定向敏感的光纤线缆井眼系统的制作方法
优先权要求
本申请要求于2018年1月8日递交的美国专利申请no.15/864,254的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及在井眼中使用的光纤线缆系统。
背景技术：
光纤线缆现在被用于井眼中的井下感测。例如，分布式声感测(das)系统和分布式温度感测(dts)系统分别使用光纤线缆来测量温度和检测井眼中的声频应变信号。
技术实现要素：
本公开涉及定向敏感的光纤线缆井眼系统。
在一个实施方式中，光纤线缆组件包括：细长的壳体；多个光纤线缆，被放置在壳体内部并且纵向延伸；以及隔声材料，被放置在壳体内部并且纵向延伸。隔声材料包括：从壳体的中心朝向壳体的周界延伸的多个向外径向延伸的臂。多个臂将壳体内部的空间划分成多个声隔离部分。每个声隔离部分纵向延伸。每个声隔离部分包括多个光纤线缆中的至少一个光纤线缆。每个声隔离部分与多个声隔离部分中的其余部分声隔离。每个声隔离部分的隔声材料的表面被声反射材料覆盖。
在附图和稍后的描述中阐述了本公开中所描述的主题的一个或多个实施方式的细节。通过说明书、附图和权利要求书，所述主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
图1示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的第一横截面的示意图。
图2示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的第二横截面的示意图。
图3示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的示例性物理尺寸的示意图。
图4a至图4c示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的具有两个声隔离部分的示例性定向敏感的光纤线缆组件的横截面的示意图。
图5示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的第三横截面的示意图。
图6示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的第四横截面的示意图。
图7示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的第五横截面的示意图。
图8示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的透视图的示意图。
图9示出根据一些实施方式的双芯光纤中的瞬逝电磁(em)耦合。
图10示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件的横截面的示意图。
图11示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式1的第一示例。
图12示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式1的第二示例。
图13示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式2的第一示例。
图14示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式2的第二示例。
图15示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式3的第一示例。
图16示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式3的第二示例。
图17示出根据一些实施方式的光纤陀螺仪的示意图。
图18示出根据一些实施方式的井眼中的用于隔离隔室流和管材流的定向敏感的光纤线缆组件的横截面的示意图。
图19示出根据一些实施方式的井眼中的用于隔离隔室流和管材流的定向敏感的光纤线缆组件的纵视图的示意图。
图20示出根据一些实施方式的井眼中的用于地震采集的定向敏感的光纤线缆组件的横截面的示意图。
图21示出根据一些实施方式的井眼中的用于地震采集的定向敏感的光纤线缆组件的纵视图的示意图。
图22示出根据一些实施方式的使用定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式来隔离隔室流和管材流的示例方法的流程图。
图23示出根据一些实施方式的使用定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式来隔离隔室流和管材流的示例方法的流程图。
具体实施方式
具有激光信号的光纤线缆可以被用于井下感测以沿着井眼收集数据。例如，分布式声感测(das)系统可以使用连接到激光盒的光纤线缆来检测井眼中的声频应变信号。激光盒中的激光源或激光发射器可以将短激光脉冲发送到光纤中。当激光脉冲的光朝向光纤的末端行进时，光与光纤内部的晶体分子相互作用，并且一部分光被散射回去，以被激光盒中的检测器或接收器检测到。可以分析检测到的光以确定影响光纤的声波的特性。
然而，光纤线缆本质上不能感测外力的方向，因为光纤受周围环境的影响而无法检测源的方向。例如，如果das的光纤线缆受到来自地震源的声波的影响，则das无法确定已记录的声音是来自上方(例如，直接来自地震源的信号)还是来自下方的反射点或来自侧方(例如，被下方的地球地下层反射的信号)。换言之，光纤受到来自各个方向的源的影响，并且对方向不敏感。
本公开描述了用于井下感测的定向敏感的光纤线缆系统。换言之，所描述的光纤线缆系统实现了定向敏感性，并且可以根据不同方向隔离外力(例如，声波)或者感测环境变化(例如，压力、应变-应力或温度变化)。
光纤线缆系统的第一实施方式基于声隔离。如稍后在图1至图8中所示，第一实施方式包括：包括隔声材料的第一光纤线缆组件，所述隔声材料将多个光纤线缆(或光纤)声隔离成不同的部分，每个部分面向一个方向(例如，东、南、西、北、上、下、左或右)。位于不同部分中的光纤线缆可以检测在各个部分中接收到的声波，从而可以隔离来自与这些部分相关联的不同方向的声波。为了提高声可检测性和定向灵敏度，每个部分还包括声反射表面，以放大在该部分中接收的声波。声反射表面还可以具有弯曲的形状，使得声波朝向该部分中的光纤线缆被反射。激光信号被发送给多个光纤线缆，并且可以基于已返回的激光信号来确定声音方向。
