專利名稱:在油井中安放地震傳感器的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種方法，該方法旨在將地震傳感器安裝在石油生產(chǎn)井中以便能對(duì)有關(guān)井的狀態(tài)進(jìn)行范圍極其廣泛的測(cè)量，并能對(duì)井中的流量以及特別是能對(duì)產(chǎn)油區(qū)石油逸出測(cè)定的地震讀數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。
行家們都熟悉在生產(chǎn)用井中使用傳感器。比如，使用傳感器通過聲學(xué)方法確定與側(cè)壁外部管道柱或預(yù)先安裝在其中的殼體相連接的井眼水泥膠結(jié)(灌漿)的質(zhì)量。在鉆井的完工階段有一個(gè)常規(guī)的操作過程，該操作過程包括將一殼體降入井中并將水泥灌入環(huán)狀空間以防止井所產(chǎn)生的流體逃逸或沿這一通道徙移;水泥膠結(jié)(灌漿)的質(zhì)量決定了環(huán)狀空間的不滲透性，灌漿質(zhì)量是通過諸如將一含有安裝在不同深度的聲接收器發(fā)送器的一長(zhǎng)長(zhǎng)的傳感器放入管狀殼體之內(nèi)而加以測(cè)定的。發(fā)出的聲波在環(huán)狀區(qū)尤其是在水泥中傳插后被不同的接收器接收。對(duì)接收到的信號(hào)所進(jìn)行的比較使人們可以獲知諸如哪個(gè)分布是完全均勻的。
另一種人所共知的應(yīng)用的例子是將一探測(cè)器降入管狀井中，所述探測(cè)器包括許多能探測(cè)到各種待測(cè)量的參數(shù)(特別是聲音噪聲、天然放射性，溫度、壓力等)的傳感器。
歐洲專利申請(qǐng)?zhí)枮榈?5463或98778、以及美國(guó)專利第4，390，878號(hào)的專利中描述了在管狀井中使用傳感器的一些方法的實(shí)例。
管狀豎井中設(shè)置傳感器適合于對(duì)附近環(huán)狀區(qū)進(jìn)行局部測(cè)量或適合于對(duì)管道中的流量進(jìn)行監(jiān)控。但它卻并不適合于諸如通過使用地震方法來確定在操作過程中所發(fā)生的油的逸漏。地震記錄主要是通過垂直地震剖面方法(VSP)來進(jìn)行的，該方法包括通過安裝在鉆井中的不同深度的許多地音探測(cè)器接收來自各地下反射器所反射的回波，這些波由一個(gè)地震發(fā)生器發(fā)射，該發(fā)生器安裝在地面或者也可以安裝在另一個(gè)井中。由于地音探測(cè)器是通過殼體與周圍地層相連接的，因此這種使用地音探測(cè)器降入打好的石油生產(chǎn)井中的方法的實(shí)施就變得非常困難。
根據(jù)本發(fā)明的方法，允許在一個(gè)用于生產(chǎn)石油液體的鉆井中安裝地震傳感器，井中包括一個(gè)用水泥膠結(jié)(密封)的殼體。其特征在于，傳感器安裝在殼體里面并且嵌入水泥中，所述水泥確保殼體的膠結(jié)。
不同的地震傳感器，比方說，安裝在殼體外的不同深度，并由導(dǎo)電線與地面相連。在每一深度處，都裝有一個(gè)或一組傳感器。當(dāng)殼體外部與控制(guidance)裝置形成一體時(shí)，則傳感器固定在這些控制裝置之上，導(dǎo)線圍繞用環(huán)狀物定位在殼體的外壁上?？刂蒲b置可包括諸如軟的對(duì)中裝置。為便于傳感器的安裝，最好采用非對(duì)稱控制裝置，該裝置將殼體在它的長(zhǎng)度的一部分的距離上移向井的一側(cè)，傳感器安裝在殼體的對(duì)面一側(cè)。也可以使用其橫截面至少在它們的長(zhǎng)度的一部分上是縮小的殼體，傳感器安裝在殼體的減小了的截面上，緊挨著殼體本身。為了連接傳感器，在傳感器和殼體之間插入一層阻尼材料。
本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于傳感器通過水泥直接地與周圍的地質(zhì)層相連接，因此，它們可以用來接收在油井的生產(chǎn)期間內(nèi)這些地層里面所產(chǎn)生的微小地震信號(hào)或地面上某一發(fā)射點(diǎn)所傳播開來的信號(hào)，這一位置或點(diǎn)可發(fā)生在井的垂線上或甚至與井的軸線相對(duì)的某一確定的方向上或者井的方向上，如果后者被彎曲的話。此外，還有一可能的應(yīng)用是在一個(gè)井中接收發(fā)自安裝在另一個(gè)井中的一個(gè)噪聲源的地震信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的方法所得的傳感器與殼體內(nèi)部的聲連接，同樣也使它們能被用于探測(cè)由井內(nèi)的流動(dòng)的流體所產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)。
