本發(fā)明涉及流體流入，尤其但不排他地涉及在諸如油井或氣井的烴井的井身中的流體流入。

背景技術(shù)：

在烴開(kāi)采中，通常期望準(zhǔn)確地跟蹤在井內(nèi)的流體。這對(duì)于井的高效運(yùn)行而言是有用的，例如確定井的各個(gè)部分如何貢獻(xiàn)于總產(chǎn)量。此外，不同的實(shí)體可擁有不同的儲(chǔ)層，其通過(guò)共同的井身接近（accessed）。理解在井中的流體流動(dòng)使得能夠根據(jù)從該儲(chǔ)層開(kāi)采的烴的體積來(lái)確定特定所有者的收入。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉的，期望的烴（油、氣等）不是在井中的唯一流體。還將發(fā)現(xiàn)諸如水的其他流體。的確，對(duì)于井操作人員來(lái)說(shuō)，水控制通常是關(guān)鍵問(wèn)題。在通常地以化學(xué)方法處理并返回到地面之前，必須將水從期望的烴分離出來(lái)，所有的這些增加了操作成本。在水體積超過(guò)一定水平時(shí)，井可能變得經(jīng)濟(jì)上不可行。在某些氣井中，在氣壓太低以致于不能將水推出時(shí)，水還可抑制流動(dòng)或使流動(dòng)停止。

從井身到烴儲(chǔ)層的接近能夠經(jīng)由在井身套管的壁中的一個(gè)或多個(gè)穿孔。在來(lái)自特定穿孔的水流入的體積是顯著的（或者相比烴的量是顯著的）時(shí)，可認(rèn)為穿孔變成“水淹”，且封堵該穿孔可增大井的盈利能力。然而，通常難以確定哪些穿孔過(guò)度地貢獻(xiàn)于在井中的水含量。

監(jiān)測(cè)在井內(nèi)的流動(dòng)的公知開(kāi)采測(cè)井工具包括諸如渦輪式流量計(jì)的流量計(jì)，或者“自旋體”，其置于工作的井的內(nèi)側(cè)，以基于自旋體的旋轉(zhuǎn)速度測(cè)量流體流動(dòng)的速度。遺憾的是，自旋體的旋轉(zhuǎn)速度和實(shí)際的流體流動(dòng)之間的關(guān)系由于摩擦和流體粘性而是復(fù)雜的，且在更低的流動(dòng)速度下，自旋體可能根本不工作。而且，這樣的自旋體妨礙流動(dòng)，且在插入和抽出時(shí)通常提供令人困惑的不同的測(cè)量結(jié)果。此外，不容易使用自旋體來(lái)區(qū)分不同流體。

存在其他流量計(jì)，諸如氣體孔板流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、科里奧利流量計(jì)等，其具有關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。然而，所有這樣的流量計(jì)都要經(jīng)受來(lái)自其不利操作環(huán)境的損害，要求仔細(xì)的校準(zhǔn)并且阻礙流動(dòng)。

此外，還已知有能夠區(qū)分液體和氣體（其可為氣、油和/或水）的多相流量計(jì)。再次，這樣的流量計(jì)經(jīng)受嚴(yán)厲的環(huán)境，且可不能夠分離出來(lái)自單個(gè)穿孔的貢獻(xiàn)。

所有這樣的方法都要求具有關(guān)聯(lián)的安全問(wèn)題的井介入、和井停工時(shí)間，且最后僅能夠提供“快照”。還已知使用光纖維來(lái)估計(jì)井的溫度并推測(cè)在其中的流動(dòng)速率，例如根據(jù)US6618677。然而，在其中描述的方法依賴于復(fù)雜模型，且在可采用該方法之前要求井“關(guān)井”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供確定在井中的多個(gè)穿孔處的流體流入的方法，該方法包括：

根據(jù)段塞跟蹤確定第一流體流動(dòng)速度廓線；

從在井中的多個(gè)穿孔的每個(gè)處的流體流入的估計(jì)來(lái)確定第二流體流動(dòng)速度廓線；

將第一和第二流體流動(dòng)速度廓線組合，以提供組合的速度廓線；

從組合的速度廓線推導(dǎo)在至少一個(gè)穿孔處的流體流入的指示。

在井內(nèi)的流體速度能夠用于提供流體流入的指示，且反之亦然。井可具有多個(gè)穿孔，所有的穿孔都可貢獻(xiàn)流體。隨著沿井向上上升的流體的體積增大，則流動(dòng)速度也通常增大。在井中一點(diǎn)處的流體速度通常與在向下更低處進(jìn)入井的流體的體積具有一定關(guān)系，且按照合理的近似與其成比例（本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，存在額外的因素，諸如在減少的壓力下氣體膨脹或液體成份蒸發(fā)，這可在更加復(fù)雜的模型中考慮，但是對(duì)于第一近似能夠忽略）。

流體進(jìn)入和/或傳遞通過(guò)井導(dǎo)致多種影響，諸如在井內(nèi)的壓力變化、溫度變化、紊流或振動(dòng)。這些影響的檢測(cè)能夠用于提供在本文中所稱的‘流動(dòng)信號(hào)’。

在一些示例中，流動(dòng)信號(hào)可歸于一個(gè)或多個(gè)‘段塞’（即，移動(dòng)通過(guò)井的不同流體成分的區(qū)域）的通過(guò)。段塞能夠?qū)е挛闪鳌毫ψ兓?、溫度變化、振?dòng)等，所有的這些都可貢獻(xiàn)于流動(dòng)信號(hào)?！稳櫋砂ù_定在井中的至少一個(gè)段塞的速度。

沿著井身移動(dòng)的段塞能夠使用纖維光學(xué)分布式感測(cè)系統(tǒng)來(lái)觀察，例如使用檢測(cè)在詢問(wèn)輻射的瑞利反向散射中的變化的分布式聲音感測(cè)(DAS)的原理（如在此后更詳細(xì)地描述的）。段塞可與在特定頻帶（其可在井之間變化，取決于包括井類型、開(kāi)采速率和纖維部署方法的一系列因素）中的流動(dòng)信號(hào)關(guān)聯(lián)，而其他頻帶可更少地受段塞影響，或明顯地不受影響。在一些示例中，頻帶可通過(guò)如下方法識(shí)別，即考慮多個(gè)頻帶，并識(shí)別與段塞關(guān)聯(lián)的流動(dòng)信號(hào)充分地（或者在一些示例中，最容易）顯現(xiàn)的頻帶。在一些示例中，作為單個(gè)段塞的特性的基于聲音或溫度的流動(dòng)信號(hào)能夠在其移動(dòng)通過(guò)井身時(shí)被跟蹤。

例如，如果段塞內(nèi)部的流體與周圍的流體具有不同的熱性質(zhì)，則段塞可導(dǎo)致溫度波動(dòng)，其能夠是毫開(kāi)爾文的量級(jí)。例如，因?yàn)橐后w通常比氣體具有更高的比熱容和傳熱系數(shù)，所以對(duì)于給定的溫度差，與相同體積的氣體相比，在井中給定體積的液體通常具有更大的冷卻/加熱效應(yīng)。

組合的速度廓線使用以下兩者：第一流體速度廓線，其使用段塞跟蹤被確定；與第二流體速度廓線，其與來(lái)自單個(gè)穿孔的流入有聯(lián)系。第一和第二速度廓線中的每個(gè)可與和其精確度及適用性有聯(lián)系的強(qiáng)度和限制相關(guān)聯(lián)，如在下文中討論的，但是組合的廓線可允許確定更加準(zhǔn)確的速度廓線，其能夠然后用于提供在單個(gè)穿孔處的流入的改進(jìn)的估計(jì)。

在一些示例中，確定第一流體流動(dòng)速度廓線包括，在段塞沿井向上移動(dòng)時(shí)跟蹤由于段塞導(dǎo)致的流動(dòng)信號(hào)。在一個(gè)示例中，流動(dòng)信號(hào)可指示溫度偏移。例如，井的溫度廓線能夠使用纖維光學(xué)技術(shù)或使用類似于在分布式聲音感測(cè)(DAS)中使用的技術(shù)的技術(shù)而隨著時(shí)間來(lái)捕集，所述纖維光學(xué)技術(shù)，諸如依靠布里淵或拉曼散射的分布式溫度感測(cè)(DTS)，其對(duì)溫度敏感，在分布式聲音感測(cè)(DAS)中使用的技術(shù)依靠來(lái)自貫穿纖維分散的固有散射部位（較小的瑕疵等）的瑞利反向散射。因?yàn)槎稳芸赡芴幱谂c井的背景溫度不同的溫度，所以每個(gè)段塞將在井溫度廓線中產(chǎn)生擾動(dòng)，且這些能夠沿井向上移動(dòng)地被跟蹤。