光纤线缆系统的第二实施方式基于瞬逝电磁(em)耦合。如稍后在图10至图16中所示，第二实施方式包括：第二光纤线缆组件，该第二光纤线缆组件包括信号光纤和围绕信号光纤放置的多个感测光纤。声反射镜或压力反射镜可以用于将多个感测光纤分隔成面向不同方向的不同部分。向感测光纤发射激光信号，其中每个感测光纤承载一种激光信号，并且每种激光信号具有与其他激光信号不同的频率。环境变化可以改变感测光纤的折射率、减小感测光纤和信号光纤之间的距离或两者。当感测光纤和信号光纤之间的距离小于阈值，并且感测光纤和信号光纤具有相似的折射率时，发生瞬逝耦合，其中信号能量从感测光纤传递给信号光纤。可以基于信号光纤中接收到的瞬逝耦合信号的信号频率和幅度以及感测光纤中的信号强度变化来确定环境变化或声波的方向、幅度或频率。
在一些实施方式中，可以将所描述的光纤线缆组件绑在管材(或套管)的外部，并利用管材将其下降到井眼中，例如，其中第一部分面向管材，第二部分背向管材。第一部分中的光纤可以感测由管材流(即，流过管材的流体)引起的声波或环境变化，并且来自第一部分的检测信号可以被用于确定管材流体的特性。类似地，第二部分中的光纤可以感测由隔室流体(即，流过地层和管材之间的环形区域的流体)引起的声波或环境变化，并且来自第二部分的检测信号可以被用于确定隔室流体的特性。在本公开中，流体是流动介质，其可以是单相流或多相流。
在一些实施方式中，如稍后在图17中所述，所描述的光纤线缆系统还包括：光纤陀螺仪，用于确定当管材在井下运行时发生的管材旋转的量。基于管材旋转的量，可以确定光纤线缆组件在井眼中的取向，还可以确定每个部分的方向。可以将光纤陀螺仪缠绕在管材上，并利用管材将其下降到井眼中。
在一些实施方式中，所描述的光纤线缆系统可以连接到一个或多个计算机或处理器，以处理从光纤线缆组件或光纤陀螺仪或两者接收到的信号。一个或多个计算机或处理器还可以包括：包括指令的计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)，该指令在被执行时使一个或多个计算机或处理器执行对来自本公开中所述的光纤线缆组件或光纤陀螺仪或两者的信号进行处理的操作。
总之，所描述的光纤线缆系统可以感测来自不同方向的环境变化。所描述的光纤线缆系统可以在各种情况下使用。例如，如先前描述的以及稍后在图18至图19中示出的，光纤线缆系统可以被用于将隔室流和管材流分开。该光纤线缆系统还可以被用于地震应用，以将下行的声波(例如，直接来自地表处的地震源的声波)和上行的声波(例如，被地球地下层反射的声波)分开，如稍后在图20至图21中所示。
定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式基于声隔离。
图1示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件100的第一横截面的示意图。示例性光纤线缆组件100包括：细长的壳体102；被放置在壳体102内部并沿壳体纵向延伸的多个光纤线缆(或光纤)104a-104h；以及被放置在壳体102内部并沿壳体纵向延伸的隔声材料106。隔声材料106被形成为包括从壳体102的中心朝向壳体102的周界延伸的多个向外径向延伸的臂110a-110d。多个臂可以将壳体102内部的空间划分(例如，均匀地或不均匀地划分)成多个声隔离部分(例如，四个部分114a-114d)。光纤线缆组件100可以具有n个声隔离部分，其中n是大于1的整数。每个声隔离部分纵向延伸，并且包括至少一个光纤线缆。由于臂将两个相邻的部分分隔开，所以每个声隔离部分与多个声隔离部分的其余部分声隔离。声隔离部分114a-114d可以具有声反射表面108a-108d。
例如，隔声材料106可以是图1中的填充竖直阴影线区域并且包括四个臂110a-110d的星形形状，以将壳体102内部的空间均匀地划分成四个部分114a-114d。每个部分可以具有两个光纤线缆(例如，用于测量温度的一个线缆和用于检测声波的一个线缆)。被放置在不同部分的光纤线缆相互隔离。例如，部分114a中的光纤线缆104a-104b与部分114b中的光纤线缆104c-104d隔离。在一些实施方式中，光纤线缆组件100的臂可以少于或多于四个，并且每个部分的光纤线缆可以少于或多于两个。
为了增强声定向灵敏度，声反射表面108a-108d可以使用硬(或高密度)声反射材料，使得声波可以被反射。例如，声反射表面108a-108d可以由聚醚醚酮(peek)或其他类型的材料制成。可以通过注射成型或与本公开一致的其他方法来制造声反射表面。为了进一步增强反射并提高信号定向灵敏度，声反射表面108a-108d可以具有可以将在每个部分中接收到的声波朝向该部分内的光纤线缆反射的形状，使得光纤线缆可以接收更多的声能。例如，声反射表面108a-108d可以具有弯曲的形状，例如，锥形或c形。
隔声材料106可以减少或防止在一个部分中接收到的声波穿透到另一部分中。当声波到达声反射表面108a-108d时，一部分波经历反射，一部分波经历穿过声反射表面108a-108d的透射。可以通过隔声材料106进一步减少穿过反射表面108a-108d的声波。隔声材料106可以是可以吸收声音的软材料。例如，隔声材料106可以是复合材料，例如，高密度聚乙烯(hdpe)与苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)的混合物或与本公开一致的其他类型的材料。声反射表面108a-108d和隔声材料106的材料可以是坚固且轻的，并且同时可以在例如高达120℃-150℃的温度下存在并且起作用而没有破裂或熔化。
在一些实施方式中，壳体102可以具有圆形横截面，并且可以由例如金属、复合材料(具有碳纤维或peek)或不影响声音从外部穿透到壳体102的内部的其他材料制成。壳体102可以是坚固且轻的，并且可以保护光纤线缆104a-104h免于损坏和劣化。在一些实施方式中，光纤线缆104a-104h可以是没有保护性线缆管的光纤。
光纤线缆组件100还可以在每个声隔离部分中包括凝胶以填充臂110a-110d之间的空隙，例如，填充图1中的水平阴影线区域。凝胶使光纤线缆104a-104h保持固定化，并保护光纤线缆104a-104h免受外力作用。凝胶可以是用于防止或减少可能的氢致变暗(hydrogendarkening)的疏水性凝胶或与本公开一致的其他类型的凝胶。在一些实施方式中，凝胶可以是可选的。
图2示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件200的第二横截面的示意图。除了光纤线缆组件200具有附加的隔离材料202a-202d之外，光纤线缆组件200与图1中的光纤线缆组件100基本相似(例如，相同)，这些隔离材料202a-202d对光纤线缆104a-104h进一步提供超出凝胶之外的保护。例如，如图2所示，附加的隔离材料202a-202d可以填充光纤线缆104a-104h周围的斜阴影线区域，而凝胶可以填充声隔离部分中的其余水平阴影线区域。
