[发明专利]基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统及监测方法

权利要求书

1.基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，包括金属套管(1)，金属套管(1)内置有连续油管(2)，金属套管(1)外侧固定有第一铠装光缆(4)，连续油管外侧固定有第二铠装光缆(5)；

还包括放置于井口附近的DSS/DTS复合调制解调仪器(3)；所述的DSS/DTS复合调制解调仪器(3)分别与第一铠装光缆(4)和第二铠装光缆(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，所述的DSS/DTS复合调制解调仪器(3)包括分布式应变传感和分布式温度传感的数据采集与调制解调功能。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，所述的第一铠装光缆(4)和第二铠装光缆(5)均为铠装光缆，所述的铠装光缆包括光纤(21)，所述的光纤(21)为单模或多模或特种应变敏感光纤，所述的光纤(21)外依次封装有内连续金属细管(22)和外连续金属细管(23)。

4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，所述的外连续金属细管(23)外还缠绕单层或多层铠装钢丝。。

5.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，所述的内连续金属细管(22)还设有耐高温光纤膏；在等间距的位置上，用耐高温环氧树脂(24)将光纤(21)固定在内连续金属细管(22)的内壁上。

6.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，所述的内连续金属细管(22)内安置用耐高温高强度复合材料紧密包裹或用注塑机一次成型包裹光纤制作的高灵敏度应变特种光纤(21)，紧密贴壁密封在连续金属细管(22)内。

7.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，有多个金属套管(1)依次连接，还包括第一环形金属卡子(8)，所述的第一环形金属卡子(8)安装固定在金属套管(1)靴处。

8.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统，其特征在于，还包括第二环形金属卡子(9)，所述的第二环形金属卡子(9)等间距的安装固定在连续油管(2)外侧。

9.根据权利要求1到8任一项所述的基于分布式光纤传感的井下应变分布监测系统的监测方法，包括以下步骤：

(a)、把金属套管(1)和第一铠装光缆(4)同步缓慢的下入完钻的井孔里；

(b)、在井口处把所述的第一环形金属卡子(8)安装在两根金属套管(1)的连接处，固定并保护第一铠装光缆(4)在下套管过程中不会移动和/或被损坏；

(c)、金属套管(1)下完后，用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(1)的外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(1)、第一铠装光缆(4)和地层岩石永久性的固定在一起；

(d)、把连续油管(2)和第二铠装光缆(5)同步缓慢的下入固井完井的金属套管(1)井里；

(e)、在井口把所述的第二环形金属卡子(9)按照相同的间距安装在连续油管(2)上，固定并保护第二铠装光缆(5)在下连续油管(2)的安装过程中不被损坏以及使第二铠装光缆(5)与连续油管(2)之间具有良好的贴壁应变耦合；

(f)、在井口处把第一铠装光缆(4)内的光纤(21)分别连接到DSS/DTS复合调制解调仪器(3)的DSS信号输入端和DTS信号输入端；

(g)、在井口处把第二铠装光缆(5)内的光纤(21)分别连接到DSS/DTS复合调制解调仪器(3)的DSS信号输入端和DTS信号输入端；

(h)、在进行长期地下应变监测和测量期间，通过放置在井口旁边的DSS/DTS复合调制解调仪器(3)连续监测和测量金属套管(1)外侧第一铠装光缆(4)和连续油管(2)外侧第二铠装光缆(5)内的DSS和DTS信号；

(i)、对DSS/DTS复合调制解调仪器(3)连续测量的DSS信号和DTS信号进行调制解调，将DSS数据转换成井下地应力作用在金属套管(1)和第一铠装光缆(4)上产生的应变，以及井下地应力作用在连续油管(2)和第二铠装光缆(5)上产生的应变，将DTS数据转换成井下金属套管(1)外和连续油管(2)外温度高低变化的分布数据；

(j)、根据监测和测量到的井下金属套管(1)外和连续油管(2)外的温度数据，利用公式：

Δλ/λ＝-Δυ/υ＝K_TΔt+K_εε

其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；K_T和K_ε分别为温度和应变标准常数；

使用具体测量位置的温度值进行因温度变化而导致的光纤中散射光光谱的漂移对DSS测量的数据进行改正，获得消除了温度影响的真实的金属套管(1)外壁和连续油管(2)外壁的应变值；

(k)、对长期实时监测和测量到的金属套管(1)外壁和连续油管(2)外壁的应变量求取其对时间的微分，获得应变量随时间的变化率；

(l)、对长期实时监测和测量到的金属套管(1)外壁和连续油管(2)外壁的应变量和应变率进行分析，根据井下工程设置的金属套管(1)和连续油管(2)的应变和应变率阈值标准，当发现金属套管(1)和连续油管(2)的应变量和应变率超过阈值并可能造成金属套管(1)和连续油管(2)变形损坏的井段时，及时提出预警或报警。