在其他示例中，與除了溫度以外的其他影響關(guān)聯(lián)的頻帶可用于段塞跟蹤，且在這種廓線中的特征（例如與增大的聲音信號(hào)關(guān)聯(lián)），可在其沿井向上移動(dòng)時(shí)隨著時(shí)間被跟蹤。通常，這可包括監(jiān)測(cè)在頻帶中的信號(hào)能量，且在其移動(dòng)通過(guò)井時(shí)跟蹤具有特性能量的特征。

如果段塞沿著井向上移動(dòng)，且通過(guò)貢獻(xiàn)顯著量的流體的穿孔，則段塞速度將增大。在井上，單個(gè)段塞的速度可在曲線上增大，其梯度取決于進(jìn)入井的流體。

盡管基于段塞跟蹤的流入模型當(dāng)在多個(gè)穿孔上求平均值時(shí)提供了平均流入的合理估計(jì)，但是其不特別地適合于識(shí)別在單個(gè)穿孔處的流入，特別是如果若干穿孔緊密地間隔。

在一些示例中，確定第二流體流動(dòng)速度廓線包括：

確定在穿孔附近的在頻帶內(nèi)的流動(dòng)信號(hào)；

將流動(dòng)信號(hào)與流體流入聯(lián)系起來(lái)；

并從流體流入確定估計(jì)的流體流動(dòng)速度廓線。

在一些示例中，頻帶可基于以下情況來(lái)確定：在該頻帶中，與遠(yuǎn)離穿孔相比，在至少一個(gè)穿孔處存在更加顯著的信號(hào)。替代性地或附加地，頻帶可基于以下情況來(lái)確定：在該頻帶中的信號(hào)表現(xiàn)出隨著開(kāi)采速率而變化（其可在一些示例中確定，例如通過(guò)使用其他開(kāi)采測(cè)井工具）。該頻帶可在井之間變化，尤其是不同類型的那些井，且可與用于確定第一流體流動(dòng)速度廓線的任何頻帶不同。

在一些示例中，流動(dòng)信號(hào)可直接指示流體流入。例如，相比相對(duì)‘安靜’的聲音信號(hào)，相對(duì)‘大聲’的聲音信號(hào)可指示更多的流入。例如，傳感器（諸如上文中提到的纖維光學(xué)傳感器）可用于提供在感興趣的每個(gè)穿孔附近的在適當(dāng)?shù)模ɡ?，所確定的）頻帶內(nèi)的流動(dòng)信號(hào)（例如，溫度偏移或聲音信號(hào)能量水平），且這能夠用于提供在每個(gè)穿孔處的流入的第一指示。這可基于如下原理（這是本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉的）：進(jìn)入井的流體的量與提高到n次冪的特定頻率范圍中的信號(hào)的能量成比例（其中，n的值取決于井類型）。

在特定示例中，流動(dòng)信號(hào)可指示溫度偏移，即，該頻帶是與由移動(dòng)經(jīng)過(guò)穿孔的段塞導(dǎo)致的熱信號(hào)關(guān)聯(lián)的頻帶（其與一些聲音信號(hào)相比，可以是相對(duì)低的頻帶），如下文中更詳細(xì)地討論的。

這種流動(dòng)信號(hào)允許確定來(lái)自單個(gè)穿孔的流入的估計(jì)，但是估計(jì)的精確度可能受到諸如流動(dòng)狀態(tài)的因素影響，且可能在穿孔較寬地間隔的情況下不提供可靠的結(jié)果。

從流入估計(jì)，可確定流體流動(dòng)速度廓線（回想一下，如上所述，在井中的流體的速度與在井中的流體的量相關(guān)）。

在一些示例中，特別是在烴包括至少一些氣體（且在一些示例中，井至少首先是氣井）的情況下，確定第二流體流動(dòng)速度廓線包括：

在井的區(qū)段內(nèi)的多個(gè)位置處監(jiān)測(cè)溫度，所述位置包括：(a)第一組位置，在穿孔處或其附近；和（b）第二組位置，在該處，溫度基本上獨(dú)立于在穿孔處的氣體流入的溫度影響；

確定在所述位置處的溫度偏移的指示；

通過(guò)將來(lái)自第二組位置的溫度偏移的指示與液體流入聯(lián)系起來(lái)，并將來(lái)自第一組位置的溫度偏移的指示與液體和氣體流入聯(lián)系起來(lái)，來(lái)獲得至井的流體流入的指示。

通過(guò)監(jiān)測(cè)在穿孔處的溫度，能夠獲得在穿孔處的氣體流入通過(guò)焦耳湯普遜冷卻效應(yīng)和在氣井中的液體(通常主要是水）對(duì)于溫度的影響。通過(guò)監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)離穿孔（例如在本文中稱為零點(diǎn)的在穿孔之間的點(diǎn)處）的溫度，能夠獨(dú)立于氣體流入的影響以良好近似值考慮由于液體流動(dòng)導(dǎo)致的溫度改變。這允許進(jìn)行液體和氣體流入兩者的估計(jì)，其能夠用于確定第二流體流動(dòng)速度廓線。

如果第二組位置中的至少一個(gè)在所有井穿孔上方，則能夠確定由于在一定時(shí)間期間內(nèi)由井開(kāi)采的水的總體積導(dǎo)致的溫度偏移的估計(jì)。此外，可有利地獲得通過(guò)井區(qū)段開(kāi)采的氣體的總體積的測(cè)量結(jié)果。這種測(cè)量結(jié)果在縮放結(jié)果方面可能是有利的，以通過(guò)參考流體/氣體的總體積，進(jìn)一步估計(jì)在每個(gè)穿孔處的流體/氣體流入的體積。在一些示例中，第一組位置包括在井區(qū)段的每個(gè)穿孔處的位置，和/或第二組位置位于來(lái)自第一組的位置的每側(cè)。這允許考慮來(lái)自每個(gè)穿孔的貢獻(xiàn)，這可能是在井管理中感興趣的。

在一些實(shí)施例中，該方法包括確定來(lái)自至少一個(gè)穿孔的水和/或氣體的流入的指示。這可允許井操作人員考慮關(guān)閉或密封特定穿孔的影響，和/或在對(duì)井具有利益的當(dāng)事人之間歸屬收入。

監(jiān)測(cè)溫度可包括在不監(jiān)測(cè)實(shí)際溫度的情況下監(jiān)測(cè)溫度改變。在一些實(shí)施例中，在一定時(shí)間期間內(nèi)監(jiān)測(cè)溫度偏移，且溫度偏移的指示通過(guò)以下方式來(lái)確定：對(duì)溫度波動(dòng)進(jìn)行求和，對(duì)溫度波動(dòng)進(jìn)行平均，和/或?qū)τ稍谄陂g內(nèi)檢測(cè)的溫度波動(dòng)引起的信號(hào)能量進(jìn)行積分。一個(gè)這種方法包括對(duì)在信號(hào)中的“能量”進(jìn)行求和。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，在任何給定深度，井將具有背景或者平衡溫度，其由形成井的土地的地?zé)崮芰繘Q定。通常，井在底部比在頂部更熱，且流體或氣體進(jìn)入和/或移動(dòng)通過(guò)井導(dǎo)致溫度從該平衡溫度移位。導(dǎo)致這些波動(dòng)的能量指示流體流動(dòng)。

有利地，溫度監(jiān)測(cè)和/或檢測(cè)流動(dòng)信號(hào)的步驟可通過(guò)監(jiān)測(cè)在適合于與分布式聲音感測(cè)(DAS)感測(cè)技術(shù)一起使用的光纖維中的反向散射來(lái)執(zhí)行。這種系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)相對(duì)小和/或快速的聲音和溫度改變。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供用于監(jiān)測(cè)在井的區(qū)段中的流體流動(dòng)的設(shè)備，該井具有多個(gè)穿孔，流體通過(guò)所述多個(gè)穿孔進(jìn)入井，該設(shè)備包括：

光纖維，其沿著井區(qū)段的長(zhǎng)度布置；

詢問(wèn)器單元，其布置成借助光輻射詢問(wèn)纖維，且檢測(cè)在光纖維內(nèi)反向散射的任何輻射；

處理設(shè)備，其布置成處理所檢測(cè)的信號(hào)以：

確定與移動(dòng)通過(guò)井的至少一個(gè)段塞關(guān)聯(lián)的流動(dòng)信號(hào)，并從其確定第一流體流動(dòng)速度廓線，并且

確定與在井中的多個(gè)穿孔的每個(gè)處的流體流入關(guān)聯(lián)的流動(dòng)信號(hào)，并從其確定第二流體速度廓線。

通過(guò)將第一和第二流體速度廓線組合，來(lái)確定組合的速度廓線。

處理設(shè)備還可布置成從組合的速度廓線確定在至少一個(gè)穿孔處的流體流入的指示。設(shè)備可布置成執(zhí)行本發(fā)明的第一方面的方法的任何部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于確定在井中的流體流動(dòng)的指示的處理設(shè)備，該設(shè)備布置成：基于在井中的至少一個(gè)段塞的速度確定第一流體流動(dòng)速度廓線；從在井中的多個(gè)穿孔的每個(gè)處的流體流入的估計(jì)來(lái)確定第二流體流動(dòng)速度廓線；將第一和第二流體流動(dòng)速度廓線組合，以提供組合的速度廓線。