图3示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的定向敏感的光纤线缆组件300的示例性物理尺寸的示意图。例如，壳体102可以具有0.5英寸-1.5英寸的直径。隔声材料106的中心可以具有方形形状，其中每个边具有0.15英寸-1.0英寸的长度。臂110a-110d可以具有0.05英寸-0.25英寸的厚度。例如，由于声反射表面108a-108d可以具有弯曲的形状，所以臂110a-110d的朝向隔声材料的中心的部分可以具有0.05英寸的厚度，而臂110a-110d的朝向壳体102的部分可以更厚并且具有0.25英寸的厚度。这些尺寸仅是示例；其他尺寸是可能的，并且可以取决于针对其开发组件300的特定应用。
图4a至图4c示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的具有两个声隔离部分的示例性定向敏感的光纤线缆组件400a、400b和400c的横截面的示意图。光纤线缆组件400a、400b和400c可以在每个声隔离部分中具有三个光纤线缆。声反射表面402、404、406、408、410和412具有不同的弯曲形状，其中图4a中的声反射表面402和404弯曲最大，而图4c中的声反射表面410和412弯曲最小。在一些情况下，反射表面402和404可以比反射表面410和412朝向光纤反射更多的声波。
图5示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件500的第三横截面的示意图。光纤线缆组件500包括：壳体502；以及隔声材料506，将壳体502内部的空间划分成四个声隔离部分。每个部分具有一个光纤线缆。在一些实施方式中，每个部分可以具有一个以上的光纤线缆。四个光纤线缆504a-504d通过凹槽510a-510d凹入壳体502的内表面中。例如，光纤线缆504a-504d可以凹入在每个部分的壳体部分的中心处。在一些实施方式中，壳体502可以具有可以至少容纳凹槽510a-510d的厚度。四个声隔离部分的声反射表面508a-508d可以具有抛物面形状，例如，使得由入射声波512引起的反射声波514可以朝向光纤线缆504c集中，以增强信号定向灵敏度。当入射声波512撞击抛物面形状表面508c时，表面508c可以将声波514朝向光纤线缆504c位于的焦点反射。
图6示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件600的第四横截面的示意图。光纤线缆组件600包括：壳体602；以及隔声材料606，将壳体602内部的空间划分成四个声隔离部分。每个部分具有被定位在该部分的中心的一个光纤线缆和抛物面形状的声反射表面。例如，当声波610从抛物面形状表面608反射时，无论声波610在何处撞击抛物面形状表面608，声波610都以直线弹出至光纤线缆604位于的焦点。
图7示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件700的第五横截面的示意图。光纤线缆组件700包括：壳体702；以及隔声材料706，将壳体702内部的空间划分成四个声隔离部分。每个部分可以具有两个光纤线缆和用于将声波朝向光纤线缆集中的声透镜。例如，可以将两个光纤线缆704a-704b和声透镜708放置在声隔离部分714中。声透镜708可以被定位在与部分714相关联的壳体部分的内表面的中心处。当入射声波710通过透镜708时，已通过的声波712被定向到光纤线缆704a-704b所处的位置以增强信号定向灵敏度。
图8示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件800的透视图的示意图。光纤线缆组件800具有四个声隔离部分。每个部分具有两个光纤线缆，例如，一个用于测量温度(dts测量)，一个用于感测声波(das测量)。例如，光纤线缆802a-802d被用于声感测。在一些实施方式中，一个光纤线缆可以被用于dts和das测量两者。激光盒804可以连接到光纤线缆802a-802d。激光盒804可以包括发射器808(或激光源)和接收器810(或检测器)。激光盒804可以使用复用器(或开关)806来复用光纤线缆802a-802d。例如，复用器806可以将激光盒804按802a、802b、802c、802d、再回到802a的顺序连接到光纤线缆，依此类推。在一些实施方式中，发射器808可以将第一激光脉冲发送到第一光纤线缆中，等待接收器810接收已返回的激光脉冲，然后发送第二激光脉冲到第二光纤线缆中，依此类推。已返回的激光脉冲可能由于已发射的激光脉冲的反射和散射而产生。在一些实施方式中，发射器808可以将例如10,000个脉冲发送到第一光纤线缆中，等待接收器810接收已返回的激光脉冲，然后将另外的10,000个脉冲发送到第二光纤线缆中，依此类推。在一些实施方式中，激光盒804可以连接到一个或多个计算机或处理器，以使用一个或多个软件程序来配置在发射器808处的脉冲发射、或处理在接收器810处接收到的已返回的脉冲、或两者。如本领域普通技术人员将理解，激光盒804可以连接到图1至图7中的光纤线缆组件中的任何光纤线缆组件。
定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式基于瞬逝em耦合。
在一些实施方式中，瞬逝em耦合可以被用于定向灵敏度检测。图9示出根据一些实施方式的双芯光纤900中的瞬逝em耦合。双芯光纤900包括：第一纤芯902；第二纤芯904；以及包层906、908和910。纤芯902和904被包层906隔开的距离为d0。两个纤芯902和904都具有折射率n1，并且包层906、908和910具有折射率n2。
当两个纤芯902和904充分靠近(比稍后讨论的阈值更近)并且具有相似的折射率时，发生瞬逝em耦合。从光线的角度来看，在光纤中，纤芯-包层界面为全内反射设置了条件。如果激光信号或光束以等于或大于阈值角度的角度传播，则信号经历全内反射，并被限制为沿着光纤的纤芯传播。然而，由于电磁辐射的波性质，当信号被完全反射时，信号或波的某些部分延伸到包层中并以指数方式衰减或消散。该瞬逝信号或波的能量流平行于纤芯的表面，并且与纤芯内的主要能量流方向相同。
换言之，如果纤芯902和904足够靠近并且具有相似的折射率，则当激光信号被发射到一个纤芯(也被称为输入纤芯)中时，瞬逝耦合信号或波会出现在另一个纤芯(也被称为输出纤芯)中。也就是说，输入纤芯可以通过瞬逝耦合将信号能量传递给输出纤芯。例如，当将功率为p1(0)的激励信号发送给第一纤芯902时，如果折射率n1＝n2并且距离
其中，p1(z)和p2(z)分别表示第一纤芯902和第二纤芯904中的信号功率，并且p2(z)是响应于第一纤芯902中的激励信号的第二纤芯904中的瞬逝耦合信号的功率。瞬逝耦合还将第一纤芯902中的信号强度从p1(0)改变成p1(z)。另外，κ是取决于光纤的光学属性的因子，且γ被定义为
其中βi是第个纤芯中的传播常数，被定义为
其中λi是第i个纤芯中的信号的波长。例如，λ1是第一纤芯902中的激励信号的波长。
图10示出根据一些实施方式的用于定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的示例性定向敏感的光纤线缆组件1000的横截面的示意图。示例性光纤线缆组件1000包括细长的壳体1002、感测光纤1004a-1004d、以及信号光纤1006。感测光纤1004a-1004d和信号光纤1006被放置在壳体1002内部，并沿着壳体1002纵向延伸。壳体1002可以具有圆形横截面。信号光纤1006可以被放置在壳体1002的中心，而感测光纤1004a-1004d被放置在信号光纤1006周围。例如，感测光纤1004a-1004d可以等距离地布置在围绕信号光纤1006的圆上。尽管图10示出四个感测光纤，但是本领域普通技术人员将理解，光纤线缆组件1000可以包括n个感测光纤，其中n>1。
光纤线缆组件1000还可以包括：在感测光纤1004a-1004d周围的声反射镜1008a-1008d，用于将入射压力波或声波朝向感测光纤1004a-1004d集中。反射镜1008a-1008d可以具有抛物面形状、锥形形状或其他形状。反射镜1008a-1008d可以由致密的材料制成并且被布置为具有高阻抗，例如，具有比空气或周围环境的阻抗更高的阻抗。在一些情况下，反射镜1008a-1008d可以由超材料(metamaterial)制成并且被布置为声光子晶体。在一些情况下，反射镜1008a-1008d可以具有低的机械耦合指数(mechanicalcouplingindex)，使得反射镜1008a-1008d反射而不是吸收入射压力波或声波。反射镜1008a-1008d还可以具有低折射率(例如，接近空气或周围环境的折射率的折射率或接近1的折射率)，以避免对瞬逝电磁波的耦合的干扰。反射镜1008a-1008d可以将壳体1002内部的空间划分成隔离部分1010a-1010d，其中每个部分沿着壳体1002纵向延伸，并且每个部分包括感测光纤1004a-1004d中的一个。每个部分对应于一个方向。具有低折射率(例如，接近空气或周围环境的折射率的折射率或接近1的折射率)的高密度流体可以填充部分1010a-1010d以保持感测光纤1004a-1004d固定化。
感测光纤1004a-1004d(被表示为si,i＝1,..,4)是单模光纤，每个具有相应的折射率ni。感测光纤1004a-1004d可以被连接到一个或多个发射器，并且一个或多个发射器将激光信号发射给感测光纤1004a-1004d。每个感测光纤si承载不同波长λi的输入激光信号，即，λ1≠λ2≠λ3≠λ4。换言之，每个感测光纤承载不同频率的激光信号(请注意，频率和波长具有一对一映射)。输入激光信号可以是脉冲信号或连续信号。信号光纤1006(被表示为s0)是被设计为承载感测光纤1004a-1004d中的波长范围的激光信号的多模光纤。换言之，信号光纤1006可以承载波长为λ1、λ2、λ3或λ4中的一个或多个的激光信号。信号光纤1006具有折射率n0，其中n0可以是恒定的或分级的。信号光纤1006可以被连接到用于接收从感测光纤1004a-1004d中的输入信号耦合的瞬逝耦合信号的接收器。如先前所讨论的，响应于感测光纤si中的输入信号的信号光纤s0中的瞬逝耦合信号具有相同的波长λi。如果感测光纤1004a-1004d中的每一个引起信号光纤1006中的瞬逝耦合信号，则信号光纤1006可以输出波长为λ1、λ2、λ3和λ4的瞬逝耦合信号。在一些实施方式中，光纤线缆组件100可以被连接到激光盒804。
假设从感测光纤si(i＝1…n，n为感测光纤的总数)到信号光纤s0的距离为di，感测光纤si的折射率为ni，并且信号光纤s0的折射率为n0。距离di和感测光纤的折射率ni可以随着光纤线缆组件1000周围的环境的变化(例如温度、应变-应力或压力)而改变。例如，当压力波或声波撞击在光纤线缆组件1000上时，距离di可以改变，因为压力波或声波可以使感测光纤si偏移。在一些情况下，折射率ni可以由于温度改变而变化。当距离di和折射率ni的改变满足之前讨论的条件(即di≤1/βi，并且n0和ni具有相似的值)时，则感测光纤si可以将信号能量传递给信号光纤s0。
如稍后将详细讨论的，以下三种操作模式可以被用于将信号从感测光纤耦合到信号光纤：
(1)通过距离偏移进行瞬逝耦合：光纤线缆组件1000被设计为使得di>1/βi和n0＝n1＝…＝nn。当环境变化引起距离偏移使得di≤1/βi时，发生瞬逝耦合。
(2)通过折射率改变进行瞬逝耦合：光纤线缆组件1000被设计为使得di＝1/βi和ni≠n0。当环境变化引起折射率ni的改变使得ni和n0具有相似的值时，发生瞬逝耦合。
(3)通过距离偏移和折射率改变进行瞬逝耦合：光纤线缆组件1000被设计为使得di>1/βi和ni≠n0。当环境变化引起di≤1/βi以及n0和ni的值相似时，发生瞬逝耦合。
在操作模式2和3中，感测光纤的折射率通常小于信号光纤的折射率，即ni<n0。这可以通过精确地掺杂纤芯材料来实现。此外，感测光纤和信号光纤之间的共享包层的折射率明显小于感测光纤的折射率，即ncladding<min(n1,…nn)。
在一些实施方式中，通过分析信号光纤中的耦合的瞬逝信号的频率分量和幅度，可以确定环境扰动的取向和强度。在一些情况下，瞬逝耦合信号的幅度可以取决于耦合光纤之间的间隔距离。例如，更强的环境扰动可以使感测光纤更多地偏移，从而引起更小的间隔距离，导致更强的瞬逝耦合信号。另外，如前所述，每个感测光纤承载不同波长λi(或频率)的输入信号。例如，如果从信号光纤接收到的瞬逝耦合信号包括波长λ1和λ2，则确定环境扰动来自与感测光纤s1和s2相对应的方向。基于波长为λ1的瞬逝耦合信号的幅度，可以确定来自感测光纤s1的方向的环境扰动的强度。类似地，基于波长为λ2的瞬逝耦合信号的幅度，可以确定来自感测光纤s2的方向的环境扰动的强度。
在一些实施方式中，每个感测光纤还可以充当规则的分布式光纤传感器。因此，除了信号光纤被连接到用于接收瞬逝耦合信号的接收器之外，感测光纤也可以被连接到用于接收感测光纤中的反射信号的一个或多个接收器。通过分析感测光纤中的反射信号和信号光纤中的耦合的瞬逝信号，可以确定环境干扰或压力波/声波的方向、幅度和频率。例如，可以使用已知的分布式光纤技术来分析由于环境干扰而引起的感测光纤内的反射信号(例如，对感测光纤中的信号强度改变进行分析)。可以将结果进行关联，并且与信号光纤中的数据一起使用，以提高定向感测的准确性。
操作模式1：通过距离偏移进行瞬逝耦合
在操作模式1中，感测光纤si被定位在距离信号光纤s0的周界的测量距离di>1/βi处，其中通过感测光纤si中的输入信号的波长来确定βi，如公式(1)所示。假设信号光纤和感测光纤具有相同的折射率，即n0＝n1＝…＝nn，其中n是感测光纤的总数。信号光纤被锚定或固定到光纤束的中心，并且感测光纤沿着光纤束的径向方向被移位而不被锚定。结果，光纤线缆组件1000被设置为不稳定平衡的状态，使得任何环境扰动都可以使一个或多个感测光纤沿着径向方向移位。当且仅当di≤1/βi时，发生任意感测光纤si与信号光纤s0之间的瞬逝耦合。换言之，如果由环境扰动引起的位移δdi使得di-δdi≤1/βi，则信号可以从对应的感测光纤si耦合到信号光纤s0。
