[发明专利]用于使用半导体元件沿井眼感测温度的装置和方法

说明书

用于感测井眼中温度的装置(100)，包括：包括多个温度传感器模块(120、320、420、520、620、720)的管道(110)，这些温度传感器模块设置在沿着管道内部的位置，所述温度传感器模块包括至少部分由至少一个具有随温度变化的电特性的半导体元件提供的温度传感器(321、421)；被配置为电连接到半导体元件以在使用中允许测量半导体元件的相应电特性以推断半导体元件的热特性的电网络(115)；以及经由电网络电连接到多个温度传感器模块，并且被配置为接收并处理与温度传感器模块相关联的电信号，以能够推断半导体元件的温度和管道在该半导体元件的位置处被暴露的环境的至少一个控制模块(130、330、430)。

技术领域

本发明总体上涉及沿着井眼感测温度。更具体地，本发明涉及用于使用半导体元件沿井眼感测温度的方法和装置，以及包含所述装置的井和校准所述装置的方法。

背景

钻井的目的多种多样，通常与烃类的勘探或抽提有关。在井的钻取、测试、完成、生产、暂停和废弃阶段，可以使用各种井记录工具和方法从井中获得数据。这些数据能够用于许多原因，诸如优化储层的产量或在同一储层中设计更多的井。井的开发模型和从地层开口进入井中的流量能够极大地促进有目标地开采储层。

从井内不同地层收集与体积流量和压力相关的数据，对勘探和抽提尤为重要。目前用于记录体积流量和压力的工具和方法会成本高昂且复杂，然而应优选地以尽可能少的技术和程序限制以及要求来收集准确、高分辨率的数据。

收集沿着井眼的温度监测数据会有助于确定进入井内的流体的类型和流量。例如，在给定位置进入井内的油通常具有升温效应，而进入井内的水具有更大的升温效应。另一方面，气体通常具有冷却效应，就像通常用于在井寿命结束时平衡和压井的重质流体一样。通常，当这些流体的流量较大时，这些升温和降温效应会被放大。

目前，用于沿井眼精确感测温度的最常用工具是基于光纤的分布式温度传感器(DTS)系统。这些系统通常依赖于来自沿着井眼延伸的光纤长度方向的位置的后向散射光中包含的信息(诸如其频率、飞行时间和光照度)，来推断由于导致后向散射的局部环境而产生的光纤的局部温度变化。DTS系统能够采用高水平的敏感性和准确度来提供沿着光纤长度的、乃至大约1米的空间分辨率的连续温度分布。然而，产生光并将光耦合到光纤中并感测和分析后向散射光以产生温度数据的询问器单元通常必须设置在井的表面，通常通过采油树(Christmas tree)耦合。因此，必须延伸进入井内的光纤长度会相当长。例如，当在4000m深度(从钻机的转盘测量的深度，MDRT)的100m井段上进行试井时，需要大于4km的光纤长度测试仅100m的井。此外，由于封隔器或抵靠井眼表面的其他环形密封件通常用于隔离测试中(例如，在钻杆测试(DST)期间)的井段，需要光纤电缆穿透或延伸跨越封隔器，这会使DTS系统、封隔器的设计显著复杂化，并显著增加测试成本。

由斯伦贝谢向市场推出的现有技术DTS系统的替代是WellWatcher Fl ux^TM数字温度阵列(http://www.slb.eom/～/media/Files/completions/productsh eets/wellwatcher/wellwatcher flux ps.pdf)。在这个系统中，并非使用光纤，而是沿着1/4英寸(6.35mm)直径的管道的长度间隔设置小型化、气密密封的电阻温度传感器阵列。管道再通过在井口处的采油树连接，并且在每个温度传感器阵列设置的控制电子器件经由RS-485连接提供在阵列处感测的温度数据的数字读数。当温度传感器阵列设置在1/4英寸(6.35mm)直径的管道中时，温度传感器产生管道的较大直径部分，其外径至少为17mm，长度至少为400mm。