本方法還有一重要的優(yōu)點(diǎn)在于這樣一個(gè)事實(shí)，即地震傳感器的安裝很簡(jiǎn)易，適合于使用在油井中的設(shè)備和方法，水泥澆灌方法也用于將地震傳感器與周圍地層相連接。
本方法的其它特征及優(yōu)點(diǎn)將通過結(jié)合附圖對(duì)下面一些實(shí)施例的描述而加以闡明，這些實(shí)施例僅作為說明的例子而決不是對(duì)本發(fā)明的限制。
附圖中-圖1用極為簡(jiǎn)化的方式描述了一個(gè)用于生產(chǎn)的油井，其外部殼體與許多嵌在水泥里面的地震傳感器相連接;
-圖2為將地震傳感器固定在外部殼體外面的裝置的示意圖;
-圖3為一個(gè)能使殼體沿測(cè)邊移動(dòng)某一長(zhǎng)度以使安裝傳感器的空間變大的不對(duì)稱對(duì)中裝置的示意圖;
-圖4為在偏離中心區(qū)的殼體中的傳感器的安排的示意圖;
-圖5為一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中，傳感器安裝在一個(gè)通過收縮殼體而增大的環(huán)狀空間中;
-圖6為圖5的一個(gè)變形，其中，對(duì)殼體的收縮為非對(duì)稱的;
-圖7為另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中，在每一地震探測(cè)器和殼體的外壁之間有一層阻尼材料;
-圖8為一個(gè)能在產(chǎn)油區(qū)內(nèi)進(jìn)行地震探測(cè)的發(fā)射/接收裝置的略圖;
-圖9描述了另一個(gè)實(shí)施例，其中，可使用安裝在不同層深度的有向(方向性)傳感器;
-圖10所示為包括三個(gè)傳感器，分別安裝在殼體的周圍并相互隔開120°角的一種安排(結(jié)構(gòu));
-圖11為一個(gè)公知的裝置的示意圖，該裝置被降入管狀井里以便灌入水泥;
-圖12為外部與殼體形成一體并具有地震傳感器插座的套管的示意圖;
-圖13為地震傳感器安裝在它的插座中的示意圖。
圖1所示的井(1)，以第一直徑鉆至某一深度，通過產(chǎn)油區(qū)，再鉆成比第一直徑小的第二直徑。井有一通常的外殼，它由兩部分(2a)和(2b)組成，對(duì)應(yīng)于鉆井直徑的不同的截面。具有較小直徑的部份(2b)裝有一體積可變的壓緊器封口(Packer sealing)裝置(4)，該裝置(4)在它自身和另一具有較大直徑的部分(2a)之間的環(huán)狀空間擴(kuò)展，并緊挨它們的端頭之一。在殼體內(nèi)直至它的具有較小直徑的部分(2b)，安裝有一個(gè)管道(5)。另一個(gè)壓緊器封口(Packer sealing)裝置(6)安裝在管道(5)的內(nèi)端附近，以便在一個(gè)延伸的位置上得以將它和殼體的較低部分(2b)之間的環(huán)狀空間圍住。一個(gè)由供電部份(8)供電的泵元件(7)安裝在導(dǎo)管(5)中。殼體的部分(2b)穿過產(chǎn)油區(qū)P并具有許多小孔(9)，管道頭(27)上裝有閥，可將殼體的上端關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的方法，包括在將殼體降入井內(nèi)之前將一個(gè)或多個(gè)地震傳感器安裝在殼體內(nèi)的具有較大直徑的部分(2a)上(或者，如果外部環(huán)狀空間的體積允許的話，安裝在其直徑縮小的部分2b上)。這些地震傳感器通過一根或多根傳送電纜(11)與地面相連。下一步是用水泥澆灌殼體，正如業(yè)已知道的那樣，為達(dá)到此目的，一個(gè)其一端有一特制的灌注連接段(injection joining piece)(25)并含有一個(gè)反向鎖定(reverse-valve)閥的管道(24)被盡可能深地降入殼體(2)直至它的下端。管道(24)被一個(gè)壓緊器封口裝置(26)固定住，然后注入水泥。水泥漸漸通過升高殼體(2)和洞(1)之間的環(huán)狀空間而充滿，在水泥澆注階段結(jié)束時(shí)，所有安裝在環(huán)狀空間內(nèi)的地震傳感器(10)均嵌入在水泥之中。
