[发明专利]基于变频声源的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法

说明书

本发明提出一种基于变频声源的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法，多个金属套管依次通过环形金属套管卡箍连接；铠装光缆布设在金属套管外壁上；变频声源发射器安装固定在环形金属套管卡箍里，并紧靠铠装光缆；铠装光缆与分布式光纤声波传感仪器连接；分布式光纤声波传感仪器放置在井口附近。当变频声源发射器在井下的方位、倾角和横滚角发生变化时，三分量姿态传感器和陀螺仪会输出三分量的姿态信号，然后变频声源发生器发出不同频率的声源信号，分布式光纤声波传感仪器检测根据在井下每个变频声源发射器发出的声源信号的频率，判断铠装光缆在每个变频声源发射器位置上的具体方位、倾角和横滚角，得到铠装光缆在井下的位置和地理方位。

技术领域

本发明属于测孔地球物理技术领域，具体涉及一种基于变频声源的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法。

背景技术

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种井下铠装光缆的布设方法，比如安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。

当铠装光缆捆绑固定在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定后，如果要在储层段进行射孔作业，则需要探测铠装光缆在套管外的不同深度位置的具体地理方位，在射孔时采用定向射孔技术，在射孔段避开套管外的铠装光缆。

英国Silixa公司开发了一种一次性设备，即电缆定向信标(COB)。该设备拥有加速度计，连接在套管外壁，靠近光纤电缆。当套管下入井内后，该设备会监测套管被旋转了多少次，如此它就能够知道套管的方向。然后，它将这些数据与光纤电缆接收到的声波信号(噪声)进行通信，就可以对其进行反向分析，以获得方向数据。该设备不会连续发出声波信号，例如可以将其编程为每隔30分钟发射一次声波，以节省电池电量。

虽然Silixa公司利用井下声音发生器能够基本上确定井下铠装光缆在声音发生器安装点的具体深度位置和地理方位，但是有以下几点缺点：(1)电缆定向信标(COB)使用加速度计，其定向精度有限，方位分辨率只有10度，在选取小角度避射方位范围时，很难保证在定向射孔时铠装光缆不被射断。为了避免铠装光缆在射孔作业时不被射断，只能增大避射的方位范围，比如说从30度角度范围增大到60度或90度角度的避射范围，其结果是地下储层因为不能全方位射孔，遗留较大角度范围的未改造储层，降低了储层的产量；(2)井下声音发生器里面的电池容量有限，只能连续工作30天左右，一旦电池的电能耗尽，井下声音发生器将立即停止工作。因为井下声音发生器与铠装光缆同时被固井水泥永久性的固定在了套管外，无法给声音发生器进行充电或更换电池，井下声音发生器将永久性失效。一旦因为井下固井或完井作业超过30天，则无法利用井下声音发生器来测定套管外铠装光缆的具体深度位置和地理方位；(3)如果沿铠装光缆布设的声音发生器太少，虽然可以降低井下装备的总体成本，但是对每两个井下声音发生器之间的铠装光缆的定位和定向将会出现较大的误差或无法定位定向。