用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构技术方案

用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构。具体地，井下装置旨在与光纤线缆共置，该光纤线缆要例如通过被一起固定在同一夹具中而发现。装置具有能够相对于重力确定定位方位的加速计或其他合适的方位确定装置。提供将定位方位信息作为合适编码且调制的声信号输出的振动器或其他探测器。设置在井下装置附近的光纤分布式声传感器检测声信号，并将其传输回到地面，在地面上，解调并解码声信号，以获得定位方位信息。假定装置与光纤共置，则然后可以推断光纤的位置。如上面说明的，检测光纤位置在穿孔操作期间是重要的，使得不无心地损坏光纤。

Equipment, systems and methods for downhole objects and well or drilling structures

【技术实现步骤摘要】
用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构本申请是原案申请号为201580026239.9的专利技术专利申请(申请日：2015年5月15日，PCT申请号：PCT/GB2015/051448，专利技术名称：用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构)的分案申请。
本专利技术提供用于确定井下对象(downholeobject)(具体地例如为诸如被定位于生产管件的外表面上且由夹具保持的光纤线缆这样的对象)的方位和/或位置的方法和系统。特定实施方式提供一种能够确定自己方位并将所确定的方位传回到地面的、与光纤共置的装置。
技术介绍
为了检测井下声信号，通常且有效使用分布式声感测(DAS：distributedacousticsensing)。该方法采用光纤线缆来提供分布式声感测，借此，光纤线缆充当一串离散声传感器，并且光电装置测量并处理返回信号。接着描述这种装置的操作。发送光脉冲到光纤中，并且少量光依据瑞利(Rayleigh)、布里渊(Brillouin)以及拉曼(Raman)散射机理沿着光纤的长度被自然地背向散射。被散射的光被光纤捕获，并朝向针对时间测量返回信号的源运回被散射的光，这允许确定被散射光的振幅、频率以及相位上的测量结果。如果声波在线缆上入射，则使得光纤的玻璃结构在振动声场内伸缩，因此改变从沿着光纤的不同位置散射的背向散射和/或反射光之间的光路径长度。为了测量沿着结构的所有点处的声和/或振动场，可以处理返回信号。在已知分布式声感测(DAS)系统中，使用标准光纤线缆来以从1米至10米范围内的间隔，从沿着光纤的整个长度获得测量简档。关于合适DAS系统(诸如可从英国埃尔斯特里的领英(Silixa)有限公司获得的iDASTM)的操作的另外细节在WO2010/0136809中给出。诸如这些的系统能够以多达100kHZ的频率数字地记录沿着光纤的每一个间隔位置处的声场。因为已知声传感器的位置(已知光纤设置)，由此可以借助于到达时间计算来识别任意声信号的位置。DAS系统在油气行业找到许多应用，并且另外，可以连接到DAS系统的光纤通常安装在井身内，通常作为与夹紧到其外部的井身平行延伸的金属线缆。在典型的油或气井中，一旦已经钻出井身且安装了套管，则水泥用于填充套管之外的井身。然而，作为井的“完井”过程的一部分，在含烃区域内对套管和水泥进行钻井，以允许烃流入套管中，以便采掘。穿孔(Perforation)通常由穿孔枪来执行，该穿孔枪通常为圆柱形金属管，圆柱形金属管设置有围绕其周边设置的聚能炸药包(shapedexplosivecharges)。穿孔枪借助套管下降到预期生产区域，并且在意图是，爆炸穿过井的套筒和水泥且到周围岩层中的孔的情况下，使聚能炸药包爆炸，以允许烃然后流过所产生的通道到套筒中，以便采掘。类似地，在要将压裂液泵入井中以压裂岩层的情况下，所产生的孔为压裂液离开井到周围岩石中提供路线。图11例示了使用穿孔枪来产生在井身套筒和水泥中，且到周围岩层中的穿孔。穿孔枪10包括金属柱，该金属柱设置有围绕其外表面设置的聚能炸药包。例如，聚能炸药包可以围绕枪的外周边每120度成行设置。枪为了控制目的设置有到地面的通信线路12，以允许在命令下使炸药包爆炸。在使用中，如上面所注释的，枪被下降到预期的生成区域，并且使聚能炸药包爆炸，以爆炸穿过套管和水泥(如图11(b)所示)，以在周围岩层中产生生产通道，油或气可以流过搞通道进入井身(如图11(c)所示)。使用穿孔枪的一个问题是试图防止聚能炸药包破坏可以沿着套管外部的井身延伸的任意控制或感测线缆或其他线路。例如，为了感测目的和/或为了控制井下工具，通常沿着井身内的套管的外表面安装光纤。在使用穿孔枪时，必须注意聚能炸药包不指向外部线缆或其他线路，使得爆炸时的药包将与这种线路隔绝。因为穿孔作为完井(wellcompletion)的一部分来执行，到那时，光纤通常已经被水泥粘接到井身中，因此维修可能非常昂贵甚至不可能。为了试图防止这种损坏产生，传统上光纤和其他信令线路被定位在两个金属棒或线缆之间，并且在穿孔枪上设置磁强计，以试图检测金属棒。即，在磁强计用于检测光纤或其他线缆侧的金属棒的位置时在套管内改变穿孔枪的旋转方位。一旦已经检测到金属棒，则可以控制穿孔枪的方位，以确保聚能炸药包远离金属棒的区域，且因此远离要保护的线缆或其他线路指向。上述布置的一个问题是成本，因为通常需要金属棒沿着井身的较大长度延伸，因此增大井的材料和生产成本。另外，使用磁强计检测棒不特别准确，特别是在干扰磁强计的操作的磁异常可能发生的一些岩层中或一些区域中。而且，套管或其他井下设备的存在可能干扰磁强计的适当操作，这意味着在套管内旋转定向穿孔枪以确保传感器和控制线和/或其他线缆将不被穿孔枪的使用损坏不可能是可靠的。另外，棒还形成向上到套管外部的潜在泄露路径。为了解决该问题，WO2013/030555描述了用于确定井下对象的相对方位特别是确定穿孔器方位的方法和设备。图12中所例示的方法涉及改变对象(诸如井身中的穿孔枪(302))的方位，并且启动至少一个方向声源(402a-c)。各个方向声源(directionalacousticsource)在预定位置中固定到对象，并且优选地沿已知方向传输声信号。启动方向声源，以便在所述对象的多个不同方位中产生声音。设置在井身下的光纤(104)被询问(interrogated)为在对象附近提供分布式声感测，并且分析光纤所检测的声信号，以便比如通过观看不同方位中的相对强度来确定至少一个方向声源相对于光纤的方位。文献中描述了布置的操作的另外细节，此处以引证的方式将理解本专利技术必需的任意细节和全部细节并入。因此，虽然WO2013/030555中的布置应明显地克服现有技术磁强计布置的成本和不准确性，但该布置依赖于DAS系统检测方向声源的操作，方向声源被描述为传统扬声器，传统扬声器被布置为向前投射声音，且被定位在吸收沿其他方向发射的声音的套管中。传统扬声器通常在可听频带(例如，在20Hz至20kHz的范围内)内操作，并且现有技术的典型DAS通常能够以良好空间分辨率在这些频率下检测声音。然而，传统扬声器的方向性不高，即使被设置在另外的绝缘套管中，并且+/-50°至60°的-3dB方向性弧可能常见。图12已经被注释为示出了典型示例(用于三个扬声器的方向性弧)。如图所示，这种方向性通常意指即使扬声器远离光纤指向，光纤仍然可以从扬声器拾取大信号。进一步允许套管内的回声和其他多路径效果，并且这种系统的可靠性开始劣化。基本地，如现有技术所述的使用传统扬声器未给出被发射为可靠确定穿孔枪的方位的声音的足够高的方向性。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种旨在与光纤共置的井下装置，该光纤的位置例如通过被一起固定在同一夹具中来找到。该装置具有能够确定其相对于重力的定位方位的加速计或其他合适的方位确定装置。提供了将定位方位信息作为适当编码且调制的声信号输出的振动器或其他探测器。设置在井下装置附近的光纤分布式声传感器检测声信号，并将其传回到地面，在地面上，解调并解码声信号，以获得定位方位信息。假定装置与光纤共置，则然后可以推断光纤的位置。如上面说明的，检测光纤位置在穿孔操作期间是重要的，使得不无心损坏光纤。其他实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于井下对象的设备，该设备包括：i)方位检测器，该方位检测器被布置为检测所述设备的方位；以及ii)振动或声源，该振动或声源被布置为根据所述设备的所检测的方位产生振动或声信号，所产生的振动或声信号表示所检测的方位，其中，所述振动或声源被布置为生成经频率调制的振动或声信号，该经频率调制的振动或声信号对与所检测的方位有关的信息进行编码，其中，频率调制包括：选择与各预定方位对应的一个或一组预定调制频率。

【技术特征摘要】
2014.05.16 US 61/994,4741.一种用于井下对象的设备，该设备包括：i)方位检测器，该方位检测器被布置为检测所述设备的方位；以及ii)振动或声源，该振动或声源被布置为根据所述设备的所检测的方位产生振动或声信号，所产生的振动或声信号表示所检测的方位，其中，所述振动或声源被布置为生成经频率调制的振动或声信号，该经频率调制的振动或声信号对与所检测的方位有关的信息进行编码，其中，频率调制包括：选择与各预定方位对应的一个或一组预定调制频率。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述方位检测器是三轴加速计。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述加速计检测所述设备相对于重力方向的方位。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述方位检测器包括：一个或更多个偏置可旋转安装的磁块，和被布置为检测偏置磁块的旋转方位的磁检测器。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述方位检测器是相对方位传感器。6.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其中，所述一组预定调制频率被选择为，使得所述一组预定调制频率中没有成员是所述一组预定调制频率中的任意其他成员的谐波频率。7.一种用于井下对象的设备，该设备包括：i)方位检测器，该方位检测器被布置为检测所述设备的方位；以及ii)振动或声源，该振动或声源被布置为根据所述设备的所检测的方位产生振动或声信号，所产生的振动或声信号表示所检测的方位，其中，所述方位检测器包括：一个或更多个偏置可旋转安装的磁块，和被布置为检测偏置磁块的旋转方位的磁检测器。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述振动或声源是脉冲源，该脉冲源以对应于相应一个或更多个所检测的方位的一个或更多个频率来生成振动或声脉冲。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述脉冲源是机电轻敲器。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述机电轻敲器是螺线管驱动装置或压电驱动装置。11.根据权利要求7至10中任意一项所述的设备，所述设备还包括密封壳，在该密封壳内包含所述方位检测器和振动或声源。12.根据权利要求7至10中任意一项所述的设备，所述设备还包括：夹具，该夹具用于将光纤夹紧到管件或套管，所述方位检测器和所述振动或声源与所述光纤一起共置于所述夹具内。13.根据权利要求7至10中任意一项所述的设备，所述设备还包括控制电路，该控制电路被布置为从所述方位检测器接收方位信号，以根据所述方位信号确定所述设备的方位，并且控制所述振动或声源，...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·米尔恩，B·弗兰奇，T·帕克，M·法哈迪罗斯汉，
申请(专利权)人：希里克萨有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB