用于利用塞测量井内的参数的方法和设备的制作方法

专利名称：用于利用塞测量井内的参数的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于完井的设备和方法。具体地，本发明涉及用于利 用作为水泥塞的井眼内的固井设备测量井内的参数的设备和方法。更具体 地，本发明涉及用于沿着从水泥塞到地面的整个环形空间进行通信的设备 和方法。
背景技术：
在己经钻好一口井之后，在石油工业中通常的做法包括利用金属套 管护井。因此，在套管与地层之间形成环形区域。然后进行固井作业，以 使环形区域填充有水泥。水泥和套管的组合使井眼加固，并且有助于隔离 套管后面的用于烃的开采的地层的一定区域。通常在井眼内采用多于一个 的套管柱。在此方面，当将井钻到第一指定深度时下第一套管柱。第一套 管柱悬挂于地面，然后，将水泥循环到套管后面的环形空间内。然后将井 钻到第二指定深度，并且将第二套管柱或衬管下入到井内。设定第二套管 柱的深度使得第二套管柱的上部与第一套管柱的下部重叠。然后将第二衬 管柱固定或悬挂于现有套管。然后也对第二套管柱注水泥。在另外的衬管 柱的情况下通常重复此过程，直到将井己经钻到总深度。依此方式，井通 常形成有直径不断减少的两个或更多个套管柱。将衬管固到井眼内的过程通常涉及衬管刮塞和钻杆投射物的使用。 (plug:或水泥塞)塞通常限定用于分离泵送到井眼内的流体的细长弹性体。 衬管刮塞通常在内部位于衬管的顶部，并且与工作串底部处的衬管一起下 入井眼内。衬管刮塞具有径向刮子，当塞沿着衬管移动时，所述径向刮子 接触并且刮擦衬管的内部。衬管刮塞具有圆柱形孔，所述圆柱形孔通过所 述衬管刮塞以允许流体通过。通常，固井作业需要使用两个塞和投射物。当准备配制水泥时，第一 投射物释放到工作串内。水泥在投射物之后被泵送，从而将投射物移动到井底。投射物用作水泥与钻井液之间的隔板，以最小化水泥的污染。当投 射物移动到井底时，所述投射物位于第一衬管刮塞上并且封堵通过第一塞 的孔。来自投射物上方的水泥的水压迫使投射物和塞离开衬管并且一起沿 着衬管被泵送。在底部处，第一塞位于浮阀上，从而封堵流动通过浮阀的 流体。压力建立在第一塞上方，直到所述压力足以使第一塞的隔膜破裂。 此后，水泥流动通过第一塞和浮阀，并且向上进入到井眼与衬管之间的环 形空间内。
在足够量的水泥已经放入到井眼内之后，部署第二投射物。钻井泥浆 在第二投射物的后面被泵送，以沿着工作串移动第二投射物。第二投射物 移动到井底并且位于第二衬管刮塞上。第二投射物上面的水压迫使第二投 射物和第二塞离开衬管，并且所述第二投射物和所述第二塞一起沿着衬管 被泵送。这迫使第二塞前面的水泥从衬管驱替出并进入到环形空间内。水 泥到环形空间内的这种驱替一直持续直到第二插座位于浮阀上。此后，在 移除浮阀之前使水泥固化。
固井作业还可以要求使用单个塞和投射物被移除的先前操作的第一 塞或投射物。
在固井作业期间，重要的是当塞循环时能够沿着井眼测量各个点处的 井下温度和压力，以及当凝固水泥时能够测量环形空间内的井下温度和压 力。当前，因为没有通过传统的操作作法实践的稳健的遥测方法，因此这 是不能实现的。 一些现有技术已经试图说明用于测量来自塞的参数的设 备。
美国专利第US6634425号说明了一种具有传感器的注塞，所述传感器
通过电线或无线发射装置(例如，钢缆、光纤或声波)将测量值发射到地面 位置。问题是不能长距离地部署注塞，并且测量值仅限于塞上的测量值， 因此仅限于套管内和塞的精确位置处的测量值。
来自同一申请人的欧洲专利申请第06290801.7号说明了通过将光纤巻 连接到顶塞而从地面将光纤向下部署到连顶接箍的方法，且顶塞与驱替液 一起沿着套管泵送。该系统的确改进了测量井眼内的参数的方法；但是因 为当在顶塞在光纤上使用传感器时，测量值仍然限于套管内，因此该系统 具有不足之处。因此，需要一种用于容易地测量井眼套管、以及井眼环形空间内的参 数的设备。因此，需要一种用于正确并且精确地确定告知水泥凝固的参数 的设备。

发明内容
根据本发明的一方面，本发明提供了一种用于测量井内的参数的系 统，系统包括第一设备，所述第一设备包括第一巻绕光纤线(光纤)的 第一巻线筒，所述第一巻绕光纤线能够从第一巻线筒松开；和至少第一传 感器，所述第一传感器能够测量井内的参数，其中，关于所述参数的信息 可以通过第一光纤线传输；第二设备，所述第二设备包括第二巻绕光纤线 的第二巻线筒，所述第二巻绕光纤线能够从第二巻线筒松开，第二光纤线 的末端固定到参考点；光发射器或接收器装置，所述光发射器或接收器装 置连接到参考点，并且能够生成或检测通过第二光纤线的光脉冲；和在 第一光纤线与第二光纤线之间交换所述光脉冲的装置。光发射器或接收器 是不仅仅限于可见光的发射器/接收器，包括紫外线(接近UV (380-200纳米 波长)；和/或远紫外线或真空紫外线(200-10纳米；FUV或VUY);和/或超 紫外线(1-31纳米；EUV或XUV))和红外辐射(优选地O带1260-1360纳米； 和/或E带1360-101460纳米；和/或S带1460-1530纳米；和/或C带1530-1565 纳米；禾口/或L带1565-1625纳米；禾口/或U带1625-1675纳米)的其它电磁辐射 包括在光发射器/接收器内。两个光纤还在与光发射器或接收器相同的波长 下工作。优选地，第一和第二光纤是相同的。
优选地，传感器是小型自供电传感器，相关联的电子设备小并且具有
低能耗具有有限体积和有限电源的传感器允许最小的体积。例如，传感
器可以是MEMS型传感器。最优选地，传感器是根据电源自动给足的。例 如，传感器可以是甚至嵌入在光纤线内的光学传感器型的传感器；当光信 号发送给光学传感器时，由所述传感器反射的信号告知测量的物理参数。 例如，传感器是布拉格光栅传感器型的温度传感器和/或压力传感器。更优 选地。系统包括分布在第一光纤线上的多个传感器，所述多个传感器有利 地为布拉格光栅传感器型的传感器。主要优点在于不需要支撑传感器的复 杂或笨重的电子设备或电源。所有的电子设备和分析部件都在参考点处，信号从参考点发送到埋置式传感器，在参考点处接收的反射信号被分析并 且告知传感器附近的测量的物理参数。传感器可以测量温度、压力、pH 值、密度、电阻率、电导率、矿化度、二氧化碳浓度、沥青烯浓度。参考 点优选地在地面。
本发明的系统应用于作为投射物或塞的设备，但是可以实现其它实施
例。对于1310或1550纳米的光脉冲波长来说，巻线筒的直径在20毫米与50 毫米之间，并且优选地在30毫米与35毫米之间。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于测量井内的参数的 系统，所述系统包括第一设备，所述第一设备包括第一光纤线的第一
巻线筒，其中，第一光纤线的第一部分被巻绕，而第一光纤线的第二部分
在环形空间内松开；和至少第一传感器，所述第一传感器位于第二部分上， 并且能够测量环形空间的参数，其中，关于参数的信息可以通过第一光纤 线传输；第二设备，所述第二设备包括第二巻绕光纤线的第二巻线筒，第 二巻绕光纤线能够从第二巻线筒松开，第二光纤线的末端固定到参考点； 光发射器和接收器装置，所述光发射器和接收器装置连接到参考点，并且 能够生成和检测通过第二光纤线的光脉冲；和交换装置，所述交换装置在 第一光纤线与第二光纤线之间或第二光纤线与第一光纤线之间传输所述 光脉冲。
优选地，第一设备部署在例如套管鞋的衬管内。第一巻线筒则位于 接箍投放部(collarlaunching)内。此外，第一和/或第二设备可以部署在塞 或投射物内。
根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种用于测量井内的参数的
系统，井包括环形空间，所述系统包括包括第一光纤线的第一巻线筒和
至少第一传感器的设备，其中，第一光纤线的第一部分被巻绕，而第一光
纤线的第二部分在环形空间内松开，所述第一传感器位于第二部分上，并
且能够测量环形空间的参数，其中，关于参数的信息能够通过第一光纤线
传输；光发射器和接收器装置，所述光发射器和接收器装置连接到所述第
一光纤线，并且能够生成和检测通过第一光纤线的光脉冲；和通讯装置，
所述通讯装置在第一光纤线与地面之间传输所述光脉冲。
优选地，环形空间在地层与套管之间，然而，还可以使用两个衬管之间的环形空间。更优选地，通讯装置包括上述第二设备。
本发明还提供了一种用于测量井内的参数的方法，所述方法包括以下 步骤(i)松开位于第一设备上的第一巻绕光纤线的第一巻线筒；(ii)从参考 点松开位于第二设备上的第二巻绕光纤线的第二巻线筒；(iii)通过第二光
纤线从参考点发射或接收光脉冲；(iv)在第一光纤线与第二光纤线之间交 换所述光脉冲；以及(力利用所述光脉冲感测参数并且在第一光纤线上传输 所述参数。
所述方法与上述系统一起使用。优选地，交换步骤还通过使第一和第 二设备靠近实现。在第一实施例中，交换步骤通过互连第一和第二光纤线 实现。并且在第二实施例中，交换步骤通过以下步骤实现将来自一个光 纤线的光脉冲转换成电磁信号或声信号；在井内传输所述信号；以及再将 所述信号转换成第二光纤线内的光脉冲。