為便于殼體(2)的下降，在其周圍裝有人所熟知的類型的對(duì)中元件(12)(圖2)，這些元件(12)具有諸如柔軟的葉片或徑向葉片。根據(jù)另一實(shí)施例，地震傳感器(10)固定在對(duì)中元件(12)上。連接導(dǎo)線(11)(或幾根導(dǎo)線，如有的話)通過夾緊環(huán)(13)保持緊貼著殼體(2)的外壁。
當(dāng)裝有所使用的地震傳感器(10)的盒子的體積與鉆井與殼體(2)之間的環(huán)狀空間的大小不一致時(shí)，可以用非對(duì)稱控制元件(14)(圖3)將殼體(2)沿著裝有傳感器的長(zhǎng)度部分(圖4)移出中心。地震傳感器可固定在控制元件(14)上，或者，最好是如圖3所示，通過連接電纜(11)的固定夾(13)將其緊貼在殼體(2)的外壁上。同樣也可使用包括至少一段其直徑縮小的部分(15)的殼體(見圖5或6)，直徑縮小的部分可以是對(duì)稱的(見圖5)或者，如果所有傳感器均安裝在殼體的同一側(cè)上，則甚至可以是不對(duì)稱的(見圖6)。
根據(jù)另一實(shí)施例，在每一地震傳感器(10)和殼體(2)的壁之間有一層彈性材料(16)(圖7)以便使后者脫離與聲波的耦合，層(16)可以是殼體的涂層。
所有的地震傳感器(10)均安裝在殼體(2)周圍的環(huán)狀空間里，以便能被用于記錄地震讀數(shù)，如圖8所示。一地震源(17)(一振蕩器或脈沖源)在地面上發(fā)出的地震波傳播到地的深處。這些波被地下各種反射體(尤其是那些在產(chǎn)油區(qū)p中的)送回后，被各個(gè)傳感器(10)接收，被探測(cè)到的地震信號(hào)由電纜(11)傳送到一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)室(18)。
地震傳感器也可被用于進(jìn)行井與井之間的地震探測(cè)操作，或甚至用于對(duì)發(fā)生在一個(gè)產(chǎn)油井中的現(xiàn)象(如在柱中環(huán)流的流體的流動(dòng)噪聲)或者當(dāng)生產(chǎn)已停止時(shí)(探測(cè)到由生產(chǎn)或注入流體而引起的地層斷裂)進(jìn)行非功能的監(jiān)控。
使用的地震傳感器是諸如地音探測(cè)器或加速度計(jì)。使用的數(shù)量以及它們的安裝根據(jù)應(yīng)用情況選定。
比如，傳感器根據(jù)一個(gè)或同樣的殼體(1)發(fā)生器來裝置，如圖8所示。同樣，也可以使用定向傳感器(見圖9，10)，其軸向與殼體(傳感器(19))相切或沿徑向(傳感器(20))或者甚至于沿中間方向(傳感器21)。這些中間方向可包括在橫截平面內(nèi)，如圖9所示，甚或相對(duì)于這一平面傾向頂部或底部。在一給定位置上，有可能安裝一個(gè)具有3個(gè)取向?yàn)榛ハ嗾坏亩ㄏ騻鞲衅鞯暮凶?22)。
同樣也可能安裝可以測(cè)定地震信號(hào)進(jìn)來的方向的傳感器。為此，在一給定的橫截平面內(nèi)的外殼上的周圍安裝幾個(gè)定向傳感器(23)，它們彼此相隔120°角。根據(jù)圖10的實(shí)施例的方式，傳感器的軸置成徑向的，但并不一定如此，同樣可以將傳感器的軸傾向橫截平面，或者傾向鉆井頂端或者傾向底端，傾斜角可以是任何數(shù)值。
在最通常的組合方式中，地震傳感器組可包括幾組沿著殼體的部分劃分的傳感器，每一組包括多個(gè)傳感器，可以是定向的，并安裝在殼體的周圍。
舉例而言，實(shí)施例的一種方式是幾個(gè)定向傳感器與殼體相連接并包括(圖12和13)與固定在包括一個(gè)或多個(gè)插座的套管上。每一個(gè)套管有兩個(gè)母底板(28，29)，所述母底板(28，29)將殼體封住并用螺栓(其軸線以號(hào)碼(30)表示)互相連在一起。套管是非對(duì)稱的。最厚的一塊母底板(28)包括三個(gè)圓柱形插座(31)，(32)，(33)，它們的軸線沿三個(gè)正交的方向，即，兩個(gè)在一個(gè)水平面內(nèi)，第三個(gè)與殼體(2)的軸線相平行。每一插座由一封口蓋(34)關(guān)上，一個(gè)雙線導(dǎo)線(35)與每一地音探測(cè)器(36)相連接。常規(guī)裝置(未畫出)與蓋(34)相連接以便保證導(dǎo)線過道(35)的不滲透性。