處理設(shè)備可包括本發(fā)明的第二方面的用于監(jiān)測(cè)流體流動(dòng)的設(shè)備的處理設(shè)備，且可具有本文中關(guān)于其所述的特征中的任一項(xiàng)或任何組合，包括在權(quán)利要求中闡述的那些。處理設(shè)備可布置成執(zhí)行本發(fā)明的第一方面的任何方法步驟。

關(guān)于本發(fā)明的任何方面描述的特征可與本發(fā)明任何其他方面中的特征組合。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在僅參考附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中：

圖1示出分布式纖維光學(xué)感測(cè)設(shè)備；

圖2示出可在分布式纖維光學(xué)感測(cè)中使用的脈沖；

圖3示出圖1的設(shè)備的處理電路的細(xì)節(jié)；

圖4示出合并有纖維光學(xué)感測(cè)設(shè)備的井；以及

圖5-圖10示出與在井中的位置關(guān)聯(lián)的信號(hào)。

具體實(shí)施方式

圖1示出分布式纖維光學(xué)感測(cè)布置的示意性表示。感測(cè)纖維101的長(zhǎng)度在一端可移除地連接到詢問(wèn)器單元100。感測(cè)纖維101使用常規(guī)的纖維光學(xué)耦合裝置耦合到詢問(wèn)器單元100的輸出/輸入。詢問(wèn)器單元100布置成向感測(cè)纖維101中發(fā)射相干光輻射脈沖，并檢測(cè)來(lái)自所述脈沖的任何輻射，該輻射在光纖維101內(nèi)反向散射。對(duì)于基于瑞利散射的纖維光學(xué)分布式感測(cè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，詢問(wèn)器單元100將檢測(cè)從纖維101內(nèi)瑞利反向散射的輻射。為了生成光脈沖，詢問(wèn)器單元100包括至少一個(gè)激光器102。激光器102的輸出被光調(diào)制器103接收，光調(diào)制器103生成如將在后文描述的那樣的脈沖配置。來(lái)自光調(diào)制器103的脈沖輸出然后例如經(jīng)由環(huán)行器104傳輸?shù)礁袦y(cè)纖維101中。對(duì)使用光調(diào)制器的替代方案可以是以激光器產(chǎn)生脈沖輸出的方式驅(qū)動(dòng)激光器。

注意，如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“光”不受限于可見(jiàn)的光譜，且光輻射包括紅外線輻射、紫外線輻射和電磁光譜的其他區(qū)域。

纖維101中的一部分光從纖維101內(nèi)的散射部位反向散射。在簡(jiǎn)單的模型中，認(rèn)為散射部位的數(shù)目能夠決定可能出現(xiàn)的散射量，且這種散射部位的分布決定干涉。刺激可導(dǎo)致纖維的相關(guān)區(qū)段內(nèi)的光路長(zhǎng)度的改變（其可以是在部分纖維中的長(zhǎng)度的物理改變和/或有效折射率的改變）。在該簡(jiǎn)單的模型中，這能夠認(rèn)為是改變散射部位的間隔，但是對(duì)數(shù)目沒(méi)有任何顯著的影響。結(jié)果是干涉特性中的改變。事實(shí)上，導(dǎo)致纖維的相關(guān)區(qū)段中的光路長(zhǎng)度改變的刺激能夠被看作使由纖維101的該區(qū)段內(nèi)的各個(gè)散射部位限定的虛擬干涉計(jì)的偏置點(diǎn)變化。

從在感測(cè)纖維101內(nèi)傳播的光脈沖反向散射的任何光輻射被再次例如經(jīng)由環(huán)行器104引導(dǎo)到至少一個(gè)光電檢測(cè)器105。檢測(cè)器輸出通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）106取樣，且將來(lái)自ADC106的樣本傳遞到處理電路107用于處理。處理電路107處理檢測(cè)器樣本以針對(duì)多個(gè)分析箱中的每一個(gè)確定輸出值，每一個(gè)分析箱或通道對(duì)應(yīng)于光纖維101的感興趣的不同（雖然可能重疊）縱向感測(cè)部分。將注意到，詢問(wèn)器單元100可包括各種其他部件，諸如放大器、衰減器、附加濾波器、噪聲補(bǔ)償器等，但是為了清楚地解釋詢問(wèn)器單元100的通用功能，這些部件在圖1中已被省略。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，激光器102和調(diào)制器103配置成以特定發(fā)射速率產(chǎn)生至少一個(gè)脈沖對(duì)序列，如現(xiàn)在關(guān)于圖2所討論的。然而，其他脈沖配置是可能的。

圖2示出以第一頻率F1且具有持續(xù)時(shí)間d1的第一脈沖201，短時(shí)間之后是具有第二頻率F2且具有第二持續(xù)時(shí)間d2的第二脈沖202。兩個(gè)脈沖的頻率F1、F2可相同，或可不同。在一些示例中，兩個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間d1、d2（且因此空間寬度）等于彼此，但這不是必須的。兩個(gè)脈沖201、202具有等于Ts的時(shí)間間隔（如圖所示，Ts表示在脈沖的前沿之間的時(shí)間間隔）。

當(dāng)脈沖對(duì)在光纖維101內(nèi)傳播時(shí)，一些光將從光纖維101內(nèi)的固有散射部位從脈沖201、202中的每一個(gè)散射。該反向散射光中的至少一些將被引導(dǎo)回到光纖維101的開(kāi)端，在那里其能夠被檢測(cè)到。在任何時(shí)刻在檢測(cè)器105處接收的反向散射信號(hào)都是由散射光的組合產(chǎn)生的干涉信號(hào)。

圖1的分布式纖維光學(xué)傳感器依賴于如下事實(shí)：對(duì)光纖維的任何干擾（例如應(yīng)變、或熱膨脹）或因光纖維101中的溫度改變帶來(lái)的折射率的改變將導(dǎo)致光路長(zhǎng)度改變，這能夠因此對(duì)所生成的干涉信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。檢測(cè)在來(lái)自纖維101的特定區(qū)段的干涉信號(hào)中的相位改變能夠因此用作光纖維101上的光路長(zhǎng)度改變的指示，且因此用作纖維101的該區(qū)段處的狀態(tài)（溫度、應(yīng)變、聲音等）的指示。這種基于相位的傳感器具有提供對(duì)入射刺激的線性和定量響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。原則上，可使用單脈沖序列，但是在那種情況下，在輸出信號(hào)和刺激之間將不是定量關(guān)系。

在該示例中，詢問(wèn)器單元100基本上如在我們先前提交的申請(qǐng)WO2012/134022和WO2012/134021中更詳細(xì)描述的那樣操作，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。在一個(gè)示例中，通道由在脈沖對(duì)的發(fā)射之后的特定取樣時(shí)間來(lái)限定，且連續(xù)的檢測(cè)器輸出以由在脈沖對(duì)的脈沖之間的頻率差限定的頻率提供相位調(diào)制載波信號(hào)（且因此包括在從成對(duì)的兩個(gè)脈沖反向散射的光之間的干涉信號(hào)），其可例如通過(guò)使用調(diào)制器103來(lái)調(diào)制在發(fā)射脈沖對(duì)內(nèi)的脈沖之間的頻率而獲得。

如還在我們先前提交的申請(qǐng)WO2012/134022和WO2012/134021中描述的，在成對(duì)的脈沖之間可存在相對(duì)相位差，且該相對(duì)相位差可隨著脈沖對(duì)不同而改變。在提供處理優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)布置中，載波頻率被布置為發(fā)射速率的四分之一，使得以載波頻率的信號(hào)在連續(xù)脈沖對(duì)的發(fā)射之間以90°相位演變。這還允許調(diào)制帶寬的高效使用。

圖3示出該調(diào)制載波信號(hào)如何被處理電路107處理以確定用于單個(gè)通道的載波信號(hào)的相位的一個(gè)實(shí)施例。表示用于傳感器的一個(gè)通道的調(diào)制載波信號(hào)的樣本被高通濾波301，以去除處于DC或低頻的任何分量。濾波后的信號(hào)分成兩個(gè)處理通道，且在每一個(gè)通道中的信號(hào)在載波頻率上乘以正弦302或余弦303函數(shù)，且然后通過(guò)I和Q分量低通濾波器304和305低通濾波以生成同相(I)和正交(Q)分量，如在復(fù)雜的解調(diào)方案中已知的。其中，載波頻率是聲脈沖速率的1/4，每一個(gè)樣本乘以0、+1或-1。所得的I和Q信號(hào)然后用于通過(guò)直角到極坐標(biāo)(RP)轉(zhuǎn)換306來(lái)計(jì)算相位值。

RP轉(zhuǎn)換還可以可選地生成幅值。輸出信號(hào)是在從0Hz到上限的頻率范圍內(nèi)以弧度測(cè)量的相移，所述上限由I和Q分量低通濾波器304和305確定。

