專利名稱：應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井套管軸向應變的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及油田套管損傷研究領域中一種監(jiān)測油、水井套管軸向 應變的方法，具體的說是涉及一種基于布里淵散射原理而應用光纖布 里淵傳感器監(jiān)測油、水井套管軸向應變的方法。
背景技術：
目前,在油田油、水井套損研究中，在套管外監(jiān)測套管軸向變形 的方法是下套管過程中在監(jiān)測井段安放一個帶有常規(guī)電子傳感器的 測壓工具，該傳感器接收的壓力來自于測壓工具膠筒內(nèi)腔，傳感器將 地層壓力、溫度值轉(zhuǎn)換為模擬的電信號，通過信號電纜傳送至地面。 這種監(jiān)測方法存在以下缺陷 一是常規(guī)電子傳感器受測壓工具按放位 置的限制，只能監(jiān)測一個點，不能準確地監(jiān)測全井段套損點的具體深 度和方位；二是常規(guī)電子傳感器由于其自身尺寸、耐腐蝕能力以及抗 干擾性能等的限制，而無法滿足在井下惡劣條件下對監(jiān)測用傳感器的 要求，非常易于損壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有監(jiān)測油、水井套管軸向應變常規(guī)技術中存在的，使 用常規(guī)電子傳感器不能監(jiān)測全井段套損點、難以適應井下惡劣條件等 問題，本發(fā)明提供一種應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井套管軸向 應變的方法，該方法實施后，具有可監(jiān)測全井段套損點的特點，并且 所使用的光纖布里淵傳感器經(jīng)過特殊改裝，非常適于在井下惡劣的環(huán) 境條件下使用。本發(fā)明的技術方案是該種應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井 套管軸向應變的方法，由如下步驟組成① 將纖維增強樹脂封裝的光纖布里淵傳感器隨單根油、水井套管 下井，而沿油、水井套管串軸向布設，在井下距地面較近處采用監(jiān)測 光纜連接所述光纖布里淵傳感器，此監(jiān)測光纜的另一端連接至地面上 的光纖應變分析儀，所述光纖應變分析儀帶有激光源以產(chǎn)生光信號；② 應用所述光纖應變分析儀得出所述光纖布里淵傳感器的初值
頻移信息，即&。，將此初值頻移信息導出并保存；③ 應用所述光纖應變分析儀測試所述光纖布里淵傳感器在采樣 時刻的頻移信息，即^，將所取得的采樣時刻的頻移信息導出并保存；④ 利用光纖布利淵傳感器的基本原理公式(1)，即<formula>formula see original document page 5</formula>(1)將通過步驟②和③所取得的^。與^數(shù)值代入后，公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2) ， <formula>formula see original document page 5</formula>............ (2)，即無初值影響的溫度、應變耦合模型，其中，C,為布里淵應變靈敏度系數(shù)，CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，A e為所述光纖布利淵傳感器的變形量，AT為溫度變化；⑤ 應用所述光纖應變分析儀測試隨套管一起下入井內(nèi)的所述光 纖布里淵傳感器的布里淵頻移信息，即^,,并將數(shù)據(jù)導出后存儲；⑥ 將所述光纖應變分析儀中采樣時刻監(jiān)測光纜的布里淵頻移數(shù) 據(jù)導出，由于監(jiān)測光纜中的光纖不受外力，因此其布里淵頻移為公式 (3)，<formula>formula see original document page 5</formula>.........(3)CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，AT為溫度變化；⑦ 將步驟⑥中所得到的布里淵頻移與無初值影響的溫度、應變耦 合模型結合，即將公式(3)與公式(2)結合，得到公式(4)，<formula>formula see original document page 5</formula>............ (4)其中，A e為所述光纖布里淵傳感器的變形量，Cf為布里淵應 變靈敏度系數(shù)，Av^為所述光纖應變分析儀實時采集到的布里淵頻 移；⑧ 由于所述光纖布里淵傳感器沿油、水井套管串軸向布設，與所 述油、水井套管串協(xié)同變形，因此由步驟⑦中所得到的所述光纖布里 淵傳感器的變形量A e就是所述油、水井套管串的軸向變形量。為達到較好的監(jiān)測效果，在完成上述步驟①時，可以按照以下方 式進行 ，首先，下套管過程中當下入目的層套管時，將所述光纖布里淵傳 感器的末端固定在該套管的預定位置處；
