專利名稱：在導(dǎo)管內(nèi)安裝雙端分布式傳感光纖組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在導(dǎo)管內(nèi)安裝雙端分布式光纖組件的方法。
背景技術(shù)：
從歐洲專利申請(qǐng)EP 0424120、日本專利申請(qǐng)JP 2001124529A和國(guó)際專利申請(qǐng)WO 00/49273中可了解到這種方法。
在從日本專利申請(qǐng)JP 2001124529A了解的方法中，分布式應(yīng)變和位移傳感光纜彎曲成U形，并通過(guò)懸掛在光纖的U形鼻狀部分上的重物下放到地下井孔里。
在從國(guó)際專利申請(qǐng)WO 00/49273了解的方法中，將光纜的U形中部連接到大頭插塞上，通過(guò)泵送流體經(jīng)過(guò)管道來(lái)將塞子和光纜帶到鉆井的底部，使U形分布式溫度傳感光纜插入地下鉆井內(nèi)的螺旋管中。
將已知的U形雙頭分布式傳感光纖組件插入由鉆井套筒和螺旋井管構(gòu)成的導(dǎo)管中，螺旋井管的內(nèi)寬典型地為幾公分，并且這些組件不被構(gòu)造成安裝在小直徑導(dǎo)管內(nèi)。
本發(fā)明的目的是提供在小直徑導(dǎo)管內(nèi)安裝雙端分布式傳感光纖組件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明在導(dǎo)管內(nèi)安裝雙端分布式傳感光纖組件的方法，包括-提供一個(gè)鼻狀部分，該鼻狀部分使分布式傳感纖維光纜的兩段的近端互相連接，以使沿著一段光纜的長(zhǎng)度傳輸?shù)墓馔ㄟ^(guò)所述鼻狀部分傳輸?shù)搅硪欢卫w維光纜；-將所述鼻狀部分插入所述導(dǎo)管中，以使所述鼻狀部分穿過(guò)在由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的所述兩段前面的所述導(dǎo)管；
-將分布式傳感纖維光纜段的遠(yuǎn)端與光傳輸和接收單元連接；和-其中，所述鼻狀部分的外寬(W)小于1cm。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，所述鼻狀部分和由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的兩段由單根纖維光纜構(gòu)成，該單根光纜在鼻狀部分區(qū)彎曲成U形狀態(tài)，并且光纜在所述區(qū)內(nèi)拉伸，以使在鼻狀部分區(qū)的纖維光纜寬度比纖維光纜大多數(shù)其它部分要小。
在這種情況下，優(yōu)選的是光纜在它拉伸時(shí)被加熱，并且拉伸后的纖維光纜的彎曲段埋入鼻子形狀(nose-shaped)的材料體內(nèi)。這種材料的光反射率小于埋入其中的被拉伸的纖維光纜。所述鼻子形狀體呈大致圓柱形，外徑小于3mm。將纖維光纜彎曲成U形狀態(tài)的適用方法已被美國(guó)專利5138676中公開(kāi)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)可選實(shí)施例中，分布式傳感纖維光纜的兩段通過(guò)鼻狀部分互相連接。該鼻狀部分包括一個(gè)反光元件，例如反光鏡。該反光元件被構(gòu)造成將從分布式傳感纖維光纜的一段的近端射出的光傳輸?shù)椒植际絺鞲欣w維光纜的另一段的近端。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的這兩個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選的是光傳輸和接收單元被構(gòu)造成，將光脈沖交替?zhèn)鬏數(shù)椒植际絺鞲欣w維光纜的所述兩段的每一段的每個(gè)遠(yuǎn)端，以及從沿著光脈沖傳輸?shù)狡渲械睦w維光纜的長(zhǎng)度從不同點(diǎn)反向散射到遠(yuǎn)端的光中，獲得分布式傳感數(shù)據(jù)。
