[发明专利]利用分布式感测装置进行井监测

说明书

发明领域

本发明涉及对诸如油和气井的生产井的监测。这种监测通常被称为井下监测。具体而言，本发明涉及使用分布式声学感测（DAS）的井下监测。

背景技术

光纤传感器正变成用于例如地球物理应用的广泛应用的已被大家接受的技术。光纤传感器可以具有各种形式，且常被采用的形式是在心轴周围布置光纤线圈。诸如地震检波器或水中地震检波器的点传感器可以以这种方式制成以检测一点处的声学和地震数据，且这种点传感器的大阵列可以连同使用光纤连接线缆而被复用以形成完全的光纤系统。无源复用可以全光学地实现，且优点在于不需要电连接，这在电学装置容易损害的苛刻环境中是有很大益处的。

已经发现光纤传感器在井下监测中的应用，且已知在井中或井周围提供地震检波器的阵列以检测地震信号，其中目标在于更好地理解局部地理状况和提取过程。这种方法的问题在于地震检波器倾向于相对大且所以难以在井下安装。另外，地震检波器倾向于具有有限的动态范围。

WO 2005/033465描述了一种使用具有很多周期性折射率扰动的光纤（例如布拉格光栅）的井下声学监测的系统。声学数据被光纤的部分检索到且用于监测井下状况。

发明内容

本发明的目的是提供改善的井下监测系统和方法。

根据本发明的第一方面，提供一种用于井下监测的方法，其包括：询问沿着井眼的路径布置的未经修改的光纤以提供分布式声学感测；同时采样从所述光纤的多个连续部分收集的数据；以及处理所述数据以确定一个或多个井眼参数。

分布式声学感测（DAS）提供对于点传感器的光纤感测的备选形式，由此单一长度的纵向光纤通常通过一个或多个输入脉冲被光学询问以提供沿着其长度的声学/振动活动的基本连续感测。光学脉冲被发射到光纤中且从光纤内反向散射的辐射被检测和分析。瑞利反向散射最常被检测到。通过分析光纤内反向散射的辐射，光纤可以有效地分成可以（但是不必）邻近的多个离散的感测部分。在每个离散感测部分中，例如来自声学源的光纤的机械振动导致从该部分反向散射的辐射数量的变动。该变动可以被检测和分析且用于给出该感测部分处光纤的扰动强度的量度。当在本说明书中使用时，术语“分布式声学传感器”将表示包括被光学地询问以提供沿着光纤纵向分布的多个离散声学感测部分的光纤的传感器，且声学将表示包括地震波的任何类型的机械振动或压力波。该方法因此可以包括将一系列光学脉冲发射到所述光纤中且检测所述光纤瑞利反向散射的辐射；以及处理检测的瑞利反向散射辐射以提供光纤的多个离散纵向感测部分。注意当在本文中使用时，术语光学不限制为可见光谱且光学辐射包括红外辐射和紫外辐射。

单一长度的光纤典型地是单模光纤，且优选地没有任何反射镜、反射器、光栅或（缺少任何外部激励的情况下）沿着其长度没有任何光学属性的改变。这提供了这样的优点：可以使用未经修改的基本连续长度的标准光纤，要求很少的修改或无需修改或使用准备。合适的DAS系统例如在其内容通过引用结合于此的GB2442745中描述。这种传感器可以看作是完全分布式或本征传感器，因为它使用在光纤中固有处理的本征散射，且因而贯穿整个光纤分布感测功能。

因为光纤不具有不连续性，所以通过光纤的询问确定对应于每个信道的光纤区段的长度和布置。这些可以根据光纤和它监测的井的物理布置且还根据所需监测类型来选择。这样，沿着光纤的距离或在基本垂直井的情况中的深度以及每个光纤区段的长度或信道分辨率可以根据改变输入脉冲宽度和输入脉冲占空比的询问器的调节而变化，而不对光纤做任何改变。分布式声学感测可以用40km或更长的纵向光纤操作，例如，将感测的数据分解到10m的长度。在典型的井下应用中，几公里的光纤长度是常见的，即光纤沿着整个钻孔的长度延伸且光纤的纵向感测部分的信道分辨率可以是大约1m或几米。如上所述，空间分辨率（即光纤的各个感测部分的长度）以及信道的分布在使用期间例如可以响应于所检测到的信号而变化。

光纤优选地位于要被监测的井眼内。在一种布置中，光纤沿着井套管的外部延伸，不过在一些实施例中光纤可以布置为在套管内延伸。光纤可以在它被插入到井眼中时附接到井套管，且如果位于套管的外部上，则随后被水泥巩固在水泥巩固的井的那些区段中的适当位置。