图11示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式1的第一示例1100。示例1100包括信号光纤1102以及两个感测光纤1104和1106(即，s1和s2)。向感测光纤1104和1106分别发射不同波长λ1和λ2的输入信号。两个感测光纤1104和1106最初分别被定位在距信号光纤的距离d1和d2处，其中d1>1/β1且d2>1/β2。在一些实施方式中，
图12示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式1的第二示例1200。与示例1100相同，示例1200包括信号光纤1102和两个感测光纤1104和1106。除了使感测光纤1106移动到更靠近信号光纤1102的入射扰动1108外，示例1200还包括使感测光纤1104移动到更靠近信号光纤1102的另一入射扰动1202。当感测光纤1104与信号光纤1102之间的间隔距离小于或等于间隔阈值1/β1，并且感测光纤1106与信号光纤1102之间的间隔距离小于或等于间隔阈值1/β2时，则发生瞬逝耦合，其中波长为λ1的信号的一部分从感测光纤1104被传递给信号光纤1102，并且波长为λ2的信号的一部分从感测光纤1106被传递给信号光纤1102。
操作模式2：通过折射率改变进行瞬逝耦合
在操作模式2中，感测光纤si被定位在距离信号光纤s0的周界的测量距离di＝1/βi处。感测光纤具有与信号光纤不同的折射率，即ni≠n0，并且通常ni<n0，对于i＝1,…n。信号光纤和感测光纤被锚定以防止任何径向位移。结果，光纤线缆组件1000被设置在稳定平衡的状态。当且仅当ni＝n0时，任意感测光纤si与信号光纤s0之间发生瞬逝耦合。当由于环境变化引起的折射率改变δni使得ni+δni＝n0时，则信号可以从对应的感测光纤si耦合到信号光纤s0。折射率改变δni可以由诸如温度、压力和应变等的任何环境因素引起。
图13示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式2的第一示例1300。示例1300包括信号光纤1302以及两个感测光纤1304和1306(即，s1和s2)。不同波长λ1和λ2的输入信号被分别发射到感测光纤1304和1306中。两个感测光纤1304和1306分别被定位在距信号光纤的距离d1和d2处，其中d1＝1/β1且d2＝1/β2。两个感测光纤1304和1306分别具有折射率n1和n2，其中n1≠n0且n2≠n0。入射扰动1308改变感测光纤1306的折射率，使得n2+δn2＝n0。结果，发生瞬逝耦合，并且波长为λ2的信号的一部分从感测光纤1306被传递给信号光纤1302。
图14示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式2的第二示例1400。与示例1300相同，示例1400包括信号光纤1302和两个感测光纤1304和1306。除了将感测光纤1306的折射率增加到n0的入射扰动1308之外，示例1400还包括将感测光纤1304的折射率增加到n0的另一入射扰动1402。结果，发生瞬逝耦合，其中，波长为λ1的信号的一部分从感测光纤1304被传递给信号光纤1302，并且波长为λ2的信号的一部分从感测光纤1306被传递给信号光纤1302。
操作模式3：通过折射率改变和位移进行瞬逝耦合
操作模式3是操作模式1和2的组合。感测光纤si被定位在距离信号光纤s0的周界的测量距离di>1/βi处。另外，感测光纤si的折射率被设置为使得ni≠n0。在操作模式3中，信号光纤被锚定到光纤束的中心，并且感测光纤可以沿光纤束的径向方向被移位而不被锚定。结果，光纤线缆组件1000被设置在不稳定平衡的状态下，使得任何扰动都可以使一个或多个感测光纤沿着径向方向移位，并且改变一个或多个感测光纤的折射率。当且仅当di≤1/βi且ni＝n0时，任意感测光纤si与信号光纤s0之间发生瞬逝耦合。如果满足这些条件，则信号能量可以从对应的感测光纤si被传递给信号光纤s0。
图15示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式3的第一示例1500。示例1500包括信号光纤1502以及两个感测光纤1504和1506。向感测光纤1504和1506分别发射不同波长λ1和λ2的输入信号。两个感测光纤1504和1506分别被定位在距信号光纤的距离d1和d2处，其中d1>1/β1且d2>1/β2。扰动1508使感测光纤1506移位，并且使感测光纤1506移动到更靠近信号光纤1502。此外，扰动1510将感测光纤1506的折射率改变为n0。当感测光纤1506与信号光纤1502之间的间隔距离小于或等于间隔阈值1/β2并且感测光纤1506的折射率变为n0时，则发生瞬逝耦合，并且波长为λ2的信号的一部分从感测光纤1506被传递给信号光纤1502。
图16示出根据一些实施方式的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式的定向敏感的光纤线缆组件的操作模式3的第二示例1600。与示例1500相同，示例1600包括信号光纤1502和两个感测光纤1504和1506。除了使感测光纤1506与信号光纤1502之间的距离减小为小于或等于1/β2的扰动1508和将感测光纤1506的折射率改变为n0的扰动1510之外，示例1600还包括将感测光纤1504与信号光纤1502之间的距离减小为小于或等于1/β1的扰动1602、以及将感测光纤1504的折射率改变为n0的扰动1604。结果，发生瞬逝耦合，其中，波长为λ1的信号的一部分从感测光纤1504被传递给信号光纤1502，并且波长为λ2的信号的一部分从感测光纤1506被传递给信号光纤1502。
如将在图18至图21中示出的，可以将图1至图7或图10中的定向敏感的光纤线缆组件绑在管材(或套管)的外部，并利用管材将其下降到井眼中。激光盒804可以在井眼的地表处。例如，可以使用夹具以将光纤线缆组件沿管材纵向绑为直线。在一些实施方式中，定向敏感的光纤线缆组件可以在一侧上用刻划线进行标记，该刻划线指示方向，例如，向上或向外的方向。在一些情况下，可以沿着隔离部分的壳体部分的中心在纵向上标记刻划线。标记的目的是确保相同的隔离部分沿管材朝向相同的方向，例如，从管材向外。在安装期间，可以将光纤线缆组件绑在管材外部，使刻划线相对于管材朝上或朝外，从而使一个隔离部分背向管材，而另一部分面向管材。