其次，隨每一根套管下井前，地面需預留15m左右的所述光纖布里 淵傳感器，以便其順利下入井內(nèi)；再次，在每個套管接箍的位置處用傳感器保護罩對所述光纖布里 淵傳感器進行保護，同時應用光時域反射計監(jiān)測斷點；另外，采用金屬條捆綁的方法將所述光纖布里淵傳感器與每一根 套管中段固定，以保證所述光纖布里淵傳感器與套管的協(xié)同變形；此外，所述光纖布里淵傳感器在井下距地面2 3米處與所述監(jiān)測 光纜連接，由所述監(jiān)測光纜將光信號傳送至所述光纖應變分析儀；最后，所述監(jiān)測光纜接出井口后，重新熔接跳線頭，并接入接線 盒內(nèi)進行保護，便于后續(xù)監(jiān)測。本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明將光纖布里淵傳感原理首次應 用在監(jiān)測油、水井套管軸向應變領域中，利用可求取的光纖布里淵傳 感器的變形量而得出與之軸向協(xié)同變形的套管的變形量，由此精確的 監(jiān)測出全井段的套管變形量，而不再局限于現(xiàn)有技術中僅監(jiān)測某一個 點的套管損傷，具有革命性的突破。此外，本發(fā)明在應用時，對普通 的光纖布里淵傳感器進行了纖維增強樹脂封裝，并內(nèi)部封裝兩芯光 纖，由此使得這種改進了的光纖布里淵傳感器可以適應井下惡劣的作 業(yè)條件，確保了對套管損傷監(jiān)測的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明中所涉及方法的工作過程示意圖。 圖中l(wèi)-地層，2-套管串，3-套管接箍，4-目的層套管，5-目的 層套管外固定金屬條，6-傳感器保護罩，7-套管中段固定金屬條，8-光纖布里淵傳感器，9-監(jiān)測光纜，IO —光纖應變分析儀。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明本發(fā)明中所述方法是基于光纖布里淵傳感原理，即光在傳輸過程 中，光子與光纖中不規(guī)則的微觀粒子發(fā)生非彈性碰撞而產(chǎn)生布里淵散 射，由于聲波的存在，使布里淵散射光的頻率將產(chǎn)生一個布里淵頻移。 基于光纖布里淵傳感原理而制造出來的光纖布里淵傳感器已經(jīng)在許 多領域得到了應用，但是在油田套管損傷領域的應用確是本發(fā)明首次 涉及，本方法的具體構成為
① 將纖維增強樹脂封裝的光纖布里淵傳感器隨單根油、水井套管 下井，而沿油、水井套管串軸向布設，在井下距地面較近處采用監(jiān)測 光纜連接所述光纖布里淵傳感器，此監(jiān)測光纜的另一端連接至地面上 的光纖應變分析儀，所述光纖應變分析儀帶有激光源以產(chǎn)生光信號；② 應用所述光纖應變分析儀得出所述光纖布里淵傳感器的初值 頻移信息，即&。，將此初值頻移信息導出并保存；③ 應用所述光纖應變分析儀測試所述光纖布里淵傳感器在采樣 時刻的頻移信息，即^，將所取得的采樣時刻的頻移信息導出并保 存；④ 利用光纖布利淵傳感器的基本原理公式(1)，即 ^《As + C^Ar + Fgo............ (1)將通過步驟②和③所取得的)^。與^數(shù)值代入后，公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2) ， Avs=C> + CrAr............ (2)，即無初值影響的溫度、應變耦合模型，其中，Cs為布里淵應變靈敏度系數(shù)，CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，A e為所述光纖布利淵傳感器的變形量，AT為溫度變化；'⑤ 應用所述光纖應變分析儀測試隨套管一起下入井內(nèi)的所述光 纖布里淵傳感器的布里淵頻移信息，即^,，并將數(shù)據(jù)導出后存儲；.