[发明专利]基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统及测量方法

权利要求书

1.基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，包括金属套管(1)，金属套管(1)外侧固定有铠装光缆(2)，铠装光缆(2)内有复合光纤(3)，所述的复合光纤(3)包括耐高温高灵敏度的单模光纤、多模光纤，或者包括有特种光纤；所述的铠装光缆(2)依次包括下行的铠装光缆、位于井底的U字形弯曲段铠装光缆和上行的铠装光缆，下行的铠装光缆上等间距开设有地下流体测量窗口(4)，还包括放置于井口附近的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)；

激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)与铠装光缆(2)内的复合光纤(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，所述的复合光纤(3)外有连续金属细管对其进行封装。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，两个地下流体测量窗口(4)之间的间距为1米、2米、5米或10米中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，还包括环形金属卡子(9)，所述的环形金属卡子(9)安装固定在金属套管(1)靴处，保护并固定铠装光缆(2)。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，所述的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)包括激光光源(6)、单色器(7)、光电检测器(8)、记录仪和计算机。

6.根据权利要求5所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，所述的激光光源(6)为Ar离子激光器、Kr离子激光器、He-Ne激光器、Nd-YAG激光器，或二极管激光器中的任一种；拉曼激光光源波长为325nm，488nm，514nm，633nm，785nm，1064nm。

7.根据权利要求5所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，所述的单色器(7)可为单光栅、双光栅或三光栅，使用平面全息光栅干涉器，为多层镀硅的CaF₂或镀Fe₂O₃的CaF₂分束器，或者用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。

8.根据权利要求5所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统，其特征在于，所述的检测器(8)采用光电倍增管，采用CCD探测器、Ge或InGaAs检测器。

9.根据权利要求1到8任一项所述的基于分布式光纤传感的地下流体组分测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、把金属套管(1)和铠装光缆(2)同步缓慢的下入完钻的井孔里；

(b)、在井口把所述的环形金属卡子(9)安装在两根金属套管(1)的连接处，固定并保护铠装光缆(2)在下套管过程中不会移动和/或被损坏；

(c)、用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(1)外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(1)、铠装光缆(2)和地层岩石永久性的固定在一起；

(d)、在井口处把铠装光缆(2)内的复合光纤(3)连接到激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)的激光源信号输出端和输入端；

(e)、利用井下射孔枪内置的声源发射器在金属套管(2)内连续发射声源信号，铠装光缆(2)和地面的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)检测到的声源信号，对全井段金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)进行定向和定位；

(f)根据测量到的全井段的金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)的位置和方位，调整射孔枪内射孔弹的方位和位置，通过定向射孔作业避免在射孔时将金属套管(1)外安置的铠装光缆(2)射断；

(g)、等待水泥凝固固井作业完成后，地下地层里面的各种流体在地层压力的驱动下，穿过水泥环渗透到铠装光缆(2)周围并进入地下流体测量窗口(4)内，在地面启动激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)并向铠装光缆(2)内的复合光纤(3)中发射激发的光源信号，光源信号在通过地下流体测量窗口(4)时直接照射进入测量窗口内的各种流体，地面上的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)通过测量到的拉曼位移来确定每个地下流体测量窗口(4)内的各种流体的分子结构，对其进行定性定量分析；根据对不同地层位置的流体组分的分析结果，可以定量确定地下储层的含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度，针对高含油饱和度和高含气饱和度储层位置制定优化的开发方案，进行精准射孔开发，大幅度降低开发成本；

(h)、在油气生产期间，通过放置在井口旁边的激光拉曼光谱/DAS/DTS复合调制解调仪器(5)连续监测和测量进入地下流体测量窗口(4)内的各种流体的拉曼位移，实时测量每个射孔位置处进入井筒的流体组分的变化，从而实时了解每个油气产层所产出的油、气和水量的动态变化，便于现场油藏工程师及时对油气生产井的生产动态进行优化调整管理，提高油气生产井的产量。