在又一个方面中，本发明还提供了一种用于通信井内的参数的方法， 所述方法包括以下步骤(i)松开位于第一设备上的第一巻绕光纤线的第一 巻线筒；(ii)从参考点松开位于第二设备上的第二巻绕光纤线的第二巻线 筒；(iii)通过第二光纤线从参考点发射或接收光脉冲；(iv)在第一光纤线与 第二光纤线之间交换所述光脉冲；以及(v)通过第一光纤线传输光脉冲；以 及(vi)以此方式在第一光纤线与第二光纤线之间通信参数。
所述方法与上述系统一起使用。优选地，交换步骤还通过使第一和第 二设备靠近实现。在第一实施例中，交换步骤通过互连第一和第二光纤线 实现。并且在第二实施例中，交换步骤通过以下步骤实现将来自一个光 纤线的光脉冲转换成电磁信号或声信号；在井内传输所述信号；以及再将 所述信号转换成第二光纤线内的光脉冲。
最后，在本发明的又一个方面中，本发明提供了一种用于通信井内的 参数的方法，井包括环形空间，所述方法包括以下步骤(i)在环形空间内 松开位于井底的第一设备上的第一巻绕光纤线的第一巻线筒；(ii)通过第一 光纤线发射或接收光脉冲；(iii)在来自第一设备的第一光纤线与地面之间 通信所述光脉冲。优选地，所述方法还包括利用所述光脉冲感测环形空间 内的参数，并且在第一光纤线上传输所述参数的步骤。


以下通过附图理解本发明的进一步实施例。
图1A示出了显示根据本发明的第一实施例中的系统的示意图； 图1B示出了显示根据本发明的第二实施例中的系统的示意图；以及
图2A-2D示出了显示用于第二实施例中的系统的、根据本发明的方法
的步骤的示意图。
具体实施例方式
图1是部署在地层6内的下套管井眼1内的第一实施例中的系统的视 图。井眼由具有引鞋8的套管2组成。引鞋8包括具有浮阀的连顶接箍8A。 套管形成套管2与地层6之间的环形空间。根据本发明的系统包括由这里被 实施为引鞋8的第一设备，所述第一设备包括第一巻绕光纤线ll的第一巻 线筒41。第一巻线筒41这里位于连顶接箍8A内。此外，第一光纤线ll能够 从第一巻线筒41松开。如图1A中所示，第一光纤11在环形空间9中直接松 开。然而，在其它实施例中，第一巻线筒41可以位于其它地方；第一光纤 11可以部署在套管2内，并且还可以通过引鞋8进入到环形空间9内。第一 设备还包括能够测量井的参数的至少第一传感器51。有利地，在环形空间 9内测量井的参数。这种参数可以是例如温度、压力、pH值、密度、电 阻率、电导率、矿化度、C02或沥青烯浓度或告知水泥凝固、井完整性、 或井产能类似其它参数。第一传感器51优选地位于第一光纤11的末端上或 者位于没有松开的第一光纤上。第一光纤11使得关于由第一传感器51测量 的参数的信息可以通过第一光纤传输，因此光纤线连接到传感器并且是通 信装置。
本发明的系统还包括在图1A中嵌入塞20内的第二设备。塞20被示出为 由于井筒流体而沿着套管2移动。巻绕在第二巻线筒40内的第二光纤线10 或光纤连接到塞的上部；实际上，第二巻线筒通过悬挂部5的与光纤的端 部相对应的单个点或通过第二巻线筒的一部分被连接或固定。第二巻线筒 还可以安装在套或筒内。重要的是当塞能够沿着井眼移动时，第二巻线筒 和塞相互依懒，但是光纤可以从第二巻线筒松开。在第二光纤的另一端上， 光纤连接或固定到第一位置4或参考点。如所理解的，第二光纤仅仅由于塞在第二位置4'的移动而从第二巻线筒松开，所述第二位置与动态点相对
应。第二光纤的上部10A与松开的(第一位置与第二位置之间)光纤相对应，
而第二光纤的下部10B与仍然在第二巻线筒内的巻绕光纤相对应。优选地，
第一位置4位于水泥头3内，所述水泥头是地面7上的固定点。从此第一位
置，第二光纤通过引线以以下方式连接到光发射器或接收器装置12:低压
侧连接到装置12，而高压侧连接到第二光纤线IO。光发射器装置能够生成
通过第二光纤线的光脉冲。光接收器装置能够检测通过第二光纤线的光脉 冲。
最后，本发明的系统包括在第一光纤线ii与第二光纤线io之间交换光
脉冲的装置61。所述装置可以是例如湿式耦合连接器系统的直接互连装 置，此外可以使用电线或无线系统类型的间接交换装置，且光信号被转换 成通过电线或井的元件(例如，套管)传输的电信号，或者当无线电频率通 过井筒流体或井的元件传输时，所述光信号被转换成声信号或电磁信号。 因此，装置61位于第一巻线筒41附近并且连接到第一光纤线11的末端，并 且还位于第二巻线筒40附近并连接到第二光纤线10的末端。