在将光纤线缆组件绑在管材外部之后，光纤线缆组件将与管材一起进入井眼，其中当进入井眼时，管材沿一个方向缓慢旋转。一旦管材沉降到井眼中，旋转就停止。为了了解光纤线缆组件在井眼中的取向，可以使用光纤陀螺仪来估计当管材进入井眼时发生的旋转量。例如，对于水平井眼，光纤线缆组件在井眼中的取向可以提供关于哪个隔离部分朝上面向地球表面(或在高侧)以及哪个隔离部分朝下背向地球表面(或在低侧)的信息。
图17示出根据一些实施方式的光纤陀螺仪1700的示意图。光纤陀螺仪1700可以被用于确定当管材在井下运行时发生的管材旋转的量。光纤陀螺仪1700包括：缠绕在管材1706的外表面上并且沿彼此相反的方向缠绕的两个光纤1702和1704(分别被示为虚线和实线)。光纤1702和1704可以被缠绕在管材1706的朝向井下的端部处，使得当管材1706从井眼的表面进入井下时可以估计出全部旋转。例如，光纤1702和1704可以绕着管材1706缠绕，并且与管材1706一起进入井眼。在一些实施方式中，光纤1702和1704可以例如绕着管材1706缠绕20匝-40匝。光纤1702和1704与用于定向灵敏度检测的光纤(例如，104a-104h、1004a-1004d和1006)不同。在一些实施方式中，两个光纤1702和1704可以位于一个光纤线缆中，其中两个光纤在一个保护性线缆管中。
光纤1702和1704可以连接到在井眼的地表处的激光盒1712。激光盒1712可以包括发射器(或激光源)1708和接收器(或检测器)1710。发射器1708可以连接到光纤1702的一端，而接收器1710可以连接到光纤1702的另一端。类似地，发射器1708可以连接到光纤1704的一端，而接收器1710可以连接到光纤1704的另一端。发射器1708可以将具有特定频率和波长的激光或信号发射到光纤1702和1704中。因为光纤1702和1704沿相反的方向缠绕，所以发射到光纤1702和1704的激光沿相反的方向绕着管材1706行进。接收器1710可以接收来自光纤1702和1704的已返回的激光，并且基于接收到的激光来确定管材旋转的量。在一些实施方式中，激光盒1712可以连接到一个或多个计算机或处理器，以使用一个或多个软件程序来配置在发射器1708处的脉冲发射、或处理在接收器1710处接收的已返回的激光以确定管材旋转、或两者。
光纤陀螺仪1700可以基于萨格纳克(sagnac)效应来估计管材旋转的角速度，并且还可以基于角速度来估计管材旋转的量。例如，发射器1708将第一激光发射到光纤1702中并将第二激光发射到光纤1704中，并且接收器1710接收已返回的第一激光和已返回的第二激光。第一激光和第二激光可以在基本上相似的时间(例如，同时)或不同的时间进行发射。基于接收到的激光，连接到接收器1710的计算机或处理器可以确定第一激光行进通过光纤1702的第一持续时间t1、以及第二激光行进通过光纤1704的第二持续时间t2。基于t1和t2之间的差δt，通过求解以下公式中的ω来确定管材旋转的角速度：
其中ω是管材旋转的角速度(例如，以弧度每秒为单位)，r是管材的半径，c是光速。在一些实施方式中，可以确定管材从表面进入井下的持续时间t，并且可以通过ω*t来确定管材旋转的量(例如，以弧度为单位)。可以基于管材旋转的量，例如，通过确定管材已完成的完整匝的数量和部分匝的角度，来确定定向敏感的光纤线缆组件的取向。
在一些实施方式中，图8中的激光盒804和图17中的激光盒1712可以是相同或不同的激光盒。在相同的激光盒的情况下，当管材正进入到井眼中时，激光盒可以首先连接到光纤陀螺仪1700以发射和接收激光信号。在管材已停止旋转并且沉降到井眼中之后，激光盒随后可以连接到图1至图7或图10中的光纤线缆组件。
定向敏感的光纤线缆组件可以被用于不同的应用，例如，确定地震声波的方向、分开隔室流和管材流、确定在隔室内流动的流体的类型、错流检测、以及其他情况和用例。
图18示出根据一些实施方式的用于隔离隔室流和管材流的井眼中的定向敏感的光纤线缆组件的横截面1800的示意图。横截面1800包括定向敏感的光纤线缆组件1802，其被绑在井眼1806中的管材1804的外部。光纤线缆组件1802可以是图1至图7或图10中的组件。流体1810(即，来自储层的流入物)，例如，油气流体，可以从地层(或储层)内表面1808流入隔室1812(即，地层内表面1808与管材1804之间的环形区域)和井眼1806中。在一些实施方式中，使用管材1804上的流入物控制设备(icd)或间隔控制阀(icv)，流体1810可以流入井眼1806中。
图19示出根据一些实施方式的用于隔离隔室流和管材流的井眼中的定向敏感的光纤线缆组件的纵视图1900的示意图。纵视图1900包括被绑在井眼1904中的管材1902外部的光纤线缆组件1906、以及地层内表面1908。光纤线缆组件1906可以是图1至图7或图10中的组件。井眼1904可以是水平或竖直井眼。诸如油气流体之类的流体1918(即来自储层的流入物)可以从地层(或储层)内表面1908流入隔室1916(即，地层内表面1908和管材1902之间的环形区域)，并通过管1902上的icd或icv1912进一步流入井眼1904中。隔室1916中的向下流动的流体(从井上流到井下)是隔室流1910，而在管材1902中(或在井眼1904中)向上流动的流体(从井下流到井上)是管材流1914。纵视图1900还包括封隔器1920。
光纤线缆组件1906可以被用于区分向下流动的隔室流1910和向上流动的管材流1914。例如，当将光纤线缆组件1906绑在管材1902外部时，基于在光纤线缆组件1906上所标记的刻划线，第一隔离部分可以面向管材1902，以感测由管材流动1914引起的声音或环境变化，并且第二隔离部分可以面向隔室1916(或背向管材1902)，以感测由隔室流1910引起的声音或环境变化。
例如，对于图1至图7中的定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式，当发射器808将激光脉冲发送到光纤线缆组件1906的光纤线缆中时，被连接到接收器810的计算机或处理器可以识别从第一声隔离部分和第二声隔离部分接收到的激光脉冲。基于从第一声隔离部分和第二声隔离部分接收到的激光脉冲，计算机或处理器可以确定隔室流1910和管材流1914的流速，并且进一步确定隔室流1910和管材流1914的流体密度和流体成分。在一些实施方式中，光纤陀螺仪被用于确定井眼中的每个声隔离部分的取向。
在一些实施方式中，计算机或处理器可以确定在第一声隔离部分和第二声隔离部分中沿着光纤线缆的涡流。涡流代表声压级的小的变化。根据涡流，可以生成波数-频率图。基于波数-频率图，计算机或处理器可以使用通过隔室流1910和管材流1914的声波所生成的多普勒频移效应来确定隔室流1910和管材流1914的流速(例如，隔室流1910的向下流动的流体的频率较大，而管材流1914的向上流动的流体的频率较小)。基于流速，可以估计隔室流1910和管材流1914的流体密度。基于流体密度，可以确定隔室流1910和管材流1914的流体成分。在一些实施方式中，使用阵列处理，可以估计隔室流1910和管材流1914的声速，而不仅仅是流速。基于声速，可以确定隔室流1910和管材流1914的流体成分，例如，气体的声速与油或水的声速不同。
对于图10中的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式，发射器808可以分别将不同波长λ1和λ2的激光信号发射到面向管材1902的第一部分和面向隔室1916的第二部分中的感测光纤。通过分析信号光纤中波长为λ1的瞬逝耦合信号的幅度、以及第一部分中的感测光纤中的信号强度变化，可以确定管材流1914的声压级。基于声压级，可以确定管材流1914的流速。类似地，可以确定信号光纤中的波长为λ2的瞬逝耦合信号的幅度、以及第二部分中的感测光纤中的信号强度变化、隔室流1910的流速。
图20示出根据一些实施方式的井眼中的用于地震采集的定向敏感的光纤线缆组件的横截面2000的示意图。横截面2000包括定向敏感的光纤线缆组件1802，其被绑在井眼1806中的管材1804的外部。井眼1806可以是水平井眼。流体1810，例如，油气流体，可以从地层(或储层)内表面1808流入到井眼1806中。光纤线缆组件1802可以被用于感测由来自在地球表面处的地震源的地震信号直接引起的下行的声音2002、以及由管材1804下方的地球地下层所反射的地震信号所引起的上行的声音2004。
图21示出根据一些实施方式的井眼中的用于地震采集的定向敏感的光纤线缆组件的纵视图2100的示意图。纵视图2100包括被绑在井眼1904中的管材1902外部的光纤线缆组件1906、以及地层内表面1908。
光纤线缆组件1906可以被用于对直接来自地球表面处的地震源的下行地震信号2102和由管材1902下方的地球地下层反射的上行地震信号2104进行隔离，并且实现四维地震采集。例如，光纤陀螺仪可以被用于确定光纤线缆组件1906的每个隔离部分在井眼中的取向。连接到光纤陀螺仪的计算机或处理器可以确定朝上面向地球表面的第一隔离部分和朝下背向地球表面的第二隔离部分。
对于图1至图7中的定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式，发射器808可以将激光脉冲发送到光纤线缆组件1906的光纤线缆中，并且连接到接收器810的计算机或处理器可以识别从第一隔离部分和第二隔离部分接收到的激光脉冲。基于从第一隔离部分和第二隔离部分接收到的激光脉冲，计算机或处理器可以表征例如下行地震信号2102和上行地震信号2104的声压级，并且进一步确定例如地球地下层中的流体成分。
对于图10中的定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式，发射器808可以分别向面向下行地震信号2102的第一部分和面向上行地震信号2104的第二部分中的感测光纤发射不同波长λ1和λ2的激光信号。通过分析信号光纤中的波长为λ1和λ2的瞬逝耦合信号的幅度、以及第一部分和第二部分中的感测光纤中的信号强度变化，可以确定下行地震信号2102和上行地震信号2104的声压级。
图22示出根据一些实施方式的用于使用定向敏感的光纤线缆系统的第一实施方式来隔离隔室流和管材流的示例方法2200的流程图。方法2200可以被用于图18至图19中所描述的流隔离。在框2202处，如图18图至图19所示，将图1至图7中的光纤线缆组件绑在管材外部。例如，光纤线缆组件被绑成使得一个声隔离部分背向管材以监测隔室流，而另一声隔离部分面向管材以监测管材流。如图17所示，光纤陀螺仪也被缠绕在管材的外表面上。光纤线缆组件和光纤陀螺仪与管材一起下降到井眼中。在框2204处，将光纤陀螺仪连接到激光盒1712。如图17中所述，基于已发射和已返回的激光脉冲，光纤陀螺仪确定管材在进入井下时发生的管材旋转的量，因此，当光纤线缆系统被沉降到井眼中时，确定光纤线缆系统的取向。
在框2206处，将光纤线缆组件连接到激光盒804。如图8中所述，发射器808向位于光纤线缆组件的声隔离部分中的光纤发射激光脉冲。在框2208处，接收器810从光纤线缆组件中的光纤接收已返回的激光脉冲。激光盒804和1712可以是相同的激光盒，其中当管材正进入井下时，单个激光盒可以首先连接到光纤陀螺仪。一旦管材沉降到井眼中，那么就将激光盒切换为连接到光纤线缆组件。在框2210处，如先前所讨论的，基于从面向管材的部分接收的激光脉冲，基于声压级来确定管材流的流速。类似地，基于从背向管材的部分接收的激光脉冲，确定隔室流的流速。
图23示出根据一些实施方式的用于使用定向敏感的光纤线缆系统的第二实施方式来隔离隔室流和管材流的示例方法2300的流程图。类似于方法2200，方法2300可以被用于图18至图19中所描述的流隔离。在框2302处，如图18至图19所示，将图10中的光纤线缆组件绑在管材的外部。例如，光纤线缆组件被绑成使得一个隔离部分背向管材以监测隔室流，而另一隔离部分面向管材以监测管材流。如图17所示，光纤陀螺仪也被缠绕在管材的外表面上。光纤线缆组件和光纤陀螺仪与管材一起下降到井眼中。在框2304处，将光纤陀螺仪连接到激光盒1712。如图17中所述，基于已发射和已返回的激光脉冲，光纤陀螺仪确定管材在进入井下时发生的管材旋转的量，因此，当光纤线缆系统沉降到井眼中时，确定光纤线缆系统的取向。
在框2306处，将光纤线缆组件连接到激光盒804。如图8中所述，发射器808向光纤线缆组件中的感测光纤发射不同波长的激光信号。例如，可以分别向面向管材和面向隔室的部分中的感测光纤发射波长为λ1和λ2的激光信号。在框2308处，接收器810从光纤线缆组件中的信号光纤接收瞬逝耦合信号。激光盒804和1712可以是相同的激光盒，其中当管材正进入井下时，单个激光盒可以首先连接到光纤陀螺仪。一旦管材沉降到井眼中，那么就将激光盒切换为连接到感测光纤和信号光纤。在框2310处，基于接收到的瞬逝耦合信号来确定管材流和隔室流的流速。例如，如之前所讨论的，基于波长为λ1的瞬逝耦合信号的幅度，基于声压级来确定管材流的流速。类似地，基于波长为λ2的瞬逝耦合信号的幅度，确定隔室流的流速。
所描述的主题的实施方式可以单独或组合地包括一个或多个特征。
例如，在第一实施方式中，一种光纤线缆组件，包括：细长的壳体；多个光纤线缆，被放置在壳体内部并且纵向延伸；以及隔声材料，被放置在壳体内部并且纵向延伸，隔声材料包括：从壳体的中心朝向壳体的周界延伸的多个向外径向延伸的臂，多个臂将壳体内部的空间划分成多个声隔离部分，每个声隔离部分纵向延伸，每个声隔离部分包括多个光纤线缆中的至少一个光纤线缆，每个声隔离部分与多个声隔离部分中的其余部分声隔离，并且每个声隔离部分的隔声材料的表面被声反射材料覆盖。
前述和其他所述实施方式能够各自可选地包括以下特征中的一个或多个：
第一特征，可与以下任意特征组合，还包括：在每个声隔离部分中的凝胶，其中，凝胶使该部分中的至少一个光纤线缆保持固定化。
第二特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中凝胶是疏水凝胶。
第三特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，多个臂的数量是两个或四个。
第四特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，多个臂将壳体内部的空间均匀地划分成多个声隔离部分。
第五特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中壳体具有圆形横截面。
第六特征，可与以上或以下的任意特征组合，还包括用于将光纤线缆组件固定在形成于地层中的井眼中的管材外部的带。
第七特征，可与以上或以下的任意特征组合，还包括：激光子组件，包括发射器和接收器，激光子组件被连接到多个光纤线缆，其中，发射器将激光脉冲发射到多个光纤线缆中，并且接收器从多个光纤线缆接收已返回的激光脉冲，其中，每个已返回的激光脉冲由相应的已发射的激光脉冲的反射和散射引起。
第八特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，激光器子组件位于井眼的表面处。
第九特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，激光子组件包括将多个光纤线缆连接到激光子组件的复用器。
第十特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，发射器通过以下操作复用多个光纤线缆：将预定数量的激光脉冲发送到多个光纤线缆中的第一线缆中；以及在接收器接收到已返回的激光脉冲之后，将预定数量的脉冲发送到多个光纤线缆中的第二线缆中。
第十一特征，可与以上或以下的任意特征组合，还包括：光纤陀螺仪，包括被缠绕在管材的外表面上的第一光纤和第二光纤，第一光纤和第二光纤沿彼此相反的方向缠绕，其中，第一光纤和第二光纤与多个光纤线缆不同，其中，发射器连接到第一光纤的第一端且接收器连接到第一光纤的第二端，并且发射器连接到第二光纤的第一端且接收器连接到第二光纤的第二端，以及其中，光纤陀螺仪被用于确定当管材正进入井眼时发生的管材的旋转的角速度。
第十二特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，在管材进入井眼期间：发射器将第一激光脉冲发射到第一光纤中并且将第二激光脉冲发射到第二光纤中，其中，第一激光脉冲和第二激光脉冲沿相反的方向绕着管材行进；接收器接收第一激光脉冲和第二激光脉冲；以及光纤陀螺仪：确定第一激光脉冲行进通过第一光纤的第一时间和第二激光脉冲行进通过第二光纤的第二时间；基于第一时间与第二时间之间的差来确定旋转的角速度；以及基于所确定的角速度来确定光纤线缆组件的取向。
第十三特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，井眼是水平井眼。
在第二实施方式中，一种方法，包括：向光纤线缆组件发射激光脉冲，其中，光纤线缆组件包括：纵向延伸的细长的壳体；多个光纤线缆，被放置在壳体内部并且纵向延伸的；隔声材料，被放置在壳体内部并且纵向延伸，隔声材料包括：从壳体的中心朝向壳体的周界延伸的多个向外径向延伸的臂，多个臂将壳体内部的空间划分成多个声隔离部分，每个声隔离部分纵向延伸，每个声隔离部分包括多个光纤线缆中的至少一个光纤线缆，每个声隔离部分与多个声隔离部分中的其余部分声隔离，并且每个声隔离部分的隔声材料的表面被声反射材料覆盖；其中，向光纤线缆组件发射激光脉冲包括：向多个光纤线缆发射激光脉冲，以及其中，光纤线缆组件被绑在形成于地层中的井眼中的管材的外部；从光纤线缆组件的多个光纤线缆接收已返回的激光脉冲，其中，每个已返回的激光脉冲由相应的已发射的激光脉冲的反射和散射引起；以及基于已发射的激光脉冲和已返回的激光脉冲，确定流过管材的第一流动介质和流过地层与管材之间的环形区域的第二流动介质的流速。
前述和其他所述实施方式能够各自可选地包括以下特征中的一个或多个：
第一特征，可与以下任意特征组合，其中，井眼是水平井眼。
第二特征，可与以上或以下的任意特征组合，还包括：基于已发射的激光脉冲和已返回的激光脉冲来确定第一流动介质和第二流动介质的声压级；以及基于声压级确定流速。
第三特征，可与以上或以下的任意特征组合，其中，向多个光纤线缆发射激光脉冲包括：复用多个光纤线缆，其中，复用多个光纤线缆包括：将预定数量的激光脉冲发送到多个光纤线缆中的第一线缆中；以及在接收器接收到已返回的激光脉冲之后，将预定数量的脉冲发送到多个光纤线缆中的第二线缆中。
第四特征，可与以上或以下的任意特征组合，还包括：使用光纤陀螺仪确定光纤线缆组件在井眼中的取向，其中，光纤陀螺仪包括被缠绕在管材的外表面上的第一光纤和第二光纤，第一光纤和第二光纤沿彼此相反的方向缠绕，并且第一光纤和第二光纤与多个光纤线缆不同，以及其中，使用光纤陀螺仪确定光纤线缆组件的取向包括：将第一激光脉冲发射到第一光纤中并且将第二激光脉冲发射到第二光纤中，其中，第一激光脉冲和第二激光脉冲沿相反的方向绕着管材行进；接收第一激光脉冲和第二激光脉冲；确定第一激光脉冲行进通过第一光纤的第一时间和第二激光脉冲行进通过第二光纤的第二时间；基于第一时间与第二时间之间的差，确定当管材正进入井眼时发生的管材的旋转的角速度；以及基于所确定的角速度确定光纤线缆组件的取向。
在第三实施方式中，一种方法，包括：向光纤线缆组件发射激光脉冲，其中，光纤线缆组件包括：纵向延伸的壳体；多个光纤线缆，被放置在壳体内部并且纵向延伸；隔声材料，被放置在壳体内部并且纵向延伸，隔声材料包括：从壳体的中心朝向壳体的周界延伸的多个向外径向延伸的臂，多个臂将壳体内部的空间划分成多个声隔离部分，每个声隔离部分纵向延伸，每个声隔离部分包括多个光纤线缆中的至少一个光纤线缆，每个声隔离部分与多个声隔离部分中的其余部分声隔离，并且每个声隔离部分的隔声材料的表面被声反射材料覆盖；其中，向光纤线缆组件发射激光脉冲包括：向多个光纤线缆发射激光脉冲，以及其中，光纤线缆组件被绑在形成于地层中的井眼中的管材的外部；从光纤线缆组件的多个光纤线缆接收已返回的激光脉冲，其中，每个已返回的激光脉冲由相应的已发射的激光脉冲的反射和散射引起；确定面向下行地震信号的第一声隔离部分；确定面向上行地震信号的第二声隔离部分；识别来自第一声隔离部分中和第二声隔离部分中的光纤线缆的相应的已返回的激光脉冲；以及基于所识别的相应的已返回的激光脉冲，确定下行信号和上行信号的特性。
因此，已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在所附权利要求的范围之内。
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