽生成器116中可能會熄滅燃料和氧化劑的燃燒。 淬熄或接近淬熄(near quenching)可能導(dǎo)致燃燒不連貫、不平穩(wěn)和不強(qiáng)勁，即，不穩(wěn)定。在 另一實例中，引入太高(即，過多)的燃料-氧化劑比(ratio)可能導(dǎo)致類似的不穩(wěn)定性。 燃燒不穩(wěn)定性將典型地產(chǎn)生例如飛濺等的不均勻的聲音信號?？苫诼曇魯?shù)據(jù)識別和/或 診斷的燃燒器的非理想運(yùn)行狀態(tài)的實例包括稀燃狀態(tài)(例如，氧化劑_燃料比高于化學(xué)計 量氧化劑/燃料混合物的氧化劑_燃料比的氧化劑/燃料混合物的燃燒)、富燃狀態(tài)(例 如，氧化劑_燃料比低于化學(xué)計量氧化劑/燃料混合物的氧化劑_燃料比的氧化劑/燃料 混合物的燃燒)、熄火復(fù)燃狀態(tài)(例如，燃燒反應(yīng)暫時停止或明顯減慢)和其他。在一些實 施方案中，可解析聲音數(shù)據(jù)以檢驗燃燒器中的點燃(ignition)。在一些實施方案中，燃燒反 應(yīng)的部分淬熄(quenching)和/或其他不穩(wěn)定性可產(chǎn)生沖擊波，并且可解析沖擊波來識別 淬熄和/或其他不穩(wěn)定性。 控制器120可被編程以識別表示井系統(tǒng)部件的非理想運(yùn)行狀態(tài)的聲音數(shù)據(jù)。在一 些情況下，控制器120可被編程以基于被檢測的聲音數(shù)據(jù)來識別蒸汽生成器116的非理想 運(yùn)行狀態(tài)的原因。例如，不同類型的非理想運(yùn)行狀態(tài)可產(chǎn)生不同的聲音信號，并且控制器 120可被編程以識別不同的聲音信號并確定正在發(fā)生哪種非理想運(yùn)行狀態(tài)。在一些情況下， 控制器120可被編程以基于所識別的非理想運(yùn)行狀態(tài)的原因生成用于改變蒸汽生成器116 的運(yùn)行的指令。可經(jīng)由信號線124將指令直接傳送至蒸汽生成器116，和/或可向控制硬件140傳送指令?；谒邮盏闹噶?，蒸汽生成器116可修改運(yùn)行參數(shù)，和/或控制硬件140 可操縱控制閥150a、150b、和/或150c。例如，在一些情況下，可基于被檢測的聲音信號來 修改燃燒器中的空氣燃料比。作為另一實例，可基于被檢測的聲音信號來調(diào)整流入蒸汽生 成器116中的處理流體的流率。 在一些實例中，不同于非理想運(yùn)行狀態(tài)的存在，從聲音信號確定非理想運(yùn)行狀態(tài) 可能很困難或不切實際?？刂破?20可被編程以產(chǎn)生指令，從而以反復(fù)嘗試型方法調(diào)整蒸 汽生成器116的不同方面(例如，燃料、氧化劑、處理流體)，直到非理想運(yùn)行狀態(tài)減退。例 如，一旦識別出存在無法識別的非理想運(yùn)行狀態(tài)，控制器120即可調(diào)整燃料和氧化劑之比， 并注意非理想運(yùn)行狀態(tài)是否減退。如果沒有，則控制器120可調(diào)整燃料和氧化劑的量，并注 意非理想運(yùn)行狀態(tài)是否減退。如果沒有，則控制器120可調(diào)整處理流體的流率等，調(diào)整不同 參數(shù)，直到確定可降低或消除非理想運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整。在生成用于操作蒸汽生成器116的 指令時，控制器120可額外地使用來自其他傳感器(例如，氧氣傳感器、溫度傳感器、流量傳 感器、壓力傳感器、和/或其他傳感器)的信息以及來自聲音信號的信息。
在操作的一個方面，蒸汽振蕩器系統(tǒng)118對井眼102中的熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行振蕩，并 且蒸汽振蕩器系統(tǒng)118在運(yùn)行期間生成聲音信號。在一些情況下，蒸汽振蕩器系統(tǒng)118被 調(diào)節(jié)以生成具有指定屬性的聲音信號。例如，蒸汽振蕩器系統(tǒng)118可包括一個或多個汽笛， 以生成具有一個或多個指定頻率的聲音信號。在一些情況下，蒸汽振蕩器系統(tǒng)118的振蕩 頻率匹配于井眼102、井眼102的區(qū)域、井系統(tǒng)100b的部件、和/或地層的區(qū)域的諧振頻率。 在一些情況下，以諧振頻率生成聲音信號可增加和/或最優(yōu)化聲音響應(yīng)。以對象(object) 的諧振頻率驅(qū)動對象可增加和/或最大化傳遞到對象的能量，由此增加和/或最大化由對 象生成的聲音響應(yīng)。例如，由振蕩器系統(tǒng)118下方的套管108形成的腔將具有特征諧振頻 率。