在常規(guī)DAS技術(shù)（即，應(yīng)用于檢測(cè)聲音信號(hào)的那些技術(shù)）中，該相移Φ₀可被高通濾波。認(rèn)為這是有利的，因?yàn)槠湎宋挥诘皖l區(qū)域中的不想要的噪聲信號(hào)。然而，在下文中描述的實(shí)施例中，感興趣的是低頻溫度改變，且因此相位值可被（可選地）低通濾波，以去除聲音影響，且為了該目的（脫離WO2012/134022和WO2012/134021的教導(dǎo)），將數(shù)據(jù)傳遞到低通濾波器307。在實(shí)踐中，即使感興趣是低頻信號(hào)，高頻信號(hào)部分也可保留，并分離地處理以用于聲音感測(cè)（可能已經(jīng)經(jīng)受其他帶通濾波以隔離感興趣的頻帶），因此提供了組合的DAS和溫度（和/或其他慢動(dòng)作改變）傳感器。出于對(duì)與溫度波動(dòng)有關(guān)的信號(hào)進(jìn)行隔離的原因，低通濾波器307的截止頻率優(yōu)選地是預(yù)定的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在聲音信號(hào)和溫度信號(hào)之間不存在明確限定的差別。然而通常它們之間的邊界被認(rèn)為是在0.1和1Hz之間的某處，但是還可考慮包括例如1-10Hz（可認(rèn)為其與聲音范圍重疊）的其他范圍。該濾波進(jìn)一步在下文中描述。然而，如下文中更詳細(xì)地指出的，并不是在所有示例中都需要，且在一些示例中，可對(duì)不同的頻帶感興趣，在這種情況下，濾波器307可包括一個(gè)或多個(gè)帶通濾波器。

在一些實(shí)施例中，可選擇I和Q分量低通濾波器304和305的閾值以隔離、或基本上隔離相位信號(hào)的低頻分量，且可以不要求隨后的相位值低通濾波器307。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，這種濾波器可主要被提供以去除在產(chǎn)生I和Q分量的混合階段中生成的“雙頻”分量，然而它們還可用于去除處于載波頻率的任何分量，其產(chǎn)生自任何剩余的低頻輸入信號(hào)乘以正弦和余弦項(xiàng)。為了該目的，通常將閾值設(shè)置為小于載波頻率。例如，低通濾波器可設(shè)置為在載波信號(hào)頻率的1/3處具有截止，這將保留在光纖維中施加路徑長(zhǎng)度改變的在該頻率及以下的所有信號(hào)。然而，在感興趣的是低頻信號(hào)的示例中，低通濾波器304和305可相反具有低得多的截止，例如100Hz或更低。這還有助于提高如現(xiàn)在解釋的解調(diào)的穩(wěn)定性。

解調(diào)過(guò)程的穩(wěn)定性取決于，已從兩個(gè)脈沖反向散射充足的光，以生成具有充足的載波對(duì)噪聲比（CNR）的載波。這些散射部位在纖維101內(nèi)有效地隨機(jī)分布。對(duì)于纖維101的一些區(qū)段，光反向散射將傾向于相長(zhǎng)干涉，從而給定來(lái)自脈沖的大的反向散射水平，而對(duì)于其他區(qū)段，將存在更多的相消干涉，其導(dǎo)致更低的反向散射水平。如果來(lái)自兩個(gè)脈沖中的某一個(gè)的反向散射光下降，則通過(guò)將它們混合在一起所生成的載波水平將降低。更低的載波水平將意味著I、Q分量變得噪聲更多，且如果噪聲水平變得太大，那么從它們獲得的相位將示出一系列2π弧度躍遷，因此破壞數(shù)據(jù)。這些2π躍遷發(fā)生的可能性與在I和Q分量上的總的噪聲水平負(fù)相關(guān)。當(dāng)該噪聲是寬帶時(shí)，能夠通過(guò)使用圖3的濾波器304和305的更低的頻率截止來(lái)減少其水平。因此減小該帶寬減少了在數(shù)據(jù)中產(chǎn)生2π躍遷的幾率，且因此改進(jìn)了解調(diào)過(guò)程的穩(wěn)定性。

隔離低頻信號(hào)的任務(wù)因此能夠由I和Q分量低通濾波器304、305或由相位值低通濾波器307來(lái)執(zhí)行，或在它們之間共享。然而，降低相位值濾波器307的截止閾值不會(huì)提高解調(diào)的穩(wěn)定性。

還將理解，為濾波選定的閾值取決于感興趣的信號(hào)。通常，（多個(gè)）濾波器應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為保留所有感興趣的信號(hào)?？紤]到溫度的示例，因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮預(yù)期溫度變化和纖維反應(yīng)的速度，以及維持預(yù)期改變的最快改變值的上頻率閾值。

然而，已經(jīng)指出，在一些井下環(huán)境中（例如，在氣密井中），溫度信號(hào)相比聲音信號(hào)占主導(dǎo)。因此可為如下情況，即，在濾波器307處不要求濾波（即，濾波器307可不存在）以隔離低頻溫度信號(hào)，因?yàn)槠淇赡苁侵鲗?dǎo)信號(hào)。

假定相位改變（或者保留的低頻相位改變）主要是由于溫度改變，則溫度改變可通過(guò)將適當(dāng)處理的數(shù)據(jù)乘以纖維纜線的預(yù)定溫度/相位關(guān)系來(lái)確定。溫度/相位關(guān)系將取決于所使用的纖維。通常，原始纖維的溫度/相位關(guān)系是眾所周知的，但是如果將額外的覆層置于其上或如果其被包括在纜線結(jié)構(gòu)中，則這會(huì)被修改。特定纜線的溫度/相位關(guān)系可計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量。如果基于光纖維中的瑞利反向散射的特定分布式感測(cè)系統(tǒng)的主要目標(biāo)是測(cè)量溫度，則可使用隨著溫度變化而相位大幅變化的纖維。這可例如通過(guò)使用具有高熱膨脹系數(shù)的材料的覆層（其可為相對(duì)厚的覆層以增強(qiáng)效應(yīng)）的纖維來(lái)獲得。

對(duì)于雙脈沖系統(tǒng)，相位對(duì)溫度的轉(zhuǎn)換能夠?qū)θ魏畏档男盘?hào)進(jìn)行。對(duì)于單脈沖系統(tǒng)，由于眾所周知的信號(hào)衰落問(wèn)題，這是不可能的。然而對(duì)于引起信號(hào)的卷繞（wrapping）的大而慢的溫度變化，可以估計(jì)在單脈沖系統(tǒng)中的相位速率和因此的溫度改變。

雖然對(duì)實(shí)際溫度變化的了解可能是有用的，因?yàn)槠涫沟媚軌虮容^來(lái)自不同位置的信號(hào)，這可繼而有助于更好地理解各種處理如何引起感測(cè)纖維101周圍的溫度變化，但是在本文中在下文中描述的實(shí)施例中，這種測(cè)量是不必要的，因?yàn)楦信d趣的是相對(duì)溫度改變。

還可采取步驟以補(bǔ)償激光器相位噪聲等。尤其，激光器相位噪聲是由于在生成詢問(wèn)輻射的激光器的波長(zhǎng)中的慢漂移而導(dǎo)致的。這能夠施加像慢動(dòng)作刺激那樣的類似的相移，且可因此難以與溫度改變區(qū)分。在檢測(cè)聲音信號(hào)的常規(guī)DAS系統(tǒng)中，激光器相位噪聲較少受到關(guān)注，因?yàn)槠浔豢醋鬟h(yuǎn)離感興趣的信號(hào)帶。然而，激光器相位噪聲在一些實(shí)施例中可以是處于低頻（例如，在1Hz以下）的相位改變信號(hào)的顯著分量。

然而，相位噪聲產(chǎn)生貫穿纖維相同的信號(hào)。因此，在一個(gè)示例中，纖維的一部分至少基本上屏蔽于至少一些其他慢動(dòng)作改變（例如，在溫度穩(wěn)定的環(huán)境中，屏蔽于溫度改變），且使用來(lái)自纖維的該屏蔽區(qū)段的反向散射信號(hào)以提供激光器相位噪聲的指示。在另一示例中，可通過(guò)計(jì)算從纖維的至少一些部分（且可能地每個(gè)部分）（即，每個(gè)通道）返回的平均信號(hào)來(lái)估計(jì)激光器相位噪聲。在一些示例中，來(lái)自纖維的一些部分（優(yōu)選地大部分）的信號(hào)可用于確定平均值，但是從那些部分返回的具有來(lái)自其他源的高水平低頻信號(hào)（諸如感興趣的信號(hào)或由于低載波信號(hào)導(dǎo)致的高水平噪聲）的信號(hào)可被排除。盡管這提供了不要求纖維的屏蔽區(qū)段的優(yōu)點(diǎn)，但是其假定在用于計(jì)算平均值的纖維的部分中感興趣的低頻信號(hào)是不相關(guān)的（因?yàn)?，例如，如果整個(gè)纖維經(jīng)受相同的溫度改變，則該溫度信號(hào)也將是跨所有通道一致的，且難以與噪聲區(qū)分開(kāi)）。然而，在井中的溫度感測(cè)的應(yīng)用中，這種改變通常非常慢，且如以下概述的，能夠利用高通濾波器濾出非常低頻的改變。

一旦已經(jīng)確定激光器相位噪聲的估計(jì)，就可在信號(hào)中對(duì)其補(bǔ)償。

此外，可采取步驟以確保獲得“高品質(zhì)”數(shù)據(jù)且利用其導(dǎo)出測(cè)量信號(hào)。例如，如在WO2012/137021中描述的，對(duì)應(yīng)于感興趣的每個(gè)感測(cè)部分的多個(gè)樣本可被取得（這些樣本可從纖維的重疊區(qū)段取得）且標(biāo)記為用于處理的分離通道。通道可根據(jù)質(zhì)量度量來(lái)組合，其可為來(lái)自通道的已處理數(shù)據(jù)的相似度的測(cè)量。這允許具有高噪聲水平的樣本（例如由于載波信號(hào)的衰落）被忽略，或在最終結(jié)果中給其低的等級(jí)評(píng)價(jià)。

然而，在WO2012/137021中描述的方法利用高通濾波器，其還可去除熱信息。因此，如果感興趣的是低頻信號(hào)，為了確保返回該信息，但是在低頻相位調(diào)制的背景中維持在WO2012/137021中描述的方法的益處，該方法可在沒(méi)有高通濾波的情況下實(shí)施。代替選擇最相似的通道，質(zhì)量度量可替代地基于在高頻處的信號(hào)水平的確定（其中，偏愛(ài)更低的水平）、或者在低頻(例如，2-20Hz)的信號(hào)、在高頻的信號(hào)之間的比率（其中，偏愛(ài)更高的比率）、或者信號(hào)關(guān)于時(shí)間的最大微分。這些方法不受DC偏移的水平的影響，且基于如下事實(shí)：即，由于物理干擾，大部分信號(hào)在低頻處具有更高的水平，而取決于可變載波水平的系統(tǒng)噪聲具有平坦光譜。

在用于組合的通道的選擇中存在改變時(shí)，在沒(méi)有額外處理的情況下，也可能在輸出信號(hào)中存在階躍（step），因?yàn)樾碌某山M通道將大體具有與舊組不同的平均偏移。

因此，DC偏移可添加到選定的通道的平均值以給出輸出信號(hào)。在該組通道改變時(shí)，為了避免或平滑在輸出中的階躍改變，可考慮在新組和舊組的平均值之間的差，且可設(shè)置DC偏移以去除任何階躍改變。尤其，可考慮若干連續(xù)通道樣本的平均值，且在若干這種取樣組中，可平滑DC偏移改變，以便在數(shù)據(jù)中不存在階躍，從而有效地將數(shù)據(jù)從舊組通道逐漸縮減到新組通道，以產(chǎn)生更平滑的結(jié)合。

質(zhì)量度量可基于波動(dòng)基礎(chǔ)或周期性地確定。在任何情況下，在結(jié)合區(qū)域中的樣本的數(shù)目應(yīng)當(dāng)比任何塊長(zhǎng)度更低，以便確保塊長(zhǎng)度能夠避免在結(jié)合區(qū)域期間的多個(gè)改變。這能夠通過(guò)設(shè)置最小塊長(zhǎng)度、或設(shè)置有助于結(jié)合的樣本數(shù)目、或兩者來(lái)控制，且可根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)預(yù)定或變化。

如將理解的，這種質(zhì)量度量用于確保在已處理的數(shù)據(jù)中強(qiáng)調(diào)“高品質(zhì)”數(shù)據(jù)。然而，在其他示例中，在已經(jīng)識(shí)別“壞數(shù)據(jù)”之后，其可簡(jiǎn)單地利用來(lái)自周圍通道的“好數(shù)據(jù)”替換。

例如，如上面指出的，解調(diào)失效可通過(guò)尋找在樣本之間的2π倍數(shù)的階躍而識(shí)別。在實(shí)踐中，這可在若干樣本上發(fā)生，使得可在來(lái)自不同脈沖對(duì)的5個(gè)、10個(gè)或更多樣本上做出完全2π改變。因此，用于檢測(cè)改變的閾值可設(shè)置為低于2π，例如跨來(lái)自不同脈沖對(duì)的例如五個(gè)樣本的差測(cè)量的2π改變的60%，但是取決于數(shù)據(jù)組和取樣率，其他閾值和取樣間隔可以是適當(dāng)?shù)摹?/p>

可在例如一秒的時(shí)間幀內(nèi)考慮樣品（但是對(duì)于給定的取樣組，其他時(shí)間期間可以是適當(dāng)?shù)模?。如果檢測(cè)到解調(diào)失效的特性，則該數(shù)據(jù)可簡(jiǎn)單地替換為不呈現(xiàn)該特性的一個(gè)或多個(gè)相鄰?fù)ǖ?。在一個(gè)示例中，如果兩個(gè)鄰近通道都沒(méi)有呈現(xiàn)出該特性，則可使用這些通道的平均。如果沒(méi)有鄰近通道是“良好的”，則可使用來(lái)自最近的好通道的數(shù)據(jù)。如上所述，可期望在數(shù)據(jù)組之間調(diào)整或縮減結(jié)合。

在以這種方式的“修復(fù)”之后，數(shù)據(jù)可降低取樣（例如，壓縮取樣100倍）。這種降低取樣可使用有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器的一個(gè)或多個(gè)來(lái)執(zhí)行，通過(guò)使用諸如在MATLAB等中的壓縮取樣工具的信號(hào)處理工具?？蓤?zhí)行附加的濾波和/或歸一化。

在這種壓縮取樣之后，在數(shù)據(jù)中的趨勢(shì)將顯而易見(jiàn)。將注意到該技術(shù)依賴于如下事實(shí)：相對(duì)很少的通道將經(jīng)受解調(diào)失效，但是這與觀察結(jié)果一致。還已經(jīng)觀察到經(jīng)受解調(diào)失效的通道可保持在該狀態(tài)中一段時(shí)間，例如幾個(gè)小時(shí)。

在一些情況下，相比使用例如參考質(zhì)量度量的加權(quán)平均的方法，這種方法將保留更加原始的數(shù)據(jù)。

其他方法可用于幫助識(shí)別有可能經(jīng)受解調(diào)失效的數(shù)據(jù)。例如，具有低載噪比（CNR）的通道，該載噪比通常在解調(diào)失效的期間之前和之后觀察到。因此，CNR可用于指示解調(diào)失效的預(yù)期狀態(tài)，和/或呈現(xiàn)低CNR的數(shù)據(jù)可如上文中關(guān)于解調(diào)失效概述的那樣被替換。

因?yàn)檫@種感測(cè)光纖維101的使用相對(duì)便宜，所以其可以以永久方式部署在井身中，因?yàn)閷⒗w維101留在原地的成本并不顯著。纖維101因此以不妨礙井的正常操作的方式方便地部署。在一些實(shí)施例中，合適的纖維可在井的建設(shè)階段期間安裝。

圖4示意性示出用于接近地下烴的井400，其具有與其關(guān)聯(lián)的分布式纖維感測(cè)設(shè)備。

井400包括井道402，其具有若干穿孔404。穿孔404在氣體或其他烴儲(chǔ)層的區(qū)域中，且允許流體進(jìn)入井道402，在該井道402中，它們?cè)谧陨淼膲毫ο律仙蚴褂帽玫壬仙骄?06，在那里，烴被收集和容納。

然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉的，在實(shí)踐中，將幾乎總是看到烴和水的混合物經(jīng)由穿孔404進(jìn)入井道402。在水的比例達(dá)到一定點(diǎn)時(shí)，井400將變得經(jīng)濟(jì)上不可行。而且，在一些情況下，大比例的水能夠減少或者甚至停止來(lái)自井的烴流動(dòng)。然而，如果引入不均衡的量的水的穿孔404可被識(shí)別且例如被密封，則這可增加井400的經(jīng)濟(jì)壽命和提取效率。

同樣有益的是跟蹤每一個(gè)穿孔404對(duì)井開(kāi)采貢獻(xiàn)多少烴。

井400包括感測(cè)纖維101，其附接到上文關(guān)于圖1描述的詢問(wèn)器單元100，且在該示例中，如關(guān)于圖1到圖4描述的那樣操作。

在井的使用中，纖維101被借助輻射詢問(wèn)，以提供聲音和/或溫度感測(cè)。這傳回流動(dòng)信號(hào)，該流動(dòng)信號(hào)可指示在井道402的給定深度處的溫度改變或聲音信號(hào)，且尤其與在井400中該深度處的溫度/聲音改變有關(guān)。在下文中描述的示例中，所監(jiān)測(cè)的是相對(duì)低頻的溫度改變。然而，在其他示例中，可監(jiān)測(cè)其他頻帶。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉的，在烴儲(chǔ)層的提取中，水通常與烴一起被提取。液體在井中能夠形成所謂的“段塞（slug）”，且在下文氣井的示例中，該術(shù)語(yǔ)將用于表示一種物質(zhì)，其能夠在井身內(nèi)相對(duì)于井內(nèi)的其他物質(zhì)（例如，氣體）顯著傳遞熱或生成聲音信號(hào)。注意，在該情況下，‘顯著’能夠意味著能夠是在毫開(kāi)爾文量級(jí)上的溫度改變，其仍然能夠由詢問(wèn)器單元100容易地檢測(cè)到。因?yàn)橐后w通常比氣體具有更高的比熱容和熱傳遞系數(shù)，所以對(duì)于給定的溫度差，相比相同體積的氣體，在井中的給定體積的液體可具有更大的冷卻/加熱效應(yīng)。段塞可基本上是水、油或去混合物（盡管將理解段塞將很可能包含其他物質(zhì)，尤其是泥、砂、污染物等），或者可為具有高比例的水的一部分氣體。

由于在周圍土地中的地?zé)崽荻龋匝鼐蛏贤ǔ４嬖跓崽荻?，其中，井的下部區(qū)段相比上部區(qū)段通常更熱。沿井向上移動(dòng)的段塞因此通常比其環(huán)境更溫暖，且如在下文中關(guān)于圖9更詳細(xì)地描述的，由段塞產(chǎn)生的溫度擾動(dòng)能夠通過(guò)井的至少一部分的一系列隨時(shí)間的溫度廓線來(lái)跟蹤，以在井上提供段塞速度廓線。在井的一個(gè)模型中，可考慮段塞速度指示流體速度，并且因此，確定段塞速度廓線允許確定第一流體速度廓線。

此外，因?yàn)樵谀滁c(diǎn)處的流體速度與在井中的流體的量相關(guān)，所以，如果估計(jì)出從穿孔的流入（inflow），則這可允許確定第二流體流動(dòng)速度廓線。

在一些示例中，可通過(guò)假定在任何穿孔處觀察到的由于流入導(dǎo)致的信號(hào)的能量水平與流入的量相關(guān)來(lái)確定流體流入的估計(jì)。在一些示例中，進(jìn)入井的流體的量被估計(jì)為與提高到n次冪的特定頻帶中的信號(hào)的能量成比例（其中，n的值取決于井類型）。然而，可開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的模型，并且可更好地反映實(shí)際流入。

現(xiàn)在關(guān)于圖4到圖8描述估計(jì)在單個(gè)穿孔處的流體流入的一個(gè)示例。在現(xiàn)在描述的一個(gè)示例中，井400至少首先是氣井，且方法包括監(jiān)測(cè)由于段塞導(dǎo)致的溫度變化。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，氣體在其傳遞通過(guò)穿孔404時(shí)的膨脹和膨脹到井道402中能夠?qū)е掠捎诮苟鷾者d效應(yīng)帶來(lái)的局部冷卻。此外，在穿孔處注入的來(lái)自儲(chǔ)層的液體將在儲(chǔ)層的平衡溫度附近，其可與井道內(nèi)部的溫度不同。此外，移動(dòng)通過(guò)井400的段塞可源于比穿孔更高或更低的儲(chǔ)層的區(qū)段，在該情形中，其可處于與穿孔不同的溫度處。

通過(guò)監(jiān)測(cè)在穿孔處的溫度的改變，操作人員能夠檢測(cè)指示流入的溫度改變。借助于井的熱梯度，段塞很可能加熱穿孔周圍的區(qū)域，其原本由膨脹的氣體冷卻。然而，不一定總是這樣的情況：可能段塞相比穿孔周圍的區(qū)域更冷。在任何情況下，由于存在影響段塞溫度和穿孔周圍的溫度的不同機(jī)制，所以其不可能處于熱平衡。此外，由一個(gè)特定段塞冷卻的量將取決于該段塞的體積及其速度（更緩慢移動(dòng)的段塞具有更多時(shí)間來(lái)影響熱傳遞）。

通過(guò)考慮這些因素，可開(kāi)發(fā)氣井的模型，如在圖5中所示，其中，一組段塞502沿著井道向上前進(jìn)。在段塞502通過(guò)穿孔404時(shí)，存在溫度改變，其由詢問(wèn)器單元100檢測(cè)。通常，當(dāng)段塞行進(jìn)到且通過(guò)穿孔區(qū)域時(shí)，在鄰近穿孔的纖維101部分處的溫度通常將增加然后降低。一系列段塞502產(chǎn)生振蕩的溫度改變512。如在圖5中所示，給定的段塞（其出于示例的目的是大的段塞502'）的路徑能夠被跟蹤通過(guò)每個(gè)穿孔404，在該情況下（由于其相對(duì)大）為較大的溫度改變。在檢測(cè)之間的時(shí)間偏移（即，504的梯度）是段塞的速度的指示（且可因此用于基于段塞跟蹤生成的流體流動(dòng)速度廓線）。

圖5示出井400的熱梯度510（其可已經(jīng)被確定以用于其他目的）。在每個(gè)穿孔404處，焦耳湯普遜冷卻導(dǎo)致局部溫度降至背景熱梯度的溫度以下。每個(gè)溫度下降的幅值，如相對(duì)于熱梯度510示出為dT_1-3，與在每個(gè)穿孔404處的氣體流入的量相關(guān)，其中，更高的流入通常導(dǎo)致更大的溫度下降。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，溫度梯度510和下降dT_1-3不按照比例，且下降的幅值在該圖中出于清楚的目的被夸大。在一些情況下，尤其對(duì)于具有低流入的穿孔，其可難以與在熱梯度510中的其他局部變化區(qū)分。

出于討論的目的，雖然可能因此認(rèn)為中間穿孔404（其與相對(duì)小的下降dT₂關(guān)聯(lián)）相比最低的穿孔404（其與相對(duì)大的下降dT₁關(guān)聯(lián)）產(chǎn)生更少的氣體，但是在實(shí)踐中，在做出這種假設(shè)時(shí)當(dāng)然應(yīng)當(dāng)注意：本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道，存在可影響溫度改變的其他過(guò)程，且焦耳湯普遜效應(yīng)除了其他因素外，還取決于壓力，其隨著井深度變化。然而，對(duì)于給定的井，這些因素可考慮在內(nèi)。

盡管在該示例中，使用DAS（即，基于瑞利反向散射）感測(cè)原理（且其充分敏感以檢測(cè)這些溫度改變），但是可使用替代性地溫度感測(cè)技術(shù)。

雖然出于說(shuō)明的目的，段塞502示出為有規(guī)律的形式，每一個(gè)都跨越井的整個(gè)橫截面，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道，情況可以并非如此。段塞可只占據(jù)部分橫截面，在一些示例中具有與井400的壁接觸的環(huán)形形式（其可或可不是完整的環(huán)）。

熱梯度510為井中的每個(gè)點(diǎn)提供‘平衡’溫度，即，在沒(méi)有任何流體流動(dòng)的情況下井將具有的溫度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，出于許多目的關(guān)于井使用熱梯度，包括作為溫度偏移的基線，而且還用于地質(zhì)勘測(cè)，從而確定諸如鹽水的物質(zhì)在給定深度處的導(dǎo)電率等。熱梯度可測(cè)量（例如，在井的開(kāi)采期間，在關(guān)井期間，或者通過(guò)重復(fù)的測(cè)井運(yùn)行），或者可基于例如在區(qū)域中的已知熱梯度、環(huán)繞井的土地的成份等來(lái)估計(jì)。

信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)于由通過(guò)的段塞502導(dǎo)致的溫度改變，其繼而與熱傳遞相關(guān)，且歸于因素的組合。這些因素包括氣體流入的冷卻效應(yīng)，且因此包括在給定穿孔404處進(jìn)入井的氣體的體積，因?yàn)楦蟮睦鋮s將導(dǎo)致在段塞和穿孔的溫度之間的更大差。其還將取決于段塞的熱傳遞能力，其將與在其中的液體的量有關(guān)。因此在具有更大冷卻程度（即，與相對(duì)大的下降dT₁關(guān)聯(lián)）的圖中的最低穿孔404處的信號(hào)將大于其中冷卻更少（即，與相對(duì)小的下降dT₂關(guān)聯(lián)）的中間穿孔404中的信號(hào)。

圖6示出在單個(gè)穿孔處隨著時(shí)間收集的由于溫度改變帶來(lái)的信號(hào)（實(shí)線602），以及在穿孔之間的位置處收集的溫度信號(hào)（虛線604）。能夠看出在穿孔之間的信號(hào)相比在穿孔處的信號(hào)變化更少。

盡管在穿孔之間的信號(hào)更小，但是仍然存在可感知的信號(hào)。這是由于在井和通過(guò)的段塞502之間的溫度差導(dǎo)致的。從井的更低處向上移動(dòng)的段塞502通常將比井的背景熱梯度510更溫暖。在穿孔404處，由于氣體流入的影響，溫度通常將小于該背景梯度510，因此在段塞502和井400之間的溫度差將比穿孔404之間的位置處更大，在該穿孔404之間的位置處，井溫度將更靠近背景熱梯度或處于與背景熱梯度關(guān)聯(lián)的溫度處。因此來(lái)自穿孔404之間的信號(hào)將傾向于小于在穿孔404處獲得的信號(hào)。

隨時(shí)間推移（可能幾分鐘或幾小時(shí)，其允許獲得合理的圖像，同時(shí)仍然能夠假定井400將維持大體穩(wěn)定的狀態(tài)，且確保充分的段塞502已經(jīng)通過(guò)以確保將從每個(gè)穿孔獲得有代表性的樣本，以及在測(cè)量中歸于噪聲等的任何變化將被平滑），溫度波動(dòng)能夠用于給出在井上的各個(gè)點(diǎn)處的信號(hào)大小的測(cè)量（例如，溫度偏移的和的指示）。

在圖7中示出示例數(shù)據(jù)，其中，在穿孔處以X標(biāo)志的信號(hào)能夠與在穿孔之間以O(shè)標(biāo)志的信號(hào)水平進(jìn)行比較。這產(chǎn)生一組信號(hào)（在每個(gè)穿孔處的信號(hào)，S_{perf n}，以及在穿孔之間的信號(hào)，S_{null n}）。提供這些信號(hào)的波峰和波谷能夠至少部分地從穿孔404的已知位置識(shí)別，或者可從信號(hào)的分析識(shí)別以識(shí)別波峰，或者可使用這些技術(shù)（和/或其他技術(shù)）的組合。對(duì)可對(duì)信號(hào)有貢獻(xiàn)的其他因素的了解允許它們被過(guò)濾掉或如果可能的話被忽略。

在圖7中示出的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)在頻帶中的信號(hào)能量進(jìn)行積分而產(chǎn)生，其采集了與段塞流動(dòng)通路關(guān)聯(lián)的溫度振蕩（但是在其他示例中可使用不同的頻帶）。這可通過(guò)求和在頻率范圍中的快速傅里葉變換FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)在濾波到期望的頻率范圍之后獲得數(shù)據(jù)的RMS來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該示例中，信號(hào)水平數(shù)據(jù)通過(guò)在0.003Hz的高通濾波以移除在數(shù)據(jù)的DC水平中的任何緩慢漂移（例如，井可逐漸冷卻或加溫）之后取得RMS功率水平來(lái)計(jì)算。盡管在該示例中，閾值設(shè)置為0.003Hz，但是頻率閾值可通過(guò)檢查數(shù)據(jù)并估計(jì)由段塞導(dǎo)致的溫度振蕩的頻率（其與段塞速度相關(guān)）、并確保該信息被維持來(lái)基于處于給定狀態(tài)的單個(gè)井來(lái)確定。盡管實(shí)際的溫度信號(hào)可在更低頻率處看到，但是在該頻率范圍處將存在顯著的信號(hào)，且已經(jīng)注意到，該信號(hào)還將在穿孔處放大。如上所述，盡管可在一些實(shí)施例中可望低通濾波以去除例如聲音信號(hào)，但這可不總是必要的。

導(dǎo)致這些信號(hào)的原因是段塞與環(huán)境的相互作用。溫度改變的幅值將與在井中該點(diǎn)處在段塞和環(huán)境之間的溫度差以及水的體積兩者相關(guān)。此外，雖然可在每個(gè)穿孔404處添加更多的水，但是在正常條件下，很少或者沒(méi)有水將丟失。因此，在穿孔n處的信號(hào)S_{perf n}可具有如下項(xiàng)：

(方程1)

其中，dT_{perf n}是從可在給定井的熱梯度的穩(wěn)定狀態(tài)條件中預(yù)期的溫度的偏離（其，如上所述，與在該穿孔處引入到井中的氣體的體積相關(guān)），dT_slug是在段塞的溫度和穩(wěn)定狀態(tài)井溫度之間的差，且W_{perf n}是來(lái)自給定穿孔的水（求和以給出可用于熱傳導(dǎo)的水的總量），且k是常數(shù)。

信號(hào)還取決于段塞的速度，但是假定其在所考慮的井的一部分上是恒定的（或者所考慮的每個(gè)區(qū)段的長(zhǎng)度受限為，在該長(zhǎng)度上，能夠良好地近似認(rèn)為速度是恒定的）。否則，在模型中可包括段塞速度。

因此，能夠理解項(xiàng)[d_{Tperf n}]是在圖5中示出為波峰dT_1-3的‘相對(duì)于背景的改變’。

該方程具有若干感興趣的項(xiàng)：如果可找到dT_{perf n}項(xiàng)，則其可用于給出在穿孔n處的氣體的開(kāi)采的測(cè)量，這對(duì)井操作人員將是有用的。第二，如果可找到W_{perf n}項(xiàng)，則其可識(shí)別引入過(guò)量的水到井400內(nèi)的穿孔。

在簡(jiǎn)單的模型中，流體流入的估計(jì)可通過(guò)如下假定做出：

然而，在該示例中，嘗試解出方程1。然而，方程1不能解析求解，因?yàn)槠浒嗟奈粗兞?。尤其，將理解難以絕對(duì)地測(cè)量dT_slug，因?yàn)橛捎诙稳?02有限的通過(guò)時(shí)間，纖維101將不大可能與段塞502達(dá)到熱平衡。然而，考慮在穿孔之間的信號(hào)會(huì)提供額外信息。

具體地，在穿孔之間的信號(hào)（其與溫度偏移成比例）能夠如下建模（其中，項(xiàng)如上文那樣限定）：

(方程1)

該方程也是欠定的，因?yàn)閗和dT_slug是未知的。然而，當(dāng)與方程1聯(lián)合且具有充分大量的穿孔時(shí)，未知量的數(shù)目比方程的數(shù)目只多一點(diǎn)（在展開(kāi)時(shí)），這允許找到最佳擬合的數(shù)值解，例如使用最小二乘算法。隨著n增大，且只要段塞速度至少近似恒定或以其他方式計(jì)算，最佳擬合解的可靠性將增大。

還注意到，通常，在井中的熱梯度意味著段塞從更熱的區(qū)域行進(jìn)到更冷的區(qū)域，且如此使熱沉積。因此，還可認(rèn)為項(xiàng)kdT_slug將與熱梯度有關(guān)。事實(shí)上，其可為與熱梯度成比例的合理的近似值。雖然這不必要，但是在一些示例中，熱梯度將是已知的（或能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員使用已知的技術(shù)容易地確定）。這可僅在一些零點(diǎn)（null）上執(zhí)行，且可用于通知最佳擬合過(guò)程。事實(shí)上，可能夠針對(duì)所有零點(diǎn)來(lái)解決該問(wèn)題，這可允許對(duì)流入的絕對(duì)解（即，分析解而不是數(shù)值解）。

最佳擬合解可根據(jù)氣井的其他已知（或者估計(jì)）的特征來(lái)約束。尤其，可假定水或氣體項(xiàng)都將不是負(fù)的，因?yàn)樵趯?shí)踐中很少或者沒(méi)有水或氣體將從井身逃逸，因此一個(gè)約束可能是這種項(xiàng)都不是負(fù)的。此外，可能夠獲得一些絕對(duì)溫度信息。因?yàn)?，如上所述，由于有限的通過(guò)時(shí)間，可能難以測(cè)量絕對(duì)溫度差dT_Slug，可能夠獲得一些其他溫度或溫度改變的測(cè)量，例如，使用諸如分布式溫度感測(cè)(DTS)的技術(shù)或在井中提供其他溫度傳感器。可能的是，在實(shí)踐中，這種傳感器可用于確定或估計(jì)一些更大的溫度改變，或者其可能夠在一些位置處給出dT_perf的指示。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，在井的底部處能夠存在顯著的水，事實(shí)上可存在一部分靜止的水。因此，該方法優(yōu)選地在井的充分遠(yuǎn)離井的底部的區(qū)段上采用，以避免數(shù)據(jù)可能受靜止的水影響的風(fēng)險(xiǎn)。

最佳擬合解對(duì)水的初始量敏感。尤其，如果最低的穿孔注入大量的水，則隨后的水項(xiàng)可能不容易區(qū)分。因此，可特別地使用諸如已知的流動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的補(bǔ)充技術(shù)，以通知處于井的基底處的模型（盡管這些技術(shù)還可在整個(gè)井中使用）。

替代性地或附加地，可優(yōu)選地在顯著的水流入之前在井中向下盡可能遠(yuǎn)處開(kāi)始該方法。更一般而言，在評(píng)估模型中的置信度時(shí)，可考慮在井的基底處的水量。例如，看起來(lái)從更高的穿孔比從更低的穿孔產(chǎn)生更多的水的井可被認(rèn)為是，在其精確度方面比如果事實(shí)相反的情況具有更高的置信度。

再次看圖7，信號(hào)在零點(diǎn)處通常增加的性質(zhì)是由于水流入導(dǎo)致的。在該趨勢(shì)上方的波峰高度與由于氣體流入導(dǎo)致的溫度改變有關(guān)，但是通過(guò)水項(xiàng)縮放。

圖8使用在圖7中首先呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，示出對(duì)于給定井在特定穿孔處引入的氣體和液體的比例如何。如在圖8右側(cè)的條形圖上所示，能夠確定識(shí)別和指示在每個(gè)穿孔處的氣體和水貢獻(xiàn)的波峰和波谷。應(yīng)當(dāng)注意這些不是絕對(duì)測(cè)量結(jié)果，而相反是成比例的貢獻(xiàn)（且氣體條和水條不按照相同比例）。絕對(duì)值可通過(guò)考慮氣體和水開(kāi)采的實(shí)際總量（如通常將在提取點(diǎn)處測(cè)量的）來(lái)獲得。

可確定基于流體流入的井的流體流動(dòng)速度廓線，注意到在井中給定點(diǎn)處的流體流動(dòng)速度將與在進(jìn)一步向下的任何點(diǎn)處發(fā)生的流體進(jìn)入的總速率近似成比例。將該速率除以井的橫截面面積給出估計(jì)的流動(dòng)速度，其繼而能夠用于提供估計(jì)的流體流動(dòng)速度廓線。

如上所述，分離的速度廓線能夠基于跟蹤在井中的段塞而形成。例如，因?yàn)槎稳苌倥c其環(huán)境熱平衡，所以其能夠通過(guò)跟隨溫度廓線隨著時(shí)間的擾動(dòng)來(lái)跟蹤。這在圖9中示意性地示出，其示出‘瀑布’圖，指示在井的至少一部分上在不同時(shí)間t1到t5的溫度。溫度測(cè)量可例如從以感興趣的頻率（其可在聲音范圍的低端處（例如，在一些井中是0.3-1Hz）或者更低）的瑞利反向散射推導(dǎo)。在其他示例中，可跟蹤不同頻帶，且當(dāng)段塞沿井向上移動(dòng)時(shí)，可跟蹤由例如指示因段塞引起的紊流、壓力或振動(dòng)的聲音信號(hào)所導(dǎo)致的特征，以提供段塞速度的指示。

如在圖9中所示，‘?dāng)_動(dòng)’的位置在捕集的溫度廓線之間沿著井向上移動(dòng)，從而允許確定段塞速度，且這能夠用于通過(guò)使段塞速度等同于流體流動(dòng)速度來(lái)提供流體流動(dòng)速度廓線。

以這種方式，產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的流體速度廓線；第一個(gè)來(lái)自段塞跟蹤，且第二個(gè)來(lái)自對(duì)流入的估計(jì)。

在示例中，考慮井的一部分的流體速度廓線。出于示例的目的，這使用纖維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通道來(lái)限定，其等于纖維的物理長(zhǎng)度，且因此在該示例中是井身的長(zhǎng)度（即，在該示例中，纖維沿著井身線性地布置，但是還可使用其他纖維布置）。因此，在該示例中，選定對(duì)應(yīng)于N個(gè)通道的井的區(qū)段。通道可例如對(duì)應(yīng)于在大約1和100米之間的纖維。通過(guò)確定段塞花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間沿著N個(gè)選定的通道移動(dòng)，來(lái)獲得段塞速度。在這些計(jì)算中使用的N的值可考慮如下而選定，即：更大的值的選擇意味著能夠計(jì)算段塞速度的更加準(zhǔn)確的值，但是還意味著獲得在更長(zhǎng)距離上的平均速度，且因此精度減少。在一些示例中，可優(yōu)選地選擇N，使得由N個(gè)通道表示的井的深度可基本上等于或小于在穿孔之間的間距，盡管對(duì)于具有緊密填充的穿孔的井，這可能是不可能的。

在該示例中，所確定的段塞速度被分配到在N塊中的中心通道（即，當(dāng)段塞通過(guò)中心通道時(shí)，假定為段塞速度）。通過(guò)沿著纖維的每P個(gè)通道重復(fù)該計(jì)算，獲得第一速度廓線V_slug。在示例中，P可為大約N/2，使得在用于計(jì)算段塞速度的連續(xù)值的通道之間存在50%的重疊，但是還可使用諸如N/4的其他P值。

通過(guò)考慮來(lái)自井中的每個(gè)穿孔的估計(jì)的流入，產(chǎn)生第二流入廓線V_inflow。在任何通道處的流體速度被認(rèn)為與在由該通道表示的深度下方的所有穿孔處的流入的和成比例。

然后對(duì)兩個(gè)廓線做內(nèi)插以提供中間值。這些值可具有比典型的穿孔間距小一個(gè)數(shù)量級(jí)的間距，例如1米的間距（即，在所考慮的井的部分內(nèi)給出每米的估計(jì)流體速度），且所得到的值經(jīng)受低通濾波器，以在將通常包含多個(gè)穿孔的長(zhǎng)度尺度上平滑廓線。穿孔的該數(shù)目通?？蔀?或4，但是還可選擇其他數(shù)目。濾波后的速度廓線在本文中被稱作V^*_slug和V^*_inflow。所得到的廓線在圖10A中示出。如能夠看到的，其在井部分的下部區(qū)段中符合得很好，但是在上部區(qū)段上分叉。將理解，濾波過(guò)程對(duì)于V_slug可具有很小的影響（且因此在其他示例中可忽略），因?yàn)閂_slug在該示例中已經(jīng)相對(duì)平滑，因?yàn)槠涫窃贜個(gè)通道上的平均速度。

然后基于第二廓線確定組合的速度廓線V_combined。

(方程3)

在該示例中，計(jì)算是在逐個(gè)元素的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即，將包括內(nèi)插的V_inflow值的數(shù)組的每個(gè)元素乘以在提高到m次冪的V^*_slug和V^*_inflow中的對(duì)應(yīng)數(shù)組元素的比率。

m是耦合參數(shù)，其控制V_combined耦合到V_slug的程度：m=1提供完全耦合，使得V_combined非常類似于V_slug，而m=0給出無(wú)耦合（即，在該情況下，V_combined是V_inflow）。因此，m可基于在V_slug和V_inflow中的相對(duì)置信度來(lái)選定。在一些示例中，m可大約是0.5。通過(guò)考慮穿孔的位置評(píng)估V_combined，在速度中的差異可與特定穿孔關(guān)聯(lián)，且用于估計(jì)在該穿孔處的流入。

圖10B示出對(duì)于m的三個(gè)示例值的、從V_combined計(jì)算的在每個(gè)穿孔處的流入。在下部區(qū)段中，對(duì)于m的三個(gè)值，在流入之間存在很小的差異，且這是因?yàn)椋缭趫D10A中所示，從段塞運(yùn)動(dòng)和流入獲得的速度是相似的。在更淺的深度處，V^*_slug小于V^*_inflow，這指示，隨著m值增大，隨著V_combined變得更加緊密地耦合到V^*_slug而不是V^*_inflow，來(lái)自每個(gè)穿孔的估計(jì)的流入減少。

如本文中所述地計(jì)算的流入信息可形成井管理系統(tǒng)的一部分，該井管理系統(tǒng)可考慮其他因素或測(cè)量結(jié)果。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到對(duì)上述實(shí)施例的變型，且變型在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，雖然上文中已經(jīng)描述了‘DAS’型溫度感測(cè)（即，基于在未改性的光纖維中的瑞利反向散射的溫度感測(cè)），但是可使用任何感測(cè)技術(shù)，其充分敏感和有反應(yīng)性以檢測(cè)流動(dòng)信號(hào)。將理解，在所描述的實(shí)施例中，感興趣的是溫度的改變而不是絕對(duì)溫度。因?yàn)樯衔闹兴龅摹瓺AS’技術(shù)產(chǎn)生指示溫度改變的線性信號(hào)，所以其尤其方便。然而，例如，可使用在其中檢測(cè)拉曼和/或布里淵反向散射并指示實(shí)際的溫度值的DTS感測(cè)。替代性地，溫度計(jì)可定位在井內(nèi)，以代替或補(bǔ)充本文中所述的‘DAS’溫度技術(shù)。如上文中提到地，在其他示例中，可使用其他頻帶（即，指示不主要是熱信號(hào)的信號(hào)的那些）來(lái)提供流體流動(dòng)速度廓線，且事實(shí)上可使用替代性的設(shè)備。

已經(jīng)關(guān)于不同實(shí)施例描述了本發(fā)明。除非清楚地聲明，否則所描述的各種特征可組合在一起，且可在一個(gè)實(shí)施例中采用來(lái)自其他實(shí)施例的特征。

應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明，且在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多替代性的實(shí)施例。詞語(yǔ)“包括”不排除除了在權(quán)利要求中列出的元件或步驟以外其他元件或步驟的存在，“一個(gè)”或“一種”不排除復(fù)數(shù)，且單個(gè)特征或其他單元可實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中列舉的若干單元的功能。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記或標(biāo)注不應(yīng)被解釋為限制其范圍。