预防水平井管柱光缆射孔损伤的方法与流程

本发明涉及石油天然气井射孔作业技术领域，具体涉及一种预防水平井管柱光缆射孔损伤的方法。

背景技术：

在油田的开发过程中，需要知道井内流体的特性与状态的详细资料，光纤测井具有对电磁干扰不敏感、且能承受极端条件的优点；能在全生产周期内沿井筒进行连续测量，实现油气井的永久性监测，为生产者提供详细、全面、准确的井下生产数据。

在井下传感器和光纤的布置过程中，通常将光纤沿套管的长度方向固定，在套管的外壁沿轴向每间隔一段距离设有光纤固定装置，用于将光纤固定于套管的外壁，再将光纤随套管下放至井下。但长距离下放的套管会发生不规则扭曲，从而使光纤在井眼内的实际走向、位置与预设的情况不一致，在后续射孔时无法准确避开光纤位置作业，存在光纤被切断的风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种预防水平井管柱光缆射孔损伤的方法，能够获得管柱外光缆的分布区域信息并防止射孔作业时损坏光缆。

其技术方案如下：

一种预防水平井管柱光缆射孔损伤的方法，其关键在于按照以下步骤进行：

步骤一，布置管柱和光缆；

将外壁设有磁性标记座的管节沿同一方向依次连接以形成所述管柱，所述磁性标记座在所述管柱上等间距分布，将所述光缆沿着所述管柱的长度方向固定在所述磁性标记座上,将所述光缆与所述管柱同步下放至水平井内，所有所述磁性标记座的同名磁极朝向所述管柱的管心线；

步骤二，固井；

步骤三，检测并记录井下光缆走向信息；

将定位装置送入所述管柱内并沿其长度方向移动，检测并记录每个所述磁性标记座的位置信息，以每个所述磁性标记座的位置信息作为井下光缆的点分布信息，模拟得到所述光缆的走向信息；

步骤四，射孔；

下放射孔装置到所述管柱内，参照所述光缆的走向信息，避开所述光缆进行射孔作业。

采用以上方法，其优点于通过在管柱外设置磁性标记座，并利用定位装置检测定位磁性标记座，从而得到光缆走向分布的大概位置信息，可为射孔作业提供指导，避免射孔作业损坏光缆。

作为优选技术方案，上述定位装置包括水平设置的支撑套筒，该支撑套筒外壁设有行走机构，该支撑套筒内水平设有吊装轴，该吊装轴上活动套装有重力偏心组件，该重力偏心组件上设有寻标组件；

所述寻标组件包括低速电机，该低速电机的输出轴水平设置，该低速电机的输出轴固定连接有指向磁针，所述低速电机的输出轴与所述指向磁针相互垂直；

所述低速电机的输出轴上设有角度传感器，以所述指向磁针竖向设置作为基准位置，初始化所述角度传感器；

所述步骤三中，所述定位装置进入所述管柱后，所述低速电机持续转动，带动所述指向磁针连续旋转，当所述定位装置移动至靠近所述磁性标记座时，所述磁性标记座将所述指向磁针吸引使其停止转动，记录此时所述角度传感器的角度值，从而得到所述磁性标记座相对于基准位置的偏移角度。

采用以上设计，通过指向磁针和角度传感器的检测，对磁性标记座进行定位。

作为优选技术方案，所述步骤三中，所述定位装置在所述管柱内单向移动，依次检测并记录每个所述磁性标记座的位置信息。

采用以上方法，其优点在于得到整个管柱外的光缆分布图，能够为射孔作业提供指导。

作为优选技术方案，所述定位装置固定在所述射孔装置上，步骤三和四同步进行，将所述射孔装置下放至目标管段后，沿所述管柱长度方向前后移动所述射孔装置，同时使用所述定位装置检测该目标管段上的所述磁性标记座的位置，经数据处理得到该目标管段上的所述光缆走向信息，然后调整所述射孔装置的射孔朝向，再进行射孔作业。