按照根據(jù)本發(fā)明的方法安裝的分布式傳感光纖組件可以構(gòu)造成分布式溫度和/或分布式壓力傳感器組件，并且分布式傳感纖維光纜的每一段可以穿過(guò)一個(gè)基準(zhǔn)區(qū)。在該基準(zhǔn)區(qū)內(nèi)，纖維光纜暴露在已知的溫度和/或液壓下。在這種情況下，所述基準(zhǔn)區(qū)可由溫度和壓力受到監(jiān)測(cè)的腔室構(gòu)成。在該腔室內(nèi)，選定長(zhǎng)度的每一段分布式傳感光纖繞成卷。
合適的是，從導(dǎo)管的一端向著另一端泵送流體，將鼻狀部分和由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的至少大部分插入導(dǎo)管中。
導(dǎo)管可以安裝在細(xì)長(zhǎng)的流體傳輸流動(dòng)管內(nèi)或其附近，例如油和/或氣開(kāi)采井的地下內(nèi)流區(qū)。
本發(fā)明還涉及開(kāi)采油和/或氣的方法，其中流經(jīng)油和/或氣開(kāi)采井的至少一部分內(nèi)流區(qū)的流體溫度和/或壓力，由根據(jù)本發(fā)明的方法安裝的雙端分布式傳感光纖組件來(lái)監(jiān)測(cè)。


將參照附圖用實(shí)例對(duì)根據(jù)該發(fā)明的方法的幾個(gè)實(shí)施例予以更加詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1描繪包含雙端分布式傳感纖維光纜組件的導(dǎo)管，該組件有一個(gè)光纜的U形段埋入其中的鼻狀部分；和圖2描繪包含雙端分布式傳感纖維光纜組件的導(dǎo)管，該組件有一個(gè)鼻狀部分，在該鼻狀部分，從一段纖維光纜射出的光被反射到另一段纖維光纜。
具體實(shí)施例方式
圖1描繪包含雙端光纖傳感組件2的細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)管1，該組件2有一個(gè)鼻狀部分3，光纖的U形鼻狀部分4C埋入在該鼻狀部分3中。U形鼻狀部分4C使光纖的兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)段4A和4B互相連接。U形鼻狀部分4C被加熱到1000攝氏度以上的溫度，并且在彎曲過(guò)程中伸展。于是，熾熱彎曲的U形鼻狀部分被埋入材料體5中，該材料的反射率小于光纖4的U形鼻狀部分4C，因此在U形鼻狀部分4C中形成光連續(xù)性。將光纜彎曲成U形狀態(tài)的適用方法被公開(kāi)在美國(guó)專利5138676中。鼻狀部分3包含一個(gè)耐沖擊外覆層6，并且大體上呈圓柱形。鼻狀部分3的外寬W小于1cm。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管1的內(nèi)寬小于1cm，鼻狀部分3的外寬小于5mm。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)管1的內(nèi)寬小于5mm，而鼻狀部分3的外寬W小于3mm。導(dǎo)管1的小的內(nèi)、外寬產(chǎn)生一個(gè)分布式傳感組件，該組件是緊湊的和非干撓性(non-intrusive)的，并且該組件可以容易地被插入在生產(chǎn)油和/或氣的地下井中的狹窄通道，例如液壓動(dòng)力和控制管道中。
纖維光纜4的細(xì)長(zhǎng)段4A和4B包括一對(duì)被U形鼻狀部分4C互相連接的近端4D和4E以及一對(duì)遠(yuǎn)端4F和4G。每個(gè)遠(yuǎn)端4F和4G提供雙端分布式傳感光纖組件2的一端。每個(gè)遠(yuǎn)端4F和4G可以與裝有兩個(gè)光源8A和/或8B的光脈沖發(fā)生和接收單元7連接，配置這兩個(gè)光源的目的是將交變脈沖或同步脈沖和連續(xù)波激光信號(hào)9A和9B傳輸?shù)嚼w維光纜的細(xì)長(zhǎng)段4A和4B中。單元7還提供一個(gè)基準(zhǔn)室，在該基準(zhǔn)室內(nèi)，細(xì)長(zhǎng)段4A和4B的上部暴露在已知的溫度和/或壓力下。通過(guò)使用雙端光纖溫度和/或壓力傳感組件2，可以雙向引導(dǎo)光脈沖9A和9B通過(guò)該組件，從而當(dāng)光脈沖9A和9B沿著纖維光纜4的長(zhǎng)度行進(jìn)時(shí)補(bǔ)償它們的任何衰減，并且消除需要使用普通單端分布式壓力和/或溫度傳感(DPS/DTS)光纖組件所需的井下壓力和/或溫度基準(zhǔn)傳感器。
圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)可選實(shí)施例，其中兩個(gè)分布式傳感(DPS/DTS)纖維光纜21和22的近端21A和22A通過(guò)由反射鏡24以及透鏡25和26組成的鼻狀部分23互相連接，反射鏡和透鏡將光從第一條纖維光纜21反射到第二條纖維光纜22，反之亦然，如虛線27所示。纖維光纜21和22的近端被包封在鼻狀部分23內(nèi)，鼻狀部分23的外寬W小于1cm，最好小于5mm。鼻狀部分懸掛在其內(nèi)徑小于2cm，最好小于1cm的導(dǎo)管28內(nèi)。
雙端纖維光纜4的兩段可以并排著互相平行地布置在外徑(OD)優(yōu)選為1-3mm的保護(hù)性不銹鋼管內(nèi)，并且該管與鼻狀部分3被布置在其中的保護(hù)性端蓋連接。端蓋可以有隔片，用來(lái)引導(dǎo)端蓋通過(guò)導(dǎo)管1，并且在包含傳感組件2的保護(hù)性不銹鋼管插入導(dǎo)管1的過(guò)程中提供附加拖曳/流體阻力。
可選的是，該保護(hù)性不銹鋼管裝有許多光纖傳感組件2，該傳感組件2監(jiān)測(cè)不同物理參數(shù)，例如壓力、溫度、聲學(xué)數(shù)據(jù)，并且該組件2與流量、壓力、溫度、聲學(xué)和/或地震數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接。
使用不銹鋼管保護(hù)光纖傳感器組件2或一些組件，避免受到機(jī)械損壞和暴露在會(huì)使光纖或多個(gè)光纖4退化的水和化學(xué)物質(zhì)中。這允許使用低成本光纖4。光纖4可以是
(A)有丙烯酸鹽被覆敷層的低成本光纖，這種被覆層允許在85℃以下工作，同時(shí)保持設(shè)計(jì)可靠性或提高可靠性；(B)有高溫被覆層的光纖，例如聚酰胺，這種被覆層允許在250-300℃的溫度下工作；(C)有金屬被覆層的光纖，這種被覆層允許在650-750℃的溫度下工作。
保護(hù)性不銹鋼管可充填空氣或阻止光纜4化學(xué)退化和/或腐蝕的物質(zhì)，同時(shí)考慮到金屬管內(nèi)的材料和物質(zhì)的熱膨脹差。
1-3mm OD保護(hù)性不銹鋼管可布置在較大OD不銹鋼管內(nèi)，例如1/4″(6mm OD)控制管線內(nèi)。這提供附加機(jī)械和化學(xué)保護(hù)，并允許對(duì)用于附加傳感器的傳感器罩給予機(jī)械支撐。
1/4″(6mm OD)控制管線是產(chǎn)油井和/或產(chǎn)氣井使用的標(biāo)準(zhǔn)尺寸控制管線，并允許使用已有的井封隔器和貫穿件。1/4″(6mm OD)控制管線還允許將新型封隔器送入穿過(guò)膨脹封隔器，而無(wú)需切割光纜。這簡(jiǎn)化了操作，同時(shí)避免現(xiàn)場(chǎng)拼接，將光纖連接器的數(shù)量減到最少，并將安裝的復(fù)雜性減到最小限度。這種帶有或不帶有附加傳感器罩的1/4″(6mm OD)控制管線可捆扎在油和/或氣開(kāi)采井的管道上，或者插入所需的環(huán)境中。
如果光纖2被泵入導(dǎo)管1，那么可以使用U形導(dǎo)管，或者導(dǎo)管1具有基本為直線的形狀，并且在其下端可裝有一個(gè)止回閥，當(dāng)雙端光纖傳感器組件2被泵入導(dǎo)管1時(shí)，泵送流體從導(dǎo)管1通過(guò)止回閥排放到井底部，或者排放到其它系統(tǒng)如用于液壓套管的液壓控制管線共用的管道中。
使用遠(yuǎn)距離操作的海底吊艙，將光纖組件2泵入導(dǎo)管1，將光纖組件2插入到延伸到海底井的導(dǎo)管1中，可用遙控車(ROV)將該水下吊艙可拆裝式地安裝在海底井口。
權(quán)利要求
1.一種在導(dǎo)管內(nèi)安裝雙端分布式傳感光纖組件的方法，該方法包括-提供一個(gè)鼻狀部分，該鼻狀部分使分布式傳感纖維光纜的兩段的近端互相連接，以使沿著一段光纜的長(zhǎng)度傳輸?shù)墓馔ㄟ^(guò)所述鼻狀部分傳輸?shù)搅硪欢卫w維光纜；-將所述鼻狀部分插入所述導(dǎo)管中，以使所述鼻狀部分穿過(guò)在由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的所述兩段前面的所述導(dǎo)管；-將分布式傳感纖維光纜段的遠(yuǎn)端與光傳輸和接收單元相連接；和-其中，所述鼻狀部分的外寬(W)小于1cm。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述鼻狀部分的外寬W小于5mm，并且所述導(dǎo)管的內(nèi)寬小于10mm。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述鼻狀部分和由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的兩段由單根纖維光纜構(gòu)成，該單根光纜在鼻狀部分區(qū)彎曲成U形狀態(tài)，并且光纜在所述區(qū)內(nèi)拉伸，以使在鼻狀部分區(qū)的纖維光纜寬度比纖維光纜大多數(shù)其它部分要小。
4.權(quán)利要求3的方法，其中光纜在它拉伸時(shí)被加熱，并且拉伸后的纖維光纜的彎曲段埋入鼻子形狀的材料體內(nèi)，這種鼻子形狀的材料體的材料的光反射率小于埋入其中的被拉伸的纖維光纜。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述鼻子形狀體呈大致圓柱形，并且外徑小于3mm。
6.權(quán)利要求1或2的方法，其中分布式傳感纖維光纜的兩段通過(guò)鼻狀部分互相連接，該鼻狀部分包括反光元件，例如反光鏡，該反光元件被構(gòu)造成將從分布式傳感纖維光纜的一段的近端射出的光傳輸?shù)椒植际絺鞲欣w維光纜的另一段的近端。
7.任何前面任一權(quán)利要求的方法，其中光傳輸和接收單元被構(gòu)造成用于將光脈沖或脈沖的和連續(xù)的波交替或同時(shí)傳輸?shù)椒植际絺鞲欣w維光纜的所述兩段的每一段的每個(gè)遠(yuǎn)端，并用于從沿著兩段纖維光纜的長(zhǎng)度的不同點(diǎn)反向散射到所述光脈沖傳輸?shù)狡渲械倪h(yuǎn)端的光中獲得分布式傳感數(shù)據(jù)。
8.權(quán)利要求7的方法，其中分布式傳感光纖組件構(gòu)造成分布式溫度和/或分布式壓力傳感器組件，其中分布式傳感纖維光纜的每一段穿過(guò)一個(gè)基準(zhǔn)區(qū)，在該基準(zhǔn)區(qū)內(nèi)，纖維光纜暴露在已知的溫度和/或液壓下。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述基準(zhǔn)區(qū)由其內(nèi)的溫度和壓力受到監(jiān)測(cè)的腔室構(gòu)成，在該腔室內(nèi)，選定長(zhǎng)度的每一段分布式傳感光纖繞成卷。
10.權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)從導(dǎo)管的一端向著另一端泵送流體，所述鼻狀部分和由此而互相連接的分布式傳感纖維光纜的至少大部分被插入導(dǎo)管中。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)管安裝在細(xì)長(zhǎng)的流體傳輸流動(dòng)管內(nèi)或其附近。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述液體傳輸流動(dòng)管是油和/或氣開(kāi)采井的地下內(nèi)流區(qū)。
13.權(quán)利要求12的方法，其中流經(jīng)油和/或氣開(kāi)采井的內(nèi)流區(qū)的至少一部分的流體的溫度和/或壓力，由分布式傳感光纖組件來(lái)監(jiān)測(cè)，該方法用來(lái)監(jiān)測(cè)和/或控制油和/或氣的開(kāi)采。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述雙端纖維光纜的兩段的至少大部分并排布置在外徑(OD)優(yōu)選為1-3mm的保護(hù)性不銹鋼管內(nèi)，該管與鼻狀部分被布置在其中的保護(hù)性端蓋連接，并且該管被插入到所述導(dǎo)管中。
15.權(quán)利要求14的方法，其中多個(gè)光纖傳感組件并排延伸穿過(guò)所述保護(hù)性不銹鋼管，這些傳感組件監(jiān)測(cè)不同的物理參數(shù)，例如壓力，溫度和/或聲學(xué)數(shù)據(jù)，并且這些傳感組件與一系列的流量、壓力、溫度、聲學(xué)和/或地震數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)組件連接。
16.權(quán)利要求1的方法，其中雙端纖維光纜的兩段至少大部分并排布置在套裝的撓性保護(hù)管內(nèi)，該保護(hù)管設(shè)置有鼻狀部分布置在其中的模制端蓋。
17.權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)管具有基本上為直線的形狀，并且在其下端裝有一個(gè)止回閥，當(dāng)雙端光纖和鼻狀部分被泵入所述導(dǎo)管時(shí)，泵送流體從所述導(dǎo)管通過(guò)所述止回閥排放。
18.權(quán)利要求1的方法，其中用可拆裝地安裝在海底井口的遠(yuǎn)距離操作的海底吊艙，將所述光纖組件插入到延伸入海底井的所述導(dǎo)管中。
19.權(quán)利要求14的方法，其中所述保護(hù)性不銹鋼管布置在較大OD不銹鋼管，例如1/4″(6mm OD)控制管內(nèi)。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述導(dǎo)管由油和/或氣開(kāi)采井的套管構(gòu)成，并且所述雙端分布式傳感光纖組件捆扎在油和/或氣開(kāi)采井的開(kāi)采管道上，或者插入到該井內(nèi)。
全文摘要
在例如地下鉆孔中的小直徑控制管這樣的導(dǎo)管(1)內(nèi)安裝雙端分布式傳感光纖組件(2)的方法，包括提供一個(gè)鼻狀部分(3)，其外寬(W)小于1cm，優(yōu)選小于5mm，該鼻狀部分(3)使分布式傳感光纜的兩段(4A和4B)的近端(4C和4D)互相連接，以使沿著光纜的一段(4A)的長(zhǎng)度傳輸?shù)墓馔ㄟ^(guò)鼻狀部分(3)傳輸?shù)焦饫|的另一段(4B)；將鼻狀部分(3)插入導(dǎo)管(1)，以使鼻狀部分(3)穿過(guò)在由此而互相連接的分布式傳感光纜的所述兩段(4A和4B)前面的導(dǎo)管(1)；以及將分布式傳感光纜段的遠(yuǎn)端(4E和4F)與光傳輸和接收單元(7)連接，該單元(7)被構(gòu)造成將從光纜的不同點(diǎn)反向散射的光譜轉(zhuǎn)換成分布的溫度、壓力和/或其它物理數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)E21B47/06GK1836091SQ200480022907
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者卡里-米科·耶斯凱萊伊寧, A·M·范德斯佩克 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司