具有與腔108的諧振頻率充分接近的頻率的聲音信號可在腔108中激勵高的和/或最 大的壓力振幅漂移(excursion)。還可存在與地層和/或地層中的區(qū)域或物質(zhì)相關(guān)聯(lián)的聲 音諧振頻率。例如，當(dāng)蒸汽振蕩器系統(tǒng)118以地層的諧振頻率或接近地層的諧振頻率生成 聲音信號時，可在地層中生成更高的流體速度和/或壓力振幅。這些更高的流體速度和/ 或壓力振幅可提高流體注入性和/或降低汽竄。由傳感器122f、122g、122h和/或其它傳 感器中的一個或多個檢測聲音信號。在一些情況下，聲音信號在被檢測之前與地層和/或 井系統(tǒng)100a的部件相合(interact)。將被檢測的聲音數(shù)據(jù)傳送至控制器120，并且控制器 120單獨地或與其他信息結(jié)合地分析聲音數(shù)據(jù)。例如，控制器120可使用來自 一個或多個溫 度傳感器、一個或多個壓力傳感器、一個或多個流量計、和/或其他傳感器或測量設(shè)備的信 息。在某些實例中，溫度傳感器可測量燃燒的溫度、由蒸汽生成器116生成的加熱流體的溫 度、在井眼中蒸汽生成器116周圍的溫度、空氣、氧化劑和/或熱傳導(dǎo)流體的溫度、和/或其 他溫度。在某些實例中，壓力傳感器可測量蒸汽生成器116的燃燒室中的壓力、井眼中蒸汽 生成器116周圍的壓力、空氣、氧化劑和/或熱傳導(dǎo)流體的壓力和/或其他壓力。在某些實 例中，流量計可測量進(jìn)入蒸汽生成器116中的空氣、氧化劑和/或熱傳導(dǎo)流體的流量、從蒸 汽生成器116流出的加熱流體的流量、和/或其他流量。在一些情況下，由傳感器122檢測 的聲音信號提供與地層中的資源相關(guān)的信息。在一些情況下，可基于被檢測的聲音信號識 別兩個或更多個不同物質(zhì)之間的分界面的位置。例如，可識別油和水或另一物質(zhì)之間的分 界面。
圖1C示出實例性井系統(tǒng)100c。該實例性井系統(tǒng)100c包括安裝在井眼102中的 作業(yè)管柱106。作業(yè)管柱106包括流體注入管柱。流體注入管柱包括蒸汽生成器116、控制 閥150d、管道180a、180b、180c、180d、和鳴笛302a和302b。管道可以是導(dǎo)管、管子、或軟管。 控制閥150d可選地從管道180a向管道180b、180c和180d的任意組合中傳送流體。控制 閥150d可通過控制線144d接收控制信號。例如，可由控制硬件140或控制器120生成控 制信號，并且基于該控制信號，控制閥150d可選擇管道180b、180c和180d中的一個、多個、 或不選擇。管道180d可向第三設(shè)備(未示出)傳送流體，或者管道180d可用作向井眼102 中直接傳送流體的旁路。 以下結(jié)合圖3A和圖3B更詳細(xì)地描述鳴笛302。鳴笛302中的任一個或兩者可用 不同類型的流體振蕩器設(shè)備(例如圖3C的流體振蕩器設(shè)備309a)替換。井系統(tǒng)100c可包 括多個鳴笛和/或與蒸汽生成器116流體連通的其他流體振蕩器設(shè)備。鳴笛可設(shè)置為彼此 靠近或彼此相距一定距離(例如10英尺UOO英尺UOOO英尺、或其它距離)。可調(diào)節(jié)鳴笛 為不同的聲音頻率，或者可調(diào)節(jié)所有鳴笛以生成相同的聲音頻率。 在運(yùn)行的一個方案中，蒸汽生成器116接收未加熱的處理流體，加熱處理流體，并 向管道180a輸出加熱的處理流體。在第一時間段期間，加熱的處理流體傳送至鳴笛302a， 并且鳴笛302a生成具有第一頻率組成(其可以是一個或多個不同頻率)的第一聲音信號。 在第二時間段期間，加熱的處理流體傳送至鳴笛302a，并且鳴笛302a生成具有第一和/或 第二頻率組成的第二聲音信號。第二時間段可以在第一時間段之前、之后或與其重疊。在 第三時間段期間，通過管道180d將加熱的處理流體傳送至井眼102。第二時間段可以在第 一和/或第二時間段之前、之后或與其重疊。蒸汽生成器116也可在第一、第二、和/或第 三時間段期間生成第三聲音信號。 可由傳感器122f、122g、122h、1221、和/或圖1A、圖1B或圖1C中示出的任意其他 傳感器來檢測第一、第二、和/或第三聲音信號中的任一個?？商幚碛蓚鞲衅鳈z測的聲音信 號以識別第一、第二、和/或第三聲音信號中的一部分。例如，可處理被檢測的信號以識別 直接信號、二級信號、反射信號、發(fā)送信號、基準(zhǔn)信號、和/或與向井中注入加熱的處理流體 相關(guān)生成的聲音信號的任意其他部分。可按另一方式比較、過濾、修改、巻積(convolve)、轉(zhuǎn) 換和/或處理被檢測的聲音信號的識別部分。 基于聲音信號處理，可確定與流體注入管柱、井、或地下區(qū)域中的至少一個相關(guān)的 信息。所確定的信息可包括與地層的描述、井的完整性、或流體注入管柱的運(yùn)行中的至少一 個相關(guān)的信息。與地層的描述相關(guān)的信息可包括與流體分界面的位置、流體分界面的移動、 或其他信息中的至少一個相關(guān)的信息。與井的完整性相關(guān)的信息可包括與井的部件中的裂 縫、井中安裝的工具中的裂縫、井中的流動障礙物、井中安裝的工具中的流動障礙物、或其 它方面中的至少一個相關(guān)的信息。與流體注入管柱的運(yùn)行相關(guān)的信息可包括與空氣燃料 比、燃燒溫度、燃燒效率、或流體組成中的至少一個相關(guān)的信息?？刂破?20可基于通過分 析聲音信號所提供的信息來修改流體注入管柱的運(yùn)行的至少一個方面。
圖1D示出井系統(tǒng)100d的實例性運(yùn)行方面。所示的井系統(tǒng)100b包括第一井眼102a 和第二井眼102b。井眼102a可包括與圖1A或圖1B的井眼102相同的部件。井眼102b也 可包括與圖1A或圖1B的井眼102中包括的部件相同和/或不同的部件。例如，井眼102b 可選地包括作業(yè)管柱106b。井眼102b包括安裝在表面110下方的傳感器122j和122k。
13井系統(tǒng)100d還包括安裝在表面110上方的傳感器122i。感興趣的地帶112包括由分界線 170分割的兩個不同區(qū)域172a和172b。在所示實例中，區(qū)域172a位于水平分界線170上 方，區(qū)域172b位于水平分界線170下方。然而，在其他實施方案中，分界線170可具有任意 類型的配置，包括垂直、水平、傾斜、彎曲、盤旋(tortuous)等。作為實例，分界線170可代 表主要由油和/或巖石構(gòu)成的區(qū)域172a與主要由蒸汽和/或巖石構(gòu)成的區(qū)域172b之間的 分界面。在一些情況下，可基于由井系統(tǒng)100b的部件生成的聲音信號來識別分界線170、區(qū) 域172a、和/或區(qū)域172b的屬性。分界線170可代表聲阻的變化。 在圖1D中通過箭頭160a、160b、160c、160d、160e、和160f代表實例性聲音信號。 箭頭160a和160b示出由蒸汽振蕩系統(tǒng)118生成的聲音信號。箭頭160b示出與區(qū)域172b 相互作用的并且由傳感器122k檢測的聲音信號的一部分。箭頭160a示出與區(qū)域172b和 分界線170相互作用的聲音信號的一部分。當(dāng)聲音信號到達(dá)分界線170時，聲音信號的一 部分被發(fā)送至區(qū)域172a中，如箭頭160e和160f所示。箭頭160f示出由傳感器122j在表 面110下方檢測的所傳播聲音信號的一部分，箭頭160e示出由傳感器122i在表面110上 方檢測的所傳播聲音信號的一部分。 一些聲音信號被分界線170反射，如箭頭160c和160d 所示。例如，由于兩個區(qū)域172a和172b之間的聲阻的差，可反射聲音信號。箭頭160c示 出由井眼102b中的傳感器122k檢測的反射聲音信號的一部分，箭頭160d示出由井眼102a 中的傳感器122h檢測的反射聲音信號的一部分。箭頭160a、 160b、 160c、 160d、 160e、和160f 示出實例性聲音信號，并且目的并非暗示或限定在井系統(tǒng)中生成和/或檢測聲音信號的任 何限制。 圖2是示出在井系統(tǒng)中生成的聲音信號的檢測和分析的方框圖。實例性井系統(tǒng) 200包括多個系統(tǒng)部件，例如圖1A中所示的部件，如完井管柱、蒸汽生成器、流體振蕩器系 統(tǒng)、采油封隔器(production packer)、流入(inflow)控制設(shè)備、和其他部件。某些井系統(tǒng) 部件可安裝在地表面上方、地表面下方、井眼內(nèi)部、井眼外部、和/或其他位置處。井系統(tǒng)部 件中的一個或多個包括聲源208 ;井系統(tǒng)部件中的一個或多個包括交互介質(zhì)210a ;井系統(tǒng) 部件中的一個或多個包括聲音檢測器212 ;以及井系統(tǒng)部件中的一個或多個包括聲音信號 分析器214。井系統(tǒng)200還可包括附加的井系統(tǒng)部件206。 如圖2所示，由聲音檢測器212檢測由聲源208生成的聲音信號。在一些情況下， 例如，當(dāng)聲音檢測器212被安裝在聲源208附近時，由聲源208生成的聲音信號在被聲音檢 測器212檢測之前不經(jīng)過交互介質(zhì)。在一些情況下，例如，當(dāng)聲音檢測器和聲源208都被安 裝在相同的井眼中時，由聲源208生成的聲音信號在到達(dá)聲音檢測器212之前與井系統(tǒng)200 中的交互介質(zhì)210a相互作用。在一些情況下，例如，當(dāng)聲音檢測器212被安裝在表面處或 除了聲源208之外的不同井中時，由聲源208生成的聲音信號在到達(dá)聲音檢測器212之前 與外部交互介質(zhì)210b相互作用。外部交互介質(zhì)210b可包括全部或一部分地層、感興趣的 區(qū)域、和/或地面上介質(zhì)。聲音信號分析器214分析被檢測的聲音信號?？苫谟陕曇粜?號分析器214提供的信息修改或控制聲源208和/或其他系統(tǒng)部件206。例如，可基于由聲 音信號分析器214提供的信息來重新配置閥或開關(guān)。 在一些情況下，在聲音檢測器212檢測聲音信號之前，聲音信號與交互介質(zhì)210a 相互作用。例如，在聲音信號通過井眼傳播至安裝在井眼中的傳感器時，聲音信號可與井眼 中的流體、工具、和/或其他介質(zhì)相互作用。
在一些情況下，在聲音檢測器212檢測聲音信號之前，聲音信號與交互介質(zhì)210b 相互作用。例如，在聲音信號通過地層傳播至傳感器時，聲音信號可與地層中的流體、固體、 和/或其他類型的介質(zhì)相互作用。此外，聲音信號通過物質(zhì)的傳播可取決于物質(zhì)的聲阻。 例如，聲音信號通過某種類型的巖石比通過油或水行進(jìn)得更快，這是由于某種類型的巖石 比油或水更密實。聲音通過物質(zhì)的傳播還可取決于物質(zhì)的其他屬性，例如溫度、壓力等。因 此，聲音信號通過給定物質(zhì)進(jìn)行傳播所需的時間量可取決于給定物質(zhì)的屬性。此外，某些物 質(zhì)可比其他物質(zhì)更加明顯地吸收或衰減聲音信號。因此，在通過給定物質(zhì)傳播聲音信號時 聲音信號的振幅損失可取決于物質(zhì)的屬性。 在一些情況下，地下位置包括多個地帶，其中每個地帶具有在整個地帶中基本相 同(homogeneous)的特征屬性(例如，與聲阻相關(guān)的特征)。例如，一地帶可具有在整個 地帶中基本相同的物質(zhì)組成和質(zhì)量密度，和/或一地帶可具有在整個地帶中基本相同的壓 力。兩個地帶之間的分界面代表從具有第一特征屬性的地帶向具有第二特征屬性的地帶的 轉(zhuǎn)換。在一些情況下，分界面可實施為例如兩個不同類型的巖石之間的界限分明的分界線。 在其他情況下，分界面可表示為更為模糊的轉(zhuǎn)換區(qū)域，例如，水帶和沙區(qū)之間的泥區(qū)域。
當(dāng)聲音信號沖擊分界面(例如，存在聲阻變化)時，聲音信號的一部分可被反射， 并且聲音信號的一部分可穿過分界面。在一些情況下，通過共享該分界面的兩個地帶的屬 性的差異，來確定穿過部分的振幅和反射部分的振幅。例如，質(zhì)量密度有明顯差異的兩個地 帶之間的分界面可導(dǎo)致入射聲音信號的相當(dāng)多的部分被反射且僅很小一部分入射聲音信 號穿過分界面。然而，質(zhì)量密度變化很小的分界面可導(dǎo)致入射聲音信號的更加顯著的一部 分穿過分界面。在一些情況下，可使用多個傳感器來檢測穿過和反射的信號。例如，第一傳 感器可檢測穿過分界面的直接信號，第二傳感器可檢測在分界面被反射的反射信號。
聲音檢測器212a可包括各種傳感器和/或用于將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號(例如 電壓、電流、或其他)的變換器。在一些情況下，人耳或?qū)Ρ砻娼Y(jié)構(gòu)的接觸足以至少定性地 檢測感興趣的參數(shù)的特征。 聲音信號分析器214可包括被配置為處理和/或解析聲音信號的軟件、硬件、和/ 或固件。聲音信號分析器214可實施為在一個或多個計算設(shè)備上的多個軟件模塊。聲音信 號分析器214可實施為在不同聲音頻率確定聲阻的聲音網(wǎng)絡(luò)分析器。聲音信號分析器214 可應(yīng)用各種聲音信號處理技術(shù)，例如過濾、轉(zhuǎn)換、巻積等。聲音信號分析器214可基于對聲 音信號的分析來修改聲音信號源208和/或另一井眼系統(tǒng)部件206的操作，或可重新配置 他們。 圖3A和圖3B示出包括單個汽笛304的實例性汽笛組件302。例如，可包括汽笛組 件302作為圖1A的蒸汽振蕩系統(tǒng)118a或118b的部件。汽笛組件302包括限定兩個軸向 蒸汽流入路徑的外殼和用于汽笛304的腔。圖3A是汽笛組件302的側(cè)視圖。圖3B是沿著 圖3A的軸3B-3B提取的汽笛組件302的側(cè)剖視圖。 如圖3B所示，汽笛304包括限定入口 306、出口 308、和室(chamber) 303的內(nèi)表面。 汽笛304可在不適用移動部件的情況下實現(xiàn)。汽笛304具有基本靜態(tài)的配置，以生成通過 出口 308的熱傳導(dǎo)流體的振蕩流。例如，在運(yùn)行期間，通過出口 308的蒸汽的流率(例如， 每單位時間蒸汽的體積)可隨時間振蕩。熱傳導(dǎo)流體的振蕩流可通過腔303中的壓力振蕩 來生成。壓力振蕩可在可壓縮熱傳導(dǎo)流體中產(chǎn)生聲音信號。在一些情況下，可將聲音信號從井眼102傳送至地帶112中。例如，聲音信號可通過地層和其中的資源傳播并與其相互 作用。在一些實例中，例如可通過腔303中的可調(diào)整活塞(未示出)來調(diào)整腔303的體積， 以允許調(diào)整振蕩頻率。 在運(yùn)行期間，蒸汽通過入口 306流入汽笛304中。進(jìn)入的蒸汽擊打(strike)邊緣 305，并且蒸汽與流入腔303中的實質(zhì)部分分開。在蒸汽流入腔303中時，蒸汽在腔303中 的壓力增加。由于腔303中的壓力增加，腔303中的蒸汽開始通過出口 308從汽笛304流 出。通過出口 308來自腔303的蒸汽流干擾了來自入口 306的蒸汽流，并且從入口 306流入 的蒸汽的至少一部分開始直接通過出口 308流動，而不流入腔303中。結(jié)果，腔303中的蒸 汽壓力降低。由于腔303中的壓力降低，來自入口 306的蒸汽流再次轉(zhuǎn)變(shift)，開始流 入腔303中。腔303中的蒸汽壓力持續(xù)進(jìn)行循環(huán)(cyclic)增加并隨后降低。這樣，腔303 中的蒸汽壓力隨時間振蕩，由此通過出口 308的蒸汽流隨時間振蕩。 圖3C是包括三個蒸汽振蕩器設(shè)備309a、309b、和309c的實例性子部分(sub) 307 的剖視圖。例如，子部分307可包括在圖1A的蒸汽振蕩器系統(tǒng)118中。三個蒸汽振蕩器設(shè) 備309a、309b、和309c中的每個可向井眼中不同的軸向位置處注入熱傳導(dǎo)流體。蒸汽振蕩 器設(shè)備309a、309b、和309c在靜態(tài)配置下運(yùn)行，以振蕩流入井眼中的熱傳導(dǎo)流體的流。設(shè)備 309a和309b限定在徑向方向引導(dǎo)熱傳導(dǎo)流體的出口 314。設(shè)備309c限定在基本軸向方向 引導(dǎo)熱傳導(dǎo)流體的出口 314。 實例性蒸汽振蕩器設(shè)備309a包括限定蒸汽振蕩器設(shè)備309a的內(nèi)體積的內(nèi)表面。 該內(nèi)表面限定入口 310、兩個反饋流路徑312a、312b、兩個出口流路徑314a、314b、主腔316、 和二級腔318。主腔316由包括兩個分開(diverging)的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分來限制。反 饋流路徑312從主腔316的寬端延伸至主腔316的窄端，接近入口 310。出口流路徑314a、 314b分別從反饋流路徑312a、312b延伸。二級腔318從主腔316的寬端延伸。二級腔318 由包括兩個分開的側(cè)壁的內(nèi)表面的一部分來限制。 圖4A是示出用于檢測由井系統(tǒng)生成的聲音信號的實例性處理400的流程圖。在一 些情況下，處理400實施為用于檢測與向井中注入熱處理流體相關(guān)生成的聲音信號。與向 井中注入熱處理流體相關(guān)生成的聲音信號可包括由蒸汽生成器或另一加熱的處理流體供 給源、汽笛或另一流體振蕩器設(shè)備、和/或其他工具生成的聲音信號。例如，可以在圖lA-圖 1D的井系統(tǒng)100a、100b、100c、和/或100d、和/或圖2的井系統(tǒng)200的任一個中實現(xiàn)處理 420。在各個實施例中，處理400可包括以相同或不同順序?qū)崿F(xiàn)的相同的、更少的、或不同的 操作。 在步驟402，由井眼系統(tǒng)的部件生成聲音信號?？赏ㄟ^流體注入管柱生成一個或多 個聲音信號?？膳c向井眼中注入加熱的處理流體相關(guān)地生成一個或多個聲音信號。例如， 蒸汽生成器的燃燒器、流體振蕩器、和/或鳴笛可生成聲音信號?？梢栽诙鄠€時間段期間生 成聲音信號?？缮啥鄠€聲音信號中的每個，以具有不同的屬性。所述屬性可包括例如頻 率、音高、振幅、音調(diào)、相位和/或其他中的一個或多個。所生成的信號可包括啁啾信號、瞬 態(tài)信號、掃頻信號、隨機(jī)信號、偽隨機(jī)信號、和/或其他的任意組合。 在步驟404，檢測聲音信號。例如，檢測聲音信號可包括檢測主聲音信號、二級聲音 信號、反射聲音信號、穿過的聲音信號、壓縮波、剪力波、和/或其他。 在步驟406，分析所檢測的聲音信號。分析信號可包括解析所檢測的聲音信號。例如，信號可被解析以獲得與井、地層、流體注入管柱中的至少一個相關(guān)的信息。在一些情況 下，檢測多個聲音信號，并且可處理所檢測的多個聲音信號，以識別與向地下區(qū)域中的井中 注入加熱的處理流體相關(guān)地產(chǎn)生的一部分所檢測的聲音信號。處理所檢測的聲音信號的步 驟可包括過濾信號以隔離感興趣的信號，例如由流體注入管柱生成的信號的一部分。處理 所檢測的聲音信號的步驟可包括過濾出信號，例如在地下區(qū)域中和/或通過除了流體注入 管柱之外的井系統(tǒng)部件生成的聲音信號。可通過將聲源附近檢測的信號與相距聲源一定距 離檢測的信號相比較來分析聲源信號。所比較的信號可以是在相同的或不同的時間段期間 生成的信號。處理所檢測的聲音信號的步驟可包括識別所檢測的聲音信號的一部分的屬 性。例如，屬性可包括振幅、相位、或頻率中的至少一個。處理所檢測的聲音信號的步驟可 包括識別由流體振蕩器設(shè)備生成的聲音信號的上升沿。 在步驟408，基于對所檢測的聲音信號的分析來修改井眼系統(tǒng)的部件的操作。例
如，可至少部分地基于所檢測的聲音信號來修改在井中安裝的工具的操作。 圖4B是示出用于檢測從井系統(tǒng)生成的聲音信號的實例性處理420的流程圖。在一
些情況下，將處理420實施為用于檢測與向井中注入熱處理流體相關(guān)生成的聲音信號。與
向井中注入熱處理流體相關(guān)生成的聲音信號可包括由蒸汽生成器或另一加熱的處理流體
供給源、汽笛或另一流體振蕩器設(shè)備、和/或其他工具所生成的聲音信號。例如，可以在圖
1A-圖1D的井系統(tǒng)100a、100b、100c、和/或100d、和/或圖2的井系統(tǒng)200的任一個中實
現(xiàn)處理420。在各個實施例中，處理420可包括以相同或不同順序?qū)崿F(xiàn)的相同的、更少的、或
不同的操作。 在步驟422a，從井眼系統(tǒng)的部件生成第一聲音信號。在步驟422b，從井眼系統(tǒng)的 部件生成第二聲音信號?？膳c向井中注入加熱的處理流體相關(guān)地生成第一和/或第二聲音 信號。在一些情況下，第一聲音信號包括第一頻率集，第二聲音信號包括沒有包含在第一頻 率集中的第二頻率集。在一些情況下，在第一時間段期間生成第一聲音信號，在第一時間段 之后的第二時間段期間和/或在第一時間段期間生成第二聲音信號。 在步驟424a和424b，檢測聲音信號?？赏ㄟ^在井中、表面上方、和/或地下區(qū)域中 的不同位置分布的相同傳感器或多個不同傳感器來檢測聲音信號的全部或一部分。
在步驟426，分析所檢測的聲音信號，以識別與向井中注入熱處理流體相關(guān)生成的 第一和第二聲音信號。例如，可處理所檢測的聲音信號，以識別與向井中注入加熱的處理流 體相關(guān)地生成的所檢測聲音信號的第一部分和/或第二部分。 在步驟428，分析第一和第二聲音信號的所識別部分，以識別井系統(tǒng)或地層的屬 性。可使用所檢測的聲音信號的所識別部分來確定與加熱的處理流體注入或地下區(qū)域中的 至少一個相關(guān)的信息。可使用所檢測的聲音信號的所識別部分來至少部分地基于第一部分 和第二部分識別地下區(qū)域中的流體分界面的移動。例如，識別流體分界面的移動可包括識 別蒸汽前緣的移動。在一些情況下，分析信號包括將信號的第一部分的屬性與信號的第二 部分的屬性相比較。在一些情況下，分析信號包括識別第一部分和第二部分之間的差異。
可以在數(shù)字電子電路中、或計算機(jī)軟件、固件、或硬件中實現(xiàn)在本說明書中描述的 某些操作，例如基于所檢測的聲音信號進(jìn)行的分析、過濾、數(shù)字化、和其他操作。 一些方案 可實施為一個或多個計算機(jī)程序產(chǎn)品(例如，在機(jī)器可讀存儲設(shè)備中)，以控制數(shù)據(jù)處理裝 置(例如，可編程處理器、計算機(jī)、或多個計算機(jī))的操作。計算機(jī)程序(還已知為程序、軟件、軟件應(yīng)用、或代碼)可用任意形式的編程語言(包括編譯或解析語言)來編寫，并且可 用任意形式(包括作為單獨的程序或作為模塊、部件、子程序、或適用在計算環(huán)境中的其他 單元)來配置。可將計算機(jī)程序配置為在一個站點處的或分布在多個站點并由通信網(wǎng)絡(luò)互 連的一個計算機(jī)上或多個計算機(jī)上執(zhí)行。 本發(fā)明描述了多個實施方案。但是，可以理解，可做出各種修改。由此，其他實施 方案也落入所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括加熱流體注入管柱，將加熱的處理流體注入地下區(qū)域中的井中，并產(chǎn)生聲音信號；聲音檢測器，檢測所述聲音信號；以及聲音信號分析器，解析所檢測的聲音信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聲音信號分析器解析所檢測的聲音信號，以確 定與所述加熱流體注入管柱、所述井或所述地下區(qū)域中的至少一個相關(guān)的信息。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所確定的信息包括與地層的描述、井的完整性或流 體注入管柱的運(yùn)行中的至少一個相關(guān)的信息。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中與所述地層的描述相關(guān)的信息包括與流體分界面的 位置或流體分界面的移動中的至少一個相關(guān)的信息。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中與所述井的完整性相關(guān)的信息包括與所述井的部件 中的裂縫、所述井中安裝的工具中的裂縫、所述井中的流動障礙物、或所述井中安裝的工具 中的流動障礙物中的至少一個相關(guān)的信息。
6. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中與所述流體注入管柱的運(yùn)行相關(guān)的信息包括與空氣 燃料比、燃燒溫度、燃燒效率或流體組成中的至少一個相關(guān)的信息。
7. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括控制器，被配置為基于由所述聲音信號分析器提 供的信息來修改所述流體注入管柱的運(yùn)行的至少一個方面。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流體注入管柱包括流體振蕩器設(shè)備、鳴笛或報 警器中的至少一個。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聲音檢測器包括安裝在多個不同位置的多個傳 感器。
10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聲音檢測器包括安裝在所述井中的傳感器、安 裝在地面的傳感器或安裝在不同井中的傳感器中的至少一個。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述聲音檢測器包括直接安裝在所述流體注入管 柱的至少一個部件上的至少一個傳感器。
12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流體注入管柱包括安裝在所述井中的蒸汽生 成器。
13. —種方法，包括檢測與向地下區(qū)域中的井中注入加熱的處理流體相關(guān)生成的聲音信號；以及 解析所檢測的聲音信號。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括至少部分地基于對所檢測的聲音信號的解析， 確定與所述加熱的處理流體的注入或所述地下區(qū)域中的至少一個相關(guān)的信息。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在多個時間段期間向所述井中注入所述加熱 的處理流體，以生成所檢測的聲音信號。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中解析所檢測的聲音信號包括識別所檢測的聲音 信號的屬性，所述屬性包括振幅、相位或頻率中的至少一個。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括至少部分地基于所檢測的聲音信號，修改安裝 在所述井中的工具的運(yùn)行。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中解析所檢測的聲音信號包括識別由流體振蕩器設(shè)備生成的聲音信號的上升沿。
19. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測所述聲音信號包括檢測由蒸汽生成器、流體 振蕩器、鳴笛或報警器中的至少一個生成的聲音信號。
20. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測所述聲音信號包括檢測主聲音信號和二級聲音信號。
21. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測所述聲音信號包括檢測反射的聲音信號或 檢測穿過的聲音信號中的至少一個。
22. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述聲音信號包括第一聲音信號，所述方法還包括檢測第二聲音信號；以及 解析所檢測的第二聲音信號。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括至少部分地基于所述第一聲音信號的解析和 所述第二聲音信號的解析，識別在所述地下區(qū)域中流體分界面的移動。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中識別流體分界面的移動包括識別蒸汽前緣的移動。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括將所述第一聲音信號的屬性與所述第二聲音 信號的屬性相比較。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括識別所述第一聲音信號和所述第二聲音信號 之間的差異。
27. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中在第一時間段期間檢測所述第一聲音信號，以及 在所述第一時間段之后的第二時間段期間檢測所述第二聲音信號。
28. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中在相同的時間段期間檢測所述第一聲音信號和所述第二聲音信號。
29. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述第一聲音信號包括第一頻率集，以及所述第 二聲音信號包括不包含在所述第一頻率集中的第二頻率集。
30. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中在第一位置處檢測所述第一聲音信號，以及在第 二位置處檢測所述第二聲音信號。
31. —種系統(tǒng)，包括流體注入管柱，與向地下區(qū)域中的井中注入加熱的處理流體相關(guān)地生成聲音信號； 聲音檢測器，檢測所述聲音信號；以及 聲音信號分析器，解析所檢測的聲音信號。
32. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述聲音信號分析器解析所檢測的聲音信號，以 確定與所述流體注入管柱、所述井或所述地下區(qū)域中的至少一個相關(guān)的信息。
33. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述流體注入管柱包括流體振蕩器設(shè)備，其包括 限定所述流體振蕩器設(shè)備的內(nèi)部體積的內(nèi)表面、進(jìn)入所述內(nèi)部體積的入口、和來自所述內(nèi) 部體積的出口，所述內(nèi)表面在運(yùn)行期間是靜態(tài)的，以接收通過所述入口進(jìn)入所述內(nèi)部體積 的加熱的處理流體，并且隨時間改變通過所述出口從所述內(nèi)部體積出來的加熱的處理流體 的流率。
34. 如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述流體注入管柱還包括附加流體振蕩器設(shè)備和閥，所述閥選擇性地向所述流體振蕩器設(shè)備或所述附加流體振蕩器設(shè)備中的至少一個傳 送加熱的處理流體。
35. 如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述流體振蕩器設(shè)備包括第一汽笛，被配置為生 成包括第一頻率范圍的聲音信號；以及所述附加流體振蕩器設(shè)備包括第二汽笛，被配置 為生成包括第二頻率范圍的聲音信號。
36. 如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，還包括旁路導(dǎo)管，所述閥選擇性地向所述流體振蕩器 設(shè)備、所述附加流體振蕩器設(shè)備或所述旁路導(dǎo)管中的至少一個傳送所述加熱的處理流體。
全文摘要
加熱液體注入管柱(106)向地下區(qū)域(112)中的井(102)中注入加熱的處理流體，并生成聲音信號。聲音檢測器(212)檢測所述聲音信號，并且聲音信號分析器(214)解析所檢測的聲音信號。在一些實施方案中，所述聲音信號分析器(214)解析所檢測的聲音信號，以確定與所述加熱流體注入管柱(106)、所述井(102)或所述地下區(qū)域(112)中的至少一個相關(guān)的信息。
文檔編號E21B43/24GK101796262SQ200880106050
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者丹尼爾·D·格雷特曼, 羅伯特·L·皮普金, 羅杰·L·舒爾茨 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司