采用以上方法，在射孔作业时能够实时检测目标管段上的光缆走向，提供作业指导。

作为优选技术方案，上述定位装置的重力偏心组件包括偏心配重板，该偏心配重板位于所述吊装轴下方，该偏心配重板上表面固定有两个吊耳，两个所述吊耳沿所述吊装轴的长度方向分布，两个所述吊耳分别通过轴承安装在所述吊装轴上；

所述低速电机的输出轴、所述支撑套筒和所述吊装轴同轴设置，所述低速电机设于所述偏心配重板的上表面，所述低速电机的输出轴伸出所述支撑套筒的端面，所述指向磁针位于所述支撑套筒外侧。

采用以上设计，其优点在于通过设置偏心配重板，使得重力偏心组件始终位于吊装轴的下方，从而能够保证角度传感器的基准角度不变，从而在检测到磁性标记座时，角度传感器可以确定磁性标记座所对应的角度值。

作为优选技术方案，上述行走机构包括至少三组滚动装置，所述滚动装置环向均匀排布在所述支撑套筒的外壁；

所述滚动装置包括两个支腿，两个所述支腿沿所述支撑套筒的筒心线方向分布，所述支腿沿所述支撑套筒的径向设置，在所述支撑套筒的外壁对应每个所述支腿分别设有支腿铰接座，所述支腿的内端与对应的所述支腿铰接座铰接，所述支腿的外端安装有滚轮；

同一组的两个所述支腿之间设有挂接板，该挂接板固定于所述支撑套筒的外壁，两个所述支腿上分别连接有弹簧，所述弹簧的一端挂接在对应的所述支腿上，所述弹簧的另一端挂接在所述挂接板上；

所述定位装置进入所述管柱内后，所有所述滚轮分别在所述管柱的内壁滚动。

采用以上设计，行走机构的滚轮能够自适应地与管柱内壁贴合，从而保证定位装置在管柱内稳定前进。

作为优选技术方案，同一组的两个所述支腿分别靠近所述支撑套筒的两端，其中靠近所述指向磁针的所述支腿为主动支腿，远离所述指向磁针的所述支腿为从动支腿；

在所述主动支腿的内端设有主动轴，所述主动支腿的内端通过轴承安装在对应的所述主动轴上，所述主动轴通过轴承安装在对应的所述支腿铰接座上，在所述主动轴上固套有主动皮带轮，所述滚轮固套在滚轮轴上，该滚轮轴通过轴承安装在对应的所述支腿的外端，在所述滚轮轴上固套有从动皮带轮，在所述主动皮带轮和对应的所述从动皮带轮上套设有同一个传动皮带；

任意环向相邻的两个所述主动轴之间连接有万向联轴器；

在任一所述主动轴上固套有传动蜗轮，在所述支撑套筒的外壁固定有行走电机，该行走电机的输出轴连接有驱动蜗杆，该驱动蜗杆与所述传动蜗轮啮合；

所述定位装置进入所述管柱后，所述行走电机工作以驱动所述定位装置沿着所述管柱的长度方向移动。

采用以上设计，通过行走电机可驱动定位装置自主行走，便于操作使用。

作为优选技术方案，在所述支撑套筒内固嵌有中心柱，该中心柱远离所述指向磁针，该中心柱背向所述指向磁针的端面上设有油管接头，所述吊装轴插设于所述中心柱上；

所述中心柱上沿所述支撑套筒的筒心线方向贯穿有插接孔，所述油管接头呈圆柱状，所述油管接头与所述中心柱同轴设置，所述插接孔贯穿所述油管接头，在所述油管接头背向所述指向磁针的一端设有沉头孔，该沉头孔围绕所述插接孔设置，该沉头孔的孔径大于所述插接孔的孔径；

所述吊装轴的一端朝向所述指向磁针，所述吊装轴的另一端端部设有锁定螺纹，所述吊装轴的螺纹端活动穿过所述插接孔并伸入所述沉头孔内，在所述吊装轴的螺纹端套设有锁定螺母，该锁定螺母位于所述沉头孔内；

