[发明专利]基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法

权利要求书

1.基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，包括放置在井段（3）内的表层金属套管（1），表层金属套管（1）内设有金属油套管（2），金属油套管（2）内设有油气管（4），油气管（4）从井口到井底，油气管（4）外侧固定有声敏热敏传感铠装光缆（5）；

所述的井段（3）为产油或产气井段的裸眼完井段或被射孔的井段（3），所述的油气管（4）为连续油管或气管；

还包括放置于井口附近的DAS调制解调仪器（11）和DTS调制解调仪器（12）；DAS调制解调仪器（11）和DTS调制解调仪器（12）分别与声敏热敏传感铠装光缆（5）连接；所述的DAS调制解调仪器（11）为基于相干相位型Φ-OTDR原理的分布式光纤声波传感调制解调仪器，DTS调制解调仪器（12）为分布式光纤温度传感调制解调仪器；

所述的声敏热敏传感铠装光缆（5）内包括耐高温抗弯曲单模光纤（7）和耐高温多模光纤（9），耐高温抗弯曲单模光纤（7）紧密缠绕在声敏材料芯棒（6）上，耐高温多模光纤（9）设在声敏材料芯棒（6）内部；耐高温抗弯曲单模光纤（7）的尾端安装有消光器（8），两根耐高温多模光纤（9）的尾端熔接成U字形；

所述的DAS调制解调仪器（11）测量沿分布式光纤水听器的声波数据，DTS调制解调仪器（12）测量沿耐高温多模光纤分布的温度传感数据，DAS调制解调仪器（11）与耐高温抗弯曲单模光纤（7）相连接，DTS调制解调仪器（12）通过双端输入方式与耐高温多模光纤（9）连接；

声敏热敏传感铠装光缆（5）的直径为10 mm到20mm之间，均匀缠绕在每米的声敏材料芯棒（6）上的耐高温抗弯曲单模光纤（7）长度为5 m到10m之间；

所述的声敏材料芯棒（6）由声敏材料制成，声敏热敏传感铠装光缆（5）外设有透声护套（10）；

还包括环形金属卡子（13），所述的环形金属卡子（13）安装固定在油气管（4）外侧，环形金属卡子（13）将声敏热敏传感铠装光缆（5）固定并贴合在油气管（4）上。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）、把油气管（4）和声敏热敏传感铠装光缆（5）同步缓慢的下入固井完井的金属油套管（2）井里；

（b）、在井口把所述的环形金属卡子（13）按照相同的间距安装在油气管（4）上，固定并保护声敏热敏传感铠装光缆（5）在下油气管（4）的安装过程中不被损坏以及使声敏热敏传感铠装光缆（5）与油气管（4）之间具有良好的声学信号耦合；

（c）、在井口处把声敏热敏传感铠装光缆（5）内的耐高温抗弯曲单模光纤（7）连接到DAS调制解调仪器（11）的D信号输入端，把两根高温多模光纤（9）连接到DTS调制解调仪器（12）的DTS双端信号输入端；

（d）、在油气生产期间，通过放置在井口旁边的DAS调制解调仪器（11）和 DTS调制解调仪器（12）连续监测和测量油气管（4）外侧的DAS信号和DTS信号；

（e）、对DAS调制解调仪器（11）和 DTS调制解调仪器（12）连续测量的DAS信号和DTS信号进行调制解调，将DAS数据和DTS数据转换成井下全井段的噪声强弱和温度高低的分布数据；

（f）、以基于DAS和DTS测量数据的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释理论为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒内温度变化和噪声变化的多相流垂直或水平井温度模型和噪声模型；

（g）通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式因素对温度分布和噪声分布的影响规律，获得出水位置与温度分布和噪声分布关系的解释图版；

（h）通过分析井筒内单相或多相流动状态，考虑摩擦、重力因素对压力的影响，利用质量和能量守恒建立稳态条件下井筒温度模型，得到产量和温度间的关系；

（i）以建立的垂直或水平井温度剖面和噪声剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg-Marquardt和马尔科夫链蒙特卡洛算法反演方法为基础的反演模型，在实现与温度和噪声测量数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿垂直或水平井的地层渗透率分布和产液剖面或吸水剖面；

（j）依照提出的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释，解释分析不同出水或吸水形式、不同出水或吸水位置和垂直或水平井段不同产液或吸水贡献、不同渗透率分布下的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面；

（k）根据步骤（j）获得的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面，计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化，从而实现对油气井开发生产过程及其变化的长期动态监测。