[发明专利]井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法

说明书

本发明提出了一种井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法，井下长期动态监测特种分布式铠装光缆，特种应变和震动或噪声测量光缆和通用型温度和震动或噪声测量光缆的两侧都有承压抗磨加强筋进行保护，五者构成的扁平状结构外侧有铠装钢丝构成的保护外套。特种分布式铠装光缆固定在金属套管外侧；特种分布式铠装光缆尾端含有消光器件，上端连接DSS/DAS/DTS复合调制解调仪器。把特种分布式铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井套管外侧并用固井水泥永久性固定，长期实时监测地下应力对井下套管可能造成的损害或破坏。同时获取每口油气生产井和注水或注液井的产液剖面或吸水剖面，实现对生产井或注液驱替井在生产过程中变化规律的长期动态监测。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，具体涉及一种井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法。

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应力、应变、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、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。

现有的井下铠装光缆一般是在连续的细长金属管内安置光纤，注入光纤膏，根据井深和井底压力采用一层或多层细长金属管套装，外面在编织上一层或数层铠装钢丝，增加铠装光缆的抗压、抗拉和抗冲击能力，保护最内层细长金属管里的光纤在随套管下井的过程中不会被损坏。但是这种结构的铠装光缆至少有两个问题：(1)在细长金属细管内放置的单模和多模光纤只能通过非固态的光纤膏与细长金属管内壁耦合，然后通过外层细长金属管和最外层铠装钢丝与金属套管外壁和地层耦合，造成此种铠装光缆内的光纤无法很好的耦合感应地层应力集中在局部井段生产的岩层或金属套管应变(形变)，也不能很好的感应耦合从震源传播到井下的地震波或噪声信号；(2)虽然铠装光缆内的光纤有一层或数层细长金属管和最外层的铠装钢丝保护，但是此种铠装光缆在随金属套管下井的过程中，地下的压力、摩擦力和巨大的冲击力最终还是直接作用在最内层的细长金属管外壁上的，地下巨大的压力和下套管作业时的巨大冲击力会把中空的细长金属管挤压变形甚至砸断，造成受损铠装光缆井段处的光纤受到外力的挤压甚至断开。

发明内容

本发明提出了一种井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法，当用金属卡子把特种分布式铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定，把井口地面的分布式光纤应变传感(DSS)、分布式光纤声波传感(DAS)和分布式光纤温度传感(DTS)复合调制解调仪器(DSS/DAS/DTS)与特种铠装光缆在井口附近相连接，就组成了一个基于分布式光纤传感的井下长期实时动态综合监测系。

本发明的目的是克服现有井下铠装光缆对应变和震动或噪声敏感度不足，耦合不好，随金属套管一起下井过程中易磨损挤压损坏的缺陷，提出了在特种分布式铠装光缆里分别封装特种耐高温应变和震动或噪声测量光缆，通用型耐高温温度和震动或噪声测量光缆和三组单根或多根钢丝组成的承压抗磨加强筋，外侧用铠装单层或多层不锈钢丝构成保护外套形成圆形扁平状结构。然后把圆形扁平状结构的特种铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定，构建了一个基于分布式光纤传感的井下地层应变分布变化的长期实时监测和测量系统，长期实时监测和测量地下应力对井下套管和井下各种工具及管线可能造成的损害或破坏，为保证油气生产井、注水井和监测或观察井的长期稳定安全可靠的工作提供不可缺少的手段、系统和方法。