光纤湿式耦合连接器是提供两个光纤线之间的连接的湿式耦合连接 器系统。第一和第二设备每一个都包括连接器的一部分用于互连的销和 阴性部件。例如，光纤湿式耦合连接器可以是通过引用在此并入的美国专 利第US7004638号中所述类型的光纤湿式耦合连接器。此外，例如，当第 一和第二设备是塞时，用于连接的销和阴性部件的精确对准通过套管导向 确保。此外，为了岩屑防护，连接器具有在内安岩屑管理系统的特征，所 述管理系统装入在塞孔单元(面向上)的斜坡剖面和在塞孔对准套筒内的 大排放 孔。在耦合期间，进入塞孔的塞前端的活塞效应从连接器接 触面剖面喷射泥浆、砂和泥屑，从而在最终接合之前允许耦合连接器之间 的紧密配合。
无线电系统例如是驱动光源和两个光纤端部处的光电接收器的无线 电频率发射器/接收器。来自同一申请人并且通过引用在此并入的美国专利 申请第601882，358号中说明了这种类型的无线电频率发射器/接收器。
图1B是部署在地层6内的下套管井眼1内的第二实施例中的系统的视 图。根据本发明的系统包括这里被实施为塞21的第一设备，所述第一设备包括第一巻绕光纤线11的第一巻线筒41。第一巻线筒41在这里位于塞21的 底部处。此外，第一光纤线11能够从第一巻线筒41松开。如图1B中所示， 第一光纤11通过穿过引鞋并且直接在环形空间9松开。然而，在其它实施 例中，第一巻线筒41可以位于其它地方，例如，塞可以包括整个通过塞的
孔，第一巻线筒位于此孔的内。此外，在其它实施例中，第一光纤ll可以
部署在套管2内，并且还可以通过引鞋8进入到环形空间9内。本系统的另 一个特征与图1A中所公开的实施例相同。
其它优选的实施例与此一起公开，从而应用于图1A或图1B的实施例。 优选地，第二设备是来自同一申请人的欧洲专利申请第062908017号中所 公开类型的设备。因此，光发射器或接收器装置是光时域反射计(OTDR) 型光发射器和接收器装置。OTDR是可以分析光纤中的光损失的仪器。工 作原理在于将短的强激光脉冲注入到光纤内并且测量作为时间函数的光 的反向散射和反射。优选地，OTDR在1310纳米的波长下工作。
优选地，巻绕光纤线的第一巻线筒41或第二巻线筒40被形成为使得光 纤线圈确保光纤可以通过施加在光纤巻线筒上的最小张力而从巻线筒简 单地松开。线圈必须被认为是可以在低密度或高密度周围流体的情况下以 低速或高速操作松开。除了巻绕光纤和后一个线圈的方式之外，可以使用 固定或粘贴光纤线圈的另外的装置专用胶、光纤的物理或化学处理。此 外，光纤可以进一步被处理，使得所述光纤的在化学性质上耐久并且能够 经得起固体颗粒在地层内以高速流动一段时间(通常12小时)时的极大磨 损。为此，光纤可以被特殊处理或者可以封装在保护罩内。另外地，巻线 筒可以与支撑光纤的套或分配筒相关联。套或筒可以直接连接或固定到 塞。
传感器51例如为用于测量温度的布拉格光栅传感器型的光学传感器。 布拉格光栅传感器通过在光纤线的折射指数的额定值周围调制所述折射 指数来实现。所述布拉格光栅传感器用作用于由以下关系定义的布拉格波 长^的选择反射器XB=2."J;其中，"是光纤的折射指数，而」是指数调 制度的波长。作为温度的线性函数、测量布拉格波长人B的力是测量通常在1 摄氏度下的布拉格光栅温度的便利方法。这种技术的关键优点在于在光纤 端部处遥控执行测量，并且不涉及成本和较大的井下系统。这样，传感器51嵌入到在结构上被有意修改的光纤线的一部分内。此外，传感器51可以 由于其自然结构而嵌入光纤的一部分内。例如，与周围环境直接接触的光
纤线的端部可以用作传感器。光纤的几何结构是公知的，光学指数可以随 温度变化，并且在表示光纤端部的界面(光纤/周围环境的界面)处，光的反 向散射或反射将告知周围环境的温度。这将还应用于光纤线的其它部分， 并且可以测量沿着光纤的分布温度。此外，相应地可以测量其它参数。
可以使用其它类型的传感器。可使用自供动力的小型化传感器测量许 多其它物理参数。相关联的电子设备小并且具有低能耗具有有限体积和 有限动力的传感器允许最小的体积。例如，传感器可以是MEMS型传感器。 传感器还可以是根据电源进行自动供应，例如，光学传感器没有包括电 子设备、电源和分析装置的传统的并且昂贵的封装。例如，布拉格光栅传 感器还可以用于压力测量，并且可以实现测量温度和压力的布拉格光栅传 感器。
在另一个实施例中，多个光学传感器可以布置成网状或阵列结构，且 单个传感器使用分时多路转换器或频分多路转换而被多路传输，这些传感 器可以沿着第一光纤部署。即使当使用布拉格光栅传感器时，也没有必要
使用多路传输；多个布拉格光栅传感器串联地布置成网状物，且每一布拉 格光栅传感器具有其波长并且通过发射器/接收器询问。沿着光纤部署传感 器的目的可以提供环形空间内的测量值的分布图。此外，网状传感器可以 使井眼内的温度、压力、应变、或流动数据的空间分辨率增加。
优选地，第一设备包括启动第一光纤线的松开的致动系统(未示出)。 致动装置在图1A的实施例中可以是当塞(例如，塞20)与连顶接箍8A接触时 释放第一巻线筒的释放装置。同样，致动装置在图1B的实施例中可以是当 塞21与连顶接箍8A接触时释放第一巻线筒的、在塞21(所述塞具有孔，并 且第一巻线筒位于所述孔内)上破裂的安全隔膜。优选地，第一设备还包括 有助于第一光纤线的松开的分配系统(未示出)。分配装置可以可当流体流 过时以旋转的方式移动的轮旋转动作松开第一光纤线，而流体流动动作 确保第一光纤线沿着环形空间的实际纵线移动。
在其它实施例中，第一设备可以由第一巻线筒型的不同巻线筒(未示出) 组成，所述巻线筒均匀地位于图l的实施例中的连顶接箍周围，这样，巻线筒将能够在环形空间内在各个位置处松开，并且如果使用各种传感器， 则可以实现环形空间的三维测绘。
在另一个方面中，与此一起说明的系统在用于固井并且监测所述固井 过程的方法中使用。图2A-2D公开了根据本发明的方法的步骤。在第一步
骤(图2A)中，当准备配制水泥70时，第一塞21释放到套管2内。水泥70在 第一塞后面被泵送，从而使第一塞与隔离液90—起移动到井底。当第一塞 21移动到并底时，所述第一塞位于套管鞋8的连顶接箍8A上。连顶接箍包 括如上所述的第一巻线筒41和交换装置61，并且套管鞋被实施为第一设 备。来自第一塞上面的水泥的水压强制使得直到所述水压足以使第一塞内 的隔膜破裂(压力隔膜破裂)。此后，在图2B中，水泥70流动通过第一塞和 浮阀，并且向上进入到地层6与套管2之间的环形空间9内。在第二步骤中， 允许第一巻线筒41有利地由于致动系统(未示出)而松开。然后，第一光纤 线11与水泥70—起被向上拖到环形空间9内而被输送。通常，向上拖动力 足以允许将第一光纤线11良好地部署到环形空间9内，然而，有利地，可
以使用分配系统(例如，由于水泥流过而进行旋转的分配轮(未示出))以协助 松开，此外，可以在第一光纤线的端部处使用伞状物(umbrdla)。
在图2C中示出了本方法的第三步骤，其中，本发明的第二设备部署在 井内。在足够量的水泥己经放置到井眼内之后，第二塞20部署在套管2内。 第二塞包括如上所述的第二光纤线10的第二巻线筒40和交换装置61。当第 二塞20移动到井底时，第二光纤线10部署在套管内。在第二光纤的一端处， 第二光纤连接或固定到第一位置4、或参考点。如所理解的，第二光纤仅 仅由于第二塞在第二位置4'处的移动而从第二巻线筒松开，所述第二位置 与动态点相对应。第二光纤的上部10A与松开的(第一位置与第二位置之间) 光纤相对应，而第二光纤的下部10B与仍然在第二巻线筒内的巻绕光纤相 对应。相对于参考点的动态点或相对于第一位置的第二位置告知塞在井内 的位置或塞在井内的驱替速度。第一位置4位于水泥头3内，所述水泥头是 静态点。从此第一位置，第二光纤连接到光发射器或接收器装置12。同时， 第一光纤11由于水泥70的持续流动而从第一巻线筒松开。有利地，第一光 纤线11包括嵌入到第二光纤内的多个传感器51A、 51B、 51C…。传感器是 布拉格光栅传感器型的传感器。传感器沿着第二光纤发送，使得当线部署在环形空间内时，可以在所述环形空间内在各种深度和位置处控制参数。
在图2D中，示出了本方法的第四步骤，其中，第二塞20位于第一塞21
上。然后，将第一光纤线ll适当地部署在环形空间内达到预定深度，或甚
至如果需要达到地面7。在此结构中，第一设备和第二设备紧密靠近，以 允许交换装置61适当地工作。在第一实施例中，当第一和第二设备进行接 触时交换装置61将工作，需要互连交换装置61的两部分。在第二实施例中， 交换装置61是无线的，并且当交换装置61的两部分紧密靠近时，所述交换 装置工作。交换装置可以是由于来自光纤的光能而自供动力。有利地，在 交换装置内使用的电子设备是低功率消耗或极低功率消耗的；在这种情况 下，可以限制无线传输信息的距离。然而，优选地，当两部分分离小于l 米并且更优选地小于50厘米时交换装置61工作。有利地，交换装置是驱动
光源和光电接收器的RF发射器/接收器。此后，允许水泥固化。
传感器51A、 51B、 51C测量关于井中的参数的信息。例如，如图2D 中所示，传感器测量环形空间内的告知水泥70凝固的温度。信息通过光脉 冲从地面7读取所述光脉冲通过第二光纤10发送、通过交换装置61与第
一光纤ll交换，发送到传感器并且通过相同的通道发送回到地面(发射通过 第一光纤ll、通过交换装置61与第二光纤10交换，以及最后通过第二光纤 IO发送到地面)。在其它实施例中，第一光纤线可以到达地面7，或者所述 第一光纤线可以连接到数字遥测系统/协议(DTSIP)盒，使得我们可以具有 在水泥70内的完全闭环设备。在其它方面中，第二设备是来自同一申请人 的欧洲专利申请第062908017号中所公开的类型的设备，并且可以使用确 定第二塞的深度、位置速度的方法。
使用以上方法，我们可以确认第一和第二塞10都已经被部署并且已经 到达所述第一和第二塞的正确工作位置。此外，可以确定其它信息。首先， 可测量管内的压力和温度并由此测量塞深度的时间发展(time development);从而确认塞的发射和到达以及沿着管道的详细通过(仅第二 塞)。其次，也可以确定环形空间内的压力和温度，由此确定水泥在环形柱 内凝固的时间。等待注水泥的时间是在打井过程期间对非生产时间的主要 贡献因素。能够精确地确定水泥已经凝固的时间可以显著地减少此时间。 当凝固时浓度的增加伴随有由于当水泥与水化合时产生的放热反应而产生的温度增加。温度的变化(或假定在静态流体静压下温度的变化率)则可 以用于指示操作已经发生、水泥已经凝固、以及操作可以进行。第三，通 过连续监测，我们还可以能够经由分布温度的变化、或通过连接的声传感 器、或通过直接密度传感器检测是否流体从储层进入微环形空间内。甚至， 我们可以独立地(形成水泥胶结测井图)确证水泥是否处于良好胶结。
如果将被部署在环形空间内的第一光纤可能到达地面，还可以使用在 泥浆循环期间沿着套管泵送的额外的下塞部署所述第一光纤。此方法将允 许将光纤连接到DTSP箱，使得在起动固井作业本身之前可获得环形空间 内的温度和压力分布。
LO0431本发明已经对在注水泥作业的情况下使用的塞进行了说明， 其中，限定塞的位置和/或关于WOC的信息是重要的。根据本发明的设备 和本的其它应用包括将巻绕光纤的巻线筒连接到在井内移动的任何类型 的对象，例如射孔枪、可卸式封隔器或在井内移动的任何类型的工具，例 如，钻具、测井仪、随钻测井仪、随钻测量仪、试井仪器；由钻杆、测井 电缆、挠性管悬挂的任何类型的工具。根据本发明的设备和方法的其它应 用包括将第一位置固定在静态点或动态点中的任一个上，例如固定在海底 或井下作业内。
权利要求
1.一种用于测量井内的参数的系统，包括第一设备，所述第一设备包括卷绕的第一光纤线的第一卷线筒，所述第一光纤线能够从所述第一卷线筒松开；和至少第一传感器，所述第一传感器能够测量所述井内的所述参数，其中，关于所述参数的信息能够通过所述第一光纤线传输；第二设备，所述第二设备包括卷绕的第二光纤线的第二卷线筒，所述第二光纤线能够从所述第二卷线筒松开，所述第二光纤线的末端固定到参考点；光发射器或接收器装置，所述光发射器或接收器装置连接到所述参考点，并且能够生成或检测通过所述第二光纤线的光脉冲；和在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间交换所述光脉冲的装置。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第一传感器位于所述第一 光纤线上。
3. 根据权利要求l所述的系统，还包括分布在所述第一光纤线上的多 个传感器。
4. 根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述第一传感器或所述多 个传感器是布拉格光栅传感器。
5. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第二设备还包括至少第二 传感器。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二传感器位于所述第二 光纤线上。
7. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第二设备还包括分布在所 述第二光纤线上的多个传感器。
8. 根据权利要求5或7所述的系统，其中，所述第二传感器或所述多 个传感器是布拉格光栅传感器。
9. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述参考点位于所述井的地面处。
10. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述是参数是由以下参数构 成的列表中的任一个温度、压力、pH值、密度、电阻率、电导率、矿化 度、二氧化碳浓度、沥青烯浓度。
11. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述装置是无线遥测系统。
12. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述装置是光纤湿式耦合连 接器。
13. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第一设备还包括致动系 统，所述致动系统启动所述第一光纤线的松幵。
14. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述第一设备还包括分配系统，所述分配系统协助所述第一光纤线的松开。
15. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述系统包括光发射器和接收器装置，所述光发射器和接收器装置能够生成和检测所述光脉冲。
16. —种用于测量井内的参数的系统，包括 第一设备，所述第一设备包括第一光纤线的第一巻线筒，其中，所述第一光纤线的第一部分被 巻绕，而所述第一光纤线的第二部分在环形空间内松开；和至少第一传感器，所述第一传感器位于所述第二部分上，并且能 够测量所述环形空间的所述参数，其中，关于所述参数的信息能够通过所 述第一光纤线传输；第二设备，所述第二设备包括巻绕的第二光纤线的第二巻线筒，所述 第二光纤线能够从所述第二巻线筒松开，所述第二光纤线的末端固定到参 考点； '光发射器和接收器装置，所述光发射器和接收器装置连接到所述参考 点，并且能够生成和检测通过所述第二光纤线的光脉冲；和交换装置，所述交换装置在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间或 所述第二光纤线与所述第一光纤线之间传输所述光脉冲。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一设备嵌入在套管鞋内。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一巻线筒位于接箍投 放部内。
19. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一设备嵌入在第一塞内。
20. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述第二设备嵌入在第二塞内。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中，所述第二巻线筒位于所述第 二塞内的孔中。
22. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述参考点位于所述井的地 面处。
23. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述交换装置是RF发射器/ 接收器装置。
24. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述交换装置是光纤湿式耦 合连接器。
25. —种用于测量井内的参数的系统，所述井包括环形空间，所述系 统包括包括第一光纤线的第一巻线筒和至少第一传感器的设备，其中，所述 第一光纤线的第一部分被巻绕，而所述第一光纤线的第二部分在所述环形 空间内松开，所述第一传感器位于所述第二部分上，并且能够测量所述环 形空间的所述参数，其中，关于所述参数的信息能够通过所述第一光纤线 传输；光发射器和接收器装置，所述光发射器和接收器装置连接到所述第一 光纤线，并且能够生成和检测通过所述第一光纤线的光脉冲；和通讯装置，所述通讯装置在所述第一光纤线与地面之间传输所述光脉冲。
26. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述交换装置包括 第二设备，所述第二设备包括巻绕的第二光纤线的第二巻线筒，所述第二光纤线能够从所述第二巻线筒松开，所述第二光纤线的末端固定到地 面；另一个光发射器和接收器装置，所述另一个光发射器和接收器装置连 接到所述地面，并且能够生成和检测通过所述第二光纤线的所述光脉冲； 和交换装置，所述交换装置在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间或 所述第二光纤线与所述第一光纤线之间传输所述光脉冲。
27. —种用于测量井内的参数的方法，包括以下步骤(i) 松开位于第一设备上的巻绕的第一光纤线的第一巻线筒；(ii) 从参考点松开位于第二设备上的巻绕的第二光纤线的第二巻线筒；(iii) 通过所述第二光纤线从所述参考点发射或接收光脉冲；(iv) 在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间交换所述光脉冲；以及 (V)利用所述光脉冲感测所述参数并且在所述第一光纤线上传输所述参数。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述交换步骤还通过使所述第一设备和所述第二设备靠近来实现。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中，所述交换步骤通过互连所述 第一光纤线和所述第二光纤线来实现。
30. 根据权利要求28所述的方法，其中，所述交换步骤通过以下步骤 实现将来自一个光纤线的所述光脉冲转换成电磁信号或声信号； 在所述井内传输所述信号；以及再将所述电磁信号或声信号转换成所述第二光纤线内的所述光脉冲。
31. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述感测步骤通过利用所述 光脉冲感测所述第一光纤线上的所述参数来实现。
32. 根据权利要求27或31所述的方法，其中，感测的进一步步骤利用 各种参数和光脉冲来实现。
33. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述参考点位于地面。
34. —种用于通信井内的参数的方法，包括以下步骤-(i) 松开位于第一设备上的巻绕的第一光纤线的第一巻线筒；(ii) 从参考点松开位于第二设备上的巻绕的第二光纤线的第二巻线筒；(iii) 通过所述第二光纤线从所述参考点发射或接收光脉冲；(iv) 在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间交换所述光脉冲；以及(v) 通过所述第一光纤线传输所述光脉冲；以及(vi) 以此方式在所述第一光纤线与所述第二光纤线之间通信所述参数。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中，所述交换步骤还通过使所述 第一设备和所述第二设备靠近实现。
36. 根据权利要求35所述的方法，其中，所述交换步骤通过互连所述 第一光纤线和所述第二光纤线实现。
37. 根据权利要求35所述的方法，其中，所述交换步骤通过以下步骤 实现.-将来自一个光纤线的所述光脉冲转换成电磁信号或声信号； 在所述井内传输所述信号；以及再将所述电磁信号或声信号转换成所述第二光纤线内的所述光脉冲。
38. 根据权利要求34所述的方法，其中，所述参考点位于地面。
39. —种用于通信井内的参数的方法，所述井包括环形空间，所述方 法包括以下步骤(i) 在所述环形空间内松开位于井底的第一设备上的巻绕的第一光纤 线的第一巻线筒；(ii) 通过所述第一光纤线发射或接收光脉冲；(iii) 在来自所述第一设备的所述第一光纤线与地面之间通信所述光脉冲。
40. 根据权利要求39所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤 利用所述光脉冲感测所述环形空间内的参数，并且在所述第一光纤线上传输所述参数。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量井内的参数的系统，所述系统包括第一设备，所述第一设备包括第一卷绕光纤线(11)(或光纤)的第一卷线筒(41)，所述第一光纤线能够从第一卷线筒松开；和至少第一传感器(51)，所述第一传感器能够测量井内的所述参数，其中，关于所述参数的信息能够通过第一光纤线传输；第二设备，所述第二设备包括第二卷绕光纤线(10)的第二卷线筒(40)，所述第二光纤线能够从第二卷线筒松开，第二光纤线的末端固定到参考点(4)；光发射器或接收器装置(12)，所述光发射器或接收器装置连接到参考点，并且能够生成或检测通过第二光纤线的光脉冲；和在第一光纤线与第二光纤线之间交换所述光脉冲的装置(61)。
文档编号E21B47/00GK101675209SQ200880014775
公开日2010年3月17日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年5月4日
发明者佛朗科斯·奥泽雷斯, 多米尼克·麦卡恩, 多米尼桂·吉略特, 皮埃尔·维尼奥, 莱恩·库珀 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司