每一具有三個(gè)插座的套管可由三個(gè)具有較短長(zhǎng)度的套管取代，后一種套管每一個(gè)包括一個(gè)插座，諸如(31)或(32)，它們的軸線在一個(gè)橫截面內(nèi)，或一個(gè)諸如(33)的插座，其軸線與殼體(2)平行，在一個(gè)橫截面內(nèi)改變地音探測(cè)器的方向是輕而易舉的，只要使套管(28)相對(duì)于殼體轉(zhuǎn)動(dòng)即可。
權(quán)利要求
1.一種在生產(chǎn)石油流體并包含一個(gè)用水泥嵌入的殼體(2)的井(1)中安裝地震傳感器的方法，其特征在于，所述地震傳感器(10)安裝在殼體的外面，并且，它們掩埋在水泥中以確保嵌牢。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，不同的地震傳感器安裝在殼體外部的不同深處，并且，它們通過連接導(dǎo)線(11)與地面相連接。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，至少有一組地震傳感器大致安裝在殼體外面的一個(gè)給定深處，每一組傳感器通過連接導(dǎo)線與地面相連。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，其中，許多地震傳感元件安裝在不同的深處。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，籍此方法，殼體(2)的外部具有控制裝置(12，14)，其特征在于，地震傳感器固定在控制裝置上，連接導(dǎo)線通過夾緊裝置與殼體的外壁貼緊。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其特征在于，控制裝置(14)是非對(duì)稱的，這樣，殼體(2)可以至少是它的長(zhǎng)度的幾分之一的距離移向井的一側(cè)，地震傳感器安裝在殼體外面的對(duì)面一側(cè)。
7.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，殼體的橫截面在它的長(zhǎng)度的一部分(15)縮小，傳感器安裝在殼體的縮小部分。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，定向傳感器(19，20，21)被使用，并且在每一深度處，至少有一個(gè)定向傳感器。
9.如權(quán)利要求
8所述的方法，其特征在于，每一層深處安裝有幾個(gè)傳感器(22)以便能接收沿幾個(gè)軸的方向的極性波。
10.如權(quán)利要求
3或4所述的方法，其特征在于定向傳感器(23)安裝在殼體(2)的周圍。
11.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，傳感器是地音探測(cè)器或加速計(jì)。
12.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在傳感器和殼體之間有一層阻尼材料(16)。
13.將地震傳感器安裝在一個(gè)石油生產(chǎn)井中的裝置，其特征在于，它包括包括至少一個(gè)套管(28，29)，以及將套管固定在殼體上的裝置，所述套管包括至少一個(gè)用于地震傳感器(36)的插座。
14.如權(quán)利要求
13所述的裝置，其特征在于，所述套管包括三個(gè)圓柱形插座(31，32，33)，它們的軸線分別指向三個(gè)正交的方向。
專利摘要
在具有水泥殼體的石油生產(chǎn)井里安裝地震傳感器的方法和裝置。它主要包括在將殼體(2a，2b)降入鉆井(1)以前先沿其外表面安裝好地震傳感器(10)，用水泥澆灌一個(gè)環(huán)狀空間以便使傳感器與周圍地層保持聲連接；傳感器(10)以及將其與地面相連的電纜(11)均固定在控制殼體下降的對(duì)中裝置或所述殼體的外壁之上，這可以通過涂上一層阻尼材料而得以實(shí)現(xiàn)。傳感器可插入固定在殼體外面的套管內(nèi)。本方法及裝置用于對(duì)油井的地震監(jiān)控。
文檔編號(hào)E21B47/01GK87100310SQ87100310
公開日1987年7月29日 申請(qǐng)日期1987年1月17日
發(fā)明者克利斯蒂安·維特里奇, 簡(jiǎn)·勞倫, 查爾斯·拿威勒 申請(qǐng)人:法國(guó)石油研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan