公开了用于监控井下部件的装置。装置包括：光纤传感器，包括沿光纤传感器的长度分布的多个感测位置的；询问组件，被配置为将电磁询问信号传送至光纤传感器并且从多个感测位置中的每一个接收反射信号；处理单元，被配置为接收反射信号，沿光纤传感器选择测量位置，选择与光线传感器中的第一感测位置相关联的第一反射信号，所述第一感测位置对应于测量位置，选择与光纤传感器中的第二感测位置相关联的第二反射信号，估算第一信号与第二信号之间的相位差，以及基于相位差估算测量位置处的井下部件的参数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用光纤传感器监控振动的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求在2011年1月6日提交的申请号为12/985773的美国申请的权益，这里引用其全部内容作为参考。
技术介绍
光纤传感器已经被用于许多应用并且已经显示出其具有在恶劣环境中感测参数的特殊用途。在各种系统（例如钻井、泵送和采油操作）中的井下环境中使用不同类型的电机。例如，在油气勘探中利用电潜泵系统（ESP）以帮助从地层和/或储层去除含烃流体。ESP和其它系统被设置在井眼中的井下，并且因此被暴露于对系统性能和系统的使用寿命有显著影响的恶劣的条件和工作参数下。除了正常电机振动以外，ESP和其它系统由于多个原因而振动。过度的电机振动可能由于各种原因而发生，并且应该被解决以避免电机和其它井下部件的损坏和/或故障。当电动机和发电机（它们本身不容易监控）位于恶劣环境中时，它们带来了特殊的挑战。
技术实现思路
用于监控井下部件的装置包括：光纤传感器，其具有与井下部件有可操作关系的长度，并且被配置为响应于井下部件的变形而变形，光纤传感器包括沿光纤传感器的长度分布的多个感测位置；询问组件，被配置为将电磁询问信号传送至光纤传感器中并且从多个感测位置中的每一个接收反射信号；处理单元，被配置为接收反射信号，沿光纤传感器选择测量位置，选择与光纤传感器中的第一感测位置相关联的第一反射信号，所述第一感测位置对应于测量位置，选择与光纤传感器中的第二感测位置相关联的第二反射信号，估算第一信号与第二信号之间的相位差，以及基于相位差估算测量位置处的井下部件的参数。监控井下部件的方法包括：以相对于井下部件的固定关系设置光纤传感器的长度，光纤传感器被配置为响应于井下部件的变形而变形，光纤传感器包括沿光纤传感器的长度分布的多个感测位置；将电磁询问信号传送至光纤传感器中并且从多个感测位置中的每一个接收反射信号；沿光纤传感器选择测量位置；选择与光纤传感器中的第一感测位置相关联的第一反射信号，第一感测位置对应于测量位置；选择与光纤传感器中的第二感测位置相关联的第二反射信号；通过处理器估算第一信号与第二信号之间的相位差；以及基于相位差估算测量位置处的井下部件的参数。附图简述现在参考附图，其中相同的元件在若干个附图中使用相同的附图标记：图1示出了井下钻井、监控、评估、勘探和/或生产系统的实施例的剖视图；图2示出了图1的系统的光纤传感器的一部分的剖视图；图3示出了指示振动或者振荡运动的干涉测量信号数据的示意图；以及图4示出了说明监控井下工具的振动和/或其它参数的方法的流程图。具体实施方式提供了用于监控井下部件的装置、系统和方法。在一个实施例中，这种装置和系统被用于评估部件（例如电动机和发电机）中的振动和振动中的变化。在一个实施例中，监控系统包括具有处理单元和光纤传感器的反射计。光纤传感器包括具有设置在其中的多个感测位置（例如被配置为本征地散射传送的电磁信号的位置）的光纤传感器。光纤传感器可以专门用于监控井下部件或者可以与其它光纤部件（例如通信光纤和感测光纤）结合。监控井下部件的方法的实施例包括从多个感测位置接收反射信号，以及评估光纤传感器中第一感测位置与第二感测位置之间的相位差。在一个实施例中，方法包括估算与多个测量位置（其中的每一个可以对应于井下部件上或者井下部件中的位置）相关联的感测位置之间的相位差以及生成可以用于评估和监控井下部件的振动或者其它参数的分布式时变相位差图形。参照图1，示出了与井眼12相关联的井下钻井、监控、评估、勘探和/或生产系统10的示例性实施例。钻孔管柱14被设置在井眼12中，其穿透至少一个地层16用于促进诸如钻井、从地层提取物质以及在井下对地层16和/或井眼12的性质进行测量的操作。钻孔管柱14包括用于促进地下操作的各种部件中的任何一种。钻孔管柱14由例如管、多个管段或者挠性管道构成。钻孔管柱14包括例如钻井系统和/或井底钻具组件（BHA）。系统10和/或钻孔管柱14包括针对各种处理的任何数量的井下工具18，所述各种处理包括钻井、油气开采和用于在钻孔中或者钻孔周围测量一个或者多个物理量的地层评估（FE）。例如，工具18包括钻井组件和/或泵组件。可以将各种测量工具合并到系统10中以影响测量机制，例如电缆测量应用或者随钻测井（LWD）应用。在一个实施例中，工具18中的至少一个包括连接至生产管柱14作为例如井底钻具组件（BHA）的一部分的电潜泵（ESP）组件20。ESP组件20被用于通过生产管柱14将产出流体泵送至地面。ESP组件20包括诸如电机22、密封段24、入口或者进口26和泵28的部件。电机22驱动泵28，所述泵28通过入口26吸入流体（通常为油/水混合物），并且将处于增加的压力下的流体排入生产管柱14中。在一个实施例中，通过电导体（例如可操作地连接至供电系统32的井下电力电缆30）向电机22提供电力。工具18和其它井下部件不限于本文所述的那些。在一个实施例中，工具18包括在井下经受振动、变形或者应力的任何类型的工具或者部件。经受振动的工具的示例包括电动机或者发电机（例如ESP电机、其它泵电机和钻井电机）以及包括或者利用这种电机的设备和系统。系统10还包括被配置为执行系统10中各种功能（例如通信和感测各种参数）的一个或者多个光纤部件34。例如，光纤部件34可以作为光纤通信电缆被包括在内，以用于传送井下部件之间和/或井下部件与地面部件（例如地面处理单元36）之间的数据和命令。光纤部件34的其它示例包括被配置为测量井下性质（例如井下部件（例如钻孔管柱14和工具18）的温度、压力、井下流体成分、应力、应变和变形）的光纤传感器。在一个实施例中，光纤传感器部件34被配置作为光纤传感器并且包括具有沿光纤传感器34的长度设置的一个或者多个感测位置的至少一个光纤。感测位置的示例包括光纤布拉格光栅（FBG）、镜、法布里-珀罗谐振腔和本征散射的位置。本征散射的位置包括反射询问信号的光纤中的点或者长度，例如瑞利散射位置、布里渊散射位置和拉曼散射位置。系统10还包括光纤监控系统，其被配置为询问光纤部件34中的一个或者多个以估算工具18、ESP组件20或者其它井下部件的参数（例如，振动）。在一个实施例中，监控系统被配置为识别参数（例如振动）中的变化。振动中的变化可以指示井下部件已经破损或者已经被损坏，并且监控系统可以允许问题的快速诊断以便可以采取补救措施。在一个实施例中，光纤部件34中的至少一部分与工具18的一个部件结合或者固定到工具18的一个部件（例如ESP电机22或者其它电动机或者发电机）。例如，光纤部件34连附至泵28、ESP组件20的其它部件或者电机22的外壳或者其它部分。光纤监控系统可以被配置为不同的系统或者合并到其它光纤系统中。例如，监控系统可以合并现有的光纤部件（例如通信光纤以及温度或者应变感测光纤）。监控系统的示例包括非本征法布里-珀罗干涉测量（EFPI）系统、光频域反射测量（OFDR）系统和光时域反射测量（OTDR）系统。监控系统包括反射计，被配置为将电磁询问信号传送至光纤部件34中并且从光纤部件34中的一个或者多个位置接收反射信号。反射计单元38的示例在图1中示出。反射计单元38可操作地连接至一个或者多个光纤部件34并且包括信号源40（例如，脉冲光源、LED、激光，等）本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.06 US 12/985,7731.一种用于监控井下部件的装置，所述装置包括：光纤传感器，其长度与所述井下部件具有可操作的关系，并且被配置为响应于所述井下部件的变形而变形，所述光纤传感器包括沿所述光纤传感器的长度至少基本上连续地分布的多个本征散射位置；询问组件，被配置为将扫频波长电磁询问信号传送至光纤传感器中并且从所述多个本征散射位置中的每一个接收反射信号；处理单元，被配置为接收所述反射信号，沿所述光纤传感器选择测量位置，选择与所述光纤传感器中的第一本征散射位置相关联的第一反射信号，所述第一本征散射位置对应于所述测量位置，选择与所述光纤传感器中的第二本征散射位置相关联的第二反射信号，对所述第一反射信号和第二反射信号执行傅里叶变换，基于经过变换的信号估算所述第一信号与所述第二信号之间的相位差，以及基于所述相位差估算所述测量位置处的所述井下部件的参数，其中所述第一本征散射位置和所述第二本征散射位置不依赖于预先安装的反射器的位置，其中所述处理单元进一步被配置为在时间周期内将多个询问信号传送至所述光纤传感器中，估算与所述多个询问信号中的每一个相关联的所述第一信号与所述第二信号之间的多个相位差，生成时变相位差图形，以及通过将相位差图形分成与光纤传感器各部分相关联的相位差数据的仓以生成相位差测量，通过自举方法把所述相位差图形分成所述仓，其中从更接近于所述询问组件的仓移除相位差数据得到每个仓中的相位差数据。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理单元进一步被配置为针对所述多个本征散射位置中的每一个估算相位差以及对于所述光纤传感器的长度生成相位差图形。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述参数包括与所述时变相位差图形相关联的所述井下部件的振动。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述井下部件包括电动机和发电机中的至少一个，并且所述参数包括所述电动机的震动。5.根据权利要求1所述的装置，其中以相对于所述井下部件的固定的关系设置所述光纤传感器。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述参数包括所述井下部件的移动、应变和变形中的至少一个。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述询问组件被配置为把所接收的反射信号与沿着光纤的长度的位置相关联，其中所述反射信号能够被建模为弱反射光纤布拉格光栅并且能够类似地用于这种光栅以估计光纤传感器的各种参数，以这种方式能够选择沿光纤传感器的期望位置并且所述期望位置不依赖于所述本征散射位置。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理单元被配置为当井下部件处于参考状态时接收来自所述多个本征散射位置的反射信号，并且从相位差减去基于所述参考状态获得的相位差信息。9.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·杜坎，B·A·切尔德斯，R·M·哈曼，A·巴拉高帕尔，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：
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