[发明专利]用于监测流体性质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用井筒内的分布式传感器监测流体性质的方法。

背景技术

在油气工业中，监测井内流体的流动性质的能力具有重大价值。许多井具有多个产烃区，这些产烃区具有不同的渗透率，并且为了开采需要对这些井进行射孔或裸眼完井。需要从这些区的每一区获得流动数据以便作出关于产量、增产措施、修井和其它井作业中出现的问题的可行性决定。除了生产流动数据之外，由于注入流动数据揭示了注入特定区的流体量和注入流体是怎样被地层吸收的，因此注入流动数据也是重要的。

为了满足这一需求，油气工业已经研发了一种“智能井”布置技术，这种技术用于测量生产井内的流动性质。通常，所测的性质包括但不限于温度、压力、组分和流量。一些测试工具被永久地安装在井内，以便进行长期的监测，而其它测试工具是在修井期间下入井内的以便获得暂时测试数据。尽管在这些智能井技术方面取得了进步，但是目前使用的工具受到技术挑战的限制。一些挑战包括构建探测设备(所述设备要足够耐用以便能够承受井下环境的恶劣条件)、向这种设备提供动力、增加井下探测系统的可靠性、发展测量井筒内流动性质而不干扰生产的工具。虽然已经研发了用于测量温度、压力、和其它性质的井下仪表，但是在井内多点进行的不连续的测试仅仅揭示了关于井下流动情况的有限细节。理想的情况为，操作者希望获得沿井筒长度方向和周向，以及径向伸入地层的流动性质的实时连续测线。

井下探测领域的一项具有希望的新发展为分布温度探测或称为DTS。参见James J.Smolen和Alex van der Spek的DistributedTemperature Sensing：A DTS Primer for Oil & Gas Production，ShellInternational Exploration and Production B.V(2003年5月)。DTS系统通过使用作为探测机构的分布式传感器进行工作。一旦将分布式传感器安装在井内，激光脉冲就会沿着纤维进行传送，以便与纤维的晶格构造和原子碰撞，使它们发射出小的闪光(bursts of light)，其被“反向散射”或返回到纤维的起点。这些闪光以轻微的偏移频率返回。由于这样频率的偏移，所述反向散射的光提供了信息，该信息用于确定反向散射发生点处的温度。因为光速是恒定的，人们利用光脉冲的传播时间能够确定从地面到温度记录点处的距离。通过连续地监测反向散射光，人们能够获得沿纤维长度的连续温度测线。

美国专利申请US2005/0034873A1(之后称Coon)公开了一种用于将光纤传感器线布置在井筒内的方法。Coon中的方法包括在井筒内设置一管形件，所述管形件具有可操作地连接到其上的第一管道，所述第一管道大致在管形件的整个长度上延伸。所述方法还包括使所述第一管道与一第二管道对准，所述第二管道可操作地连接到一井下部件上，并且在第一管道与第二管道之间形成液压连接，从而完成适用于通过利用流体泵和软管而推进的所述光纤传感器线的通道。尽管这一方法能够提供沿井的整个长度的流动数据，但是所述测试数据仅限于井筒的一侧。理想的情况为，操作者希望获得沿井的深度和周向的流入和流出的完整测线。

美国专利US5,804,713(之后称Kluth)公开了一种用于将光纤传感器安装在井内的装置。Kluth公开了一种具有第一通道的装置，所述第一通道具有至少一个传感器定位配置(sensor locationarrangement)，以便通过所述第一通道可将至少一个传感器泵送到具有至少一匝的所述传感器定位配置，从而在已将传感器泵送到所述传感器定位配置之后，所述传感器的物理分布是非线性的，并且所述匝包括一圈液压管道。实质上，所述传感器是通过将光纤线泵送穿过液压管道安装的，所述光纤线缠绕在生产油管上。所述管道的一些部分允许光纤电缆周向缠绕在所述管的周围，而其它部分具有线性结构。一般来说，必须使低粘度的流体保持特定的流量，以便使所述纤维定位在特定的传感器位置。在一些应用中，向光纤线施加载荷，这会对其探测能力产生潜在的损坏。

美国专利US6,959,604(之后称Bryant)公开了一种用于测量管内不稳定压力的装置，所述装置具有光学传感器，所述传感器包括至少一根光纤，所述至少一根光纤周向布置在所述管的至少一部分外周上。所述光纤提供反映纤维长度的光信号。光学仪器确定反映响应于所述光信号的不稳定压力的信号。在该系统中，所述纤维周向缠绕在所述管的外侧。

发明内容