⑥ 將所述光纖應變分析儀中采樣時刻監(jiān)測光纜的布里淵頻移數(shù) 據(jù)導出，由于監(jiān)測光纜中的光纖不受外力，因此其布里淵頻移為公式(3)，~=CrAr............ (3)CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，A T為溫度變化；⑦ 將步驟⑥中所得到的布里淵頻移與無初值影響的溫度、應變耦 合模型結合，即將公式(3)與公式(2)結合，得到公式(4)，△ v"fe = Av^-Av^ =CeA￡"............ (4)其中，A e為所述光纖布里淵傳感器的變形量，Cs為布里淵應變 靈敏度系數(shù)，AV^為所述光纖應變分析儀實時采集到的布里淵頻 移；⑧ 由于所述光纖布里淵傳感器沿油、水井套管串軸向布設，與所 述油、水井套管串協(xié)同變形，因此由步驟⑦中所得到的所述光纖布里淵傳感器的變形量A e就是所述油、水井套管串的軸向變形量。為達到較好的監(jiān)測效果，在完成上述步驟①時，可以按照以下方 式進行首先，下套管過程中當下入目的層套管時，將所述光纖布里淵傳 感器的末端固定在該套管的預定位置處；其次，隨每一根套管下井前，地面需預留15m左右的所述光纖布里 淵傳感器，以便其順利下入井內(nèi)；再次，在每個套管接箍的位置處用傳感器保護罩對所述光纖布里 淵傳感器進行保護，同時應用光時域反射計監(jiān)測斷點；另外，采用金屬條捆綁的方法將所述光纖布里淵傳感器與每一根 套管中段固定，以保證所述光纖布里淵傳感器與套管的協(xié)同變形；此外，所述光纖布里淵傳感器在井下距地面2 3米處與所述監(jiān)測 光纜連接，由所述監(jiān)測光纜將光信號傳送至所述光纖應變分析儀；最后，所述監(jiān)測光纜接出井口后，重新熔接跳線頭，并接入接線 盒內(nèi)進行保護，便于后續(xù)監(jiān)測。上述方法己在大慶市采油五廠杏10-5-丙3112井試驗實施。實 施時，所述井嫩II段標準層深度809米，目的層套管下深819.92 米，光纖布里淵傳感器末端布設在818. 02米，光纖布里淵傳感器長 度為816米。監(jiān)測光纜選用包括光纖、金屬軟管、凱夫拉纖維，兩 層PU護套和兩層金屬編織網(wǎng)的結構，與常規(guī)光纜相比，抗拉強度提 高了 4倍，抗側(cè)壓強度提高了 5倍，適合井下的惡劣工況。此外，這 種井下監(jiān)測光纜內(nèi)的光纖保護在金屬軟管中不受外力，因此也可以使 用監(jiān)測光纜隨光纖布里淵傳感器下入井內(nèi)，而作為光纖布里淵傳感器 實時點對點的溫度補償傳感器使用。所采用的光纖應變分析儀為上海 橫河國際貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的AQ8603光纖應變分析儀，光纖應變分 析儀的參數(shù)選擇為監(jiān)測最大長度2km，空間分辨率0.5m，平均化 次數(shù)2xl0"次，在此參數(shù)下，進行監(jiān)測。 具體施工工藝流程如下a) 下套管過程中當下入目的層套管時，將光纖布里淵傳感器 的末端固定在該套管的預定位置即818. 02m處;b) 每一根套管下井前，地面需預留15m左右的光纖布里淵傳
感器，以便其順利下入井內(nèi)； c)在每個套管接箍的位置用傳感器保護罩進行保護，同時應 用光時域反射計監(jiān)測斷點，又稱OTDR監(jiān)測斷點； .d)光纖布里淵傳感器在井下距地面2 3米處采用監(jiān)測光纜 連接，監(jiān)測光纜將光信號傳送至地面AQ8603光纖應變分 析儀；e)光纜接出井口后，重新熔接跳線頭，并接入接線盒內(nèi)進行 保護，便于后續(xù)監(jiān)測。 最后計算得出的監(jiān)測數(shù)據(jù)結果表明，目的層套管應變基本保持在 190 250個微應變左右，處于安全狀態(tài)。在完成上述工作過程中，由于存在大量的數(shù)據(jù)計算，因此可以開 發(fā)二次解調(diào)設備將經(jīng)過光纖應變分析儀一次解調(diào)后得到傳感器的布 里淵頻移信息轉(zhuǎn)化成所需要的套管軸向應變信息，以省去大量的人工 計算。在開發(fā)二次解調(diào)設備過程中，主要通過濾波、去躁、初值補償 和溫度補償?shù)确椒▉硗瓿伞?br> 權利要求
