[发明专利]用于井筒加热和分布式温度传感的有源电缆

说明书

技术领域

本发明涉及一种井筒电缆以及制造和使用这种电缆的方法。更具体地，本发明涉及固定在套管井的水泥壁内的永久井筒加热电缆，例如用于与永久分布式温度传感监测电缆结合以分析井筒附近的地层，以及涉及这种电缆的应用。

背景技术

由于石油储量变得越来越稀缺和难以找到，改善的井下环境信息对于成功勘探和生产来说变得日益重要。井下温度波动的知识有助于识别井下的物质和流速，因此成为特别有远景的数据组。在特定的温度和/或压力条件下，已知天然气水合物(gas hydrate)会分解、形成或以其他方式被影响。更好地了解井下环境中的这种现象的参数，将是对地下资源更有效的勘探和开发的重要进步。特别地，这种信息被证明在开发作为能源资源的天然气水合物和重油方面很有帮助。因此，热量测量的采集和分析对于地下结构的静态和动态特征都是很重要的。

包括例如天然气水合物和重油之类的碳氢化合物的地层流体的稳定性对压力和温度的变化很敏感。在这点上，当压力和/或温度条件穿过平衡边界，天然气水合物分解或形成。模拟地下地层热性质(例如热传导、扩散和容量的测量)的常规方法要求在井下多个位置进行被动温度测量，然后在实验室执行岩心分析(core analysis)(试图在实验室中复制井底条件)，并比较结果。然而，含水合物区域的实验室岩心分析通常是很困难的，因为复制井底条件是不容易的。另外，实验室模拟的准确度依赖于一些参数，例如由井下水合物的动态分解/形成过程引起的岩心条件、不同压力下的压缩系数差异，而且有时依赖于特定深度层段处缺失岩心样品的推断数据。另外，当利用在井下多个地下位置的被动温度测量时，获得的数据在增加不确定性的特定假设(例如，热流动是稳定的，来自钻井或泥浆循环的热扰动是可忽略的)下被解释。

可获得多种商业的分布式温度传感器(DTS)应用，其为仓库(warehouse)中的火灾探测和温度控制给出沿电缆的整个长度的温度测量，并且包括耐高温DTS电缆。这种DTS电缆由光纤回路组成，并利出各种散射现象来感知沿光纤回路长度的温度。光纤中散射现象的出现是由于温度、压力和张力导致光纤散射的光频变化。这种散射效应包括由温度变化和光纤内的张力引起的布里渊散射(Brillouin scattering)，以及仅由光纤温度变化引起的拉曼散射(Ramanscattering)。

市场上可用的DTS装置在实验室岩心分析中是有用的，然而，将基于实验室的主动温度测量方法应用到现场地层测量会导致许多技术和后勤的困难。在一个例子中，DTS电缆被下入已完井的井的流体中并进行连续测量。然而，这种方法降低了来自井筒的流动，因为DTS电缆阻塞了井筒的一部分，而且，温度测量很大程度上受到流过的物质的温度的影响，而且与地层本身的特性的相关性更差。

除希望精确测量沿整个井筒的温度以更好地模拟地层之外，有时希望通过向井筒引入热量来影响水合物的分解或者形成，来操作地层流体。这通常通过将加热元件下入井筒并加热与加热元件相邻的地层来引导期望的水合物的形成或者分解。然而，这导致井筒进一步阻塞。

发明内容

从上文看，显然需要一种引导热进入地层的装置，例如，用于与分布式温度传感器电缆一起模拟地层。一种结合这些特征的装置将提供附加的优点。

附图说明

图1是水泥套管井筒的剖面图，显示了分布式温度传感器，其监测和加热电缆，该电缆接近围绕地层设置，位于井筒和套管之间的环状空间(annulus)中，并被水泥固定在适当的位置。

图2是井筒和套管之间的环状空间中的分布式温度传感器监测和加热电缆的一个实施例，具有连接的温度监测装置和加热设备。

图3A和3B是图2中的分布式温度传感器监测和加热电缆的上部和下部的剖面图。

图4A是图2中的分布式温度传感器监测和加热电缆缆芯(conductor)的捻角示意图。

图4B是图2中的分布式温度传感器监测和加热电缆缆芯之间的连接的示意图。

图5是井筒和套管之间的环状空间中的分布式温度传感器监测和加热电缆的不同实施例的示意图，其具有连接的温度监测装置和加热设备。

图6A和6B是图5中的分布式温度传感器监测和加热电缆的上部和下部的剖面图。

图7A是图5中的分布式温度传感器监测和加热电缆缆芯的捻角示意图。

图7B是图5中的分布式温度传感器监测和加热电缆缆芯之间的连接的示意图。

具体实施方式