[发明专利]用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构

说明书

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。

本申请是原案申请号为201580026239.9的发明专利申请(申请日：2015年5月15日，PCT申请号：PCT/GB2015/051448，发明名称：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。

技术领域

本发明提供用于确定井下对象(downhole object)(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。

背景技术

为了检测井下声信号，通常且有效使用分布式声感测(DAS：distributedacoustic sensing)。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iDAS^TM)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(shaped explosive charges)。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的B处所示)，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的C处所示)。