1、一種應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井套管軸向應變的方法，其特征在于該方法由如下步驟組成①將纖維增強樹脂封裝的光纖布里淵傳感器隨單根油、水井套管下井，而沿油、水井套管串軸向布設，在井下距地面較近處采用監(jiān)測光纜連接所述光纖布里淵傳感器，此監(jiān)測光纜的另一端連接至地面上的光纖應變分析儀，所述光纖應變分析儀帶有激光源以產(chǎn)生光信號；②應用所述光纖應變分析儀測得所述光纖布里淵傳感器的初值頻移信息，即VB0，將此初值頻移信息導出并保存；③應用所述光纖應變分析儀測試所述光纖布里淵傳感器在采樣時刻的頻移信息，即VB，將所取得的采樣時刻的頻移信息導出并保存；④利用光纖布利淵傳感器的基本原理公式(1)，即VB＝CεΔε+CTΔT+VB0…………(1)將通過步驟②和③所取得的VB0與VB數(shù)值代入后，公式(1)轉(zhuǎn)化為公式(2)，ΔvB＝CεΔε+CTΔT…………(2)，即無初值影響的溫度、應變耦合模型，其中，Cε為布里淵應變靈敏度系數(shù)，CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，Δε為所述光纖布利淵傳感器的變形量，ΔT為溫度變化；⑤應用所述光纖應變分析儀測試隨套管一起下入井內(nèi)的所述光纖布里淵傳感器的布里淵頻移信息，即VB，并將數(shù)據(jù)導出后存儲；⑥將所述光纖應變分析儀中采樣時刻監(jiān)測光纜的布里淵頻移數(shù)據(jù)導出，由于監(jiān)測光纜中的光纖不受外力，因此其布里淵頻移為公式(3)，VBT＝CTΔT…………(3)CT為布里淵溫度靈敏度系數(shù)，ΔT為溫度變化；⑦將步驟⑥中所得到的布里淵頻移與無初值影響的溫度、應變耦合模型結合，即將公式(3)與公式(2)結合，得到公式(4)，ΔvBε＝ΔvB-ΔvBT＝CεΔε…………(4)其中，Δε為所述光纖布里淵傳感器的變形量，Cε為布里淵應變靈敏度系數(shù)，ΔvBε為所述光纖應變分析儀實時采集到的布里淵頻移；⑧由于所述光纖布里淵傳感器沿油、水井套管串軸向布設，與所述油、水井套管串協(xié)同變形，因此由步驟⑦中所得到的所述光纖布里淵傳感器的變形量Δε就是所述油、水井套管串的軸向變形量。
2、根據(jù)權利要求1所述的應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井 套管軸向應變的方法，其特征在于完成所述步驟①時，按照以下方式 進行首先，下套管過程中當下入目的層套管時，將所述光纖布里淵傳 感器的末端固定在該套管的預定位置處；其次，隨每一根套管下井前，地面需預留15m左右的所述光纖布里 淵傳感器，以便其順利下入井內(nèi)；再次，在每個套管接箍的位置處用傳感器保護罩對所述光纖布里 淵傳感器進行保護，同時應用光時域反射計監(jiān)測斷點；另外，采用金屬條捆綁的方法將所述光纖布里淵傳感器與每一根 套管中段固定，以保證所述光纖布里淵傳感器與套管的協(xié)同變形；此外，所述光纖布里淵傳感器在井下距地面2 3米處與所述監(jiān)測 光纜連接，由所述監(jiān)測光纜將光信號傳送至所述光纖應變分析儀；最后，所述監(jiān)測光纜接出井口后，重新熔接跳線頭，并接入接線 盒內(nèi)進行保護，便于后續(xù)監(jiān)測。
全文摘要
一種應用光纖布里淵傳感器監(jiān)測油、水井套管軸向應變的方法。主要解決現(xiàn)有技術中存在的，使用常規(guī)電子傳感器不能監(jiān)測全井段套損點、難以適應井下惡劣條件等問題。其特征在于將纖維增強樹脂封裝的光纖布里淵傳感器隨單根油、水井套管下井，而沿油、水井套管串軸向布設，在井下距地面較近處采用監(jiān)測光纜連接所述光纖布里淵傳感器，此監(jiān)測光纜的另一端連接至地面上的光纖應變分析儀，所述光纖應變分析儀帶有激光源以產(chǎn)生光信號，由于所述光纖布里淵傳感器沿油、水井套管串軸向布設，與所述油、水井套管串協(xié)同變形，因此所得到的所述光纖布里淵傳感器的變形量Δε就是所述油、水井套管串的軸向變形量。具有可監(jiān)測全井段套損點的特點。
文檔編號E21B47/00GK101397902SQ20081017582
公開日2009年4月1日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權日2008年11月5日
發(fā)明者合 劉, 姚洪田, 孔令泉, 孫曉明, 林發(fā)枝, 王中國, 王清平 申請人:大慶油田有限責任公司