在所述吊装轴的中部设有限位凸块，该限位凸块位于所述中心柱和所述指向磁针之间，该限位凸块抵靠所述中心柱的端面。

采用以上设计，使用油管下放和移动定位装置，提高人工干预和控能力。

作为优选技术方案，任意相邻的两段所述管节在接头处通过套管接箍相连，在该套管接箍上设有一个所述磁性标记座。

采用以上设计，便于安装磁性标记座，且磁性标记座之间的轴向间距大致相等，便于定位测量。

作为优选技术方案，上述磁性标记座包括管套，该管套套设在所述管柱上，该管套内包埋有永磁体，该永磁体对应的所述管套外壁连接有光缆卡；

所述光缆卡包括刚性的卡箍，该卡箍与所述管套相连，该卡箍内孔内设有缓冲垫圈，该缓冲垫圈的内孔形成光缆夹持孔，该光缆夹持孔内穿设有所述光缆。

采用以上设计，使用永磁体作为定位装置的检测目标，方便可靠；管柱发生变形时，光缆会发生扭转牵拉，设置缓冲垫圈起保护作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过设置磁性标记座，并使用定位装置对磁性标记座的位置进行测定，能够获得管柱外光缆的分布区域信息，防止射孔作业时损坏光缆，该施工方法能够避免不必要的损失。

附图说明

图1为实施例一的定位装置的结构示意图；

图2为定位装置在管柱内行走状态示意图；

图3为行走机构的示意图；

图4为图1的左视图；

图5为图4中z部的放大图；

图6为滚动装置的结构示意图；

图7为重力偏心组件的结构示意图；

图8为行走装置位于管柱内，指向磁针位于竖向状态的示意图，此时传感器角度为0°；

图9为指向磁针指向磁定位座的示意图，此时传感器角度为α；

图10为定位装置对管柱外侧的磁性标记座进行检测的示意图；

图11为磁性标记座的结构示意图；

图12为图11中m部的放大图；

图13为相邻的两个磁性标记座之间的光缆区夹角θ示意图；

图14为光缆区段的示意图；

图15为相邻的两个磁性标记座之间的射孔危险角θ’示意图；

图16为射孔危险区段的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1～7所示，一种水平井井下磁性标记物定位装置，包括水平设置的支撑套筒1a，该支撑套筒1a外壁设有行走机构2，该支撑套筒1a内水平设有吊装轴1b，该吊装轴1b上活动套装有重力偏心组件，该重力偏心组件上设有寻标组件3。所述寻标组件3包括低速电机31，该低速电机31的输出轴水平设置，该低速电机31的输出轴固定连接有指向磁针32，所述低速电机31的输出轴与所述指向磁针32相互垂直。

所述重力偏心组件包括偏心配重板1c，该偏心配重板1c位于所述吊装轴1b下方，该偏心配重板1c上表面固定有两个吊耳1d，两个所述吊耳1d沿所述吊装轴1b的长度方向分布，两个所述吊耳1d分别通过轴承安装在所述吊装轴1b上；

所述低速电机31的输出轴、所述支撑套筒1a和所述吊装轴1b同轴设置，所述低速电机31设于所述偏心配重板1c的上表面，所述低速电机31的输出轴伸出所述支撑套筒1a的端面，所述指向磁针32位于所述支撑套筒1a外侧。

所述低速电机31的输出轴上设有角度传感器33。

所述行走机构2包括至少三组滚动装置，所述滚动装置环向均匀排布在所述支撑套筒1a的外壁；

所述滚动装置包括两个支腿2a，两个所述支腿2a沿所述支撑套筒1a的筒心线方向分布，所述支腿2a沿所述支撑套筒1a的径向设置，在所述支撑套筒1a的外壁对应每个所述支腿2a分别设有支腿铰接座1e，所述支腿2a的内端与对应的所述支腿铰接座1e铰接，所述支腿2a的外端安装有滚轮2b。

同一组的两个所述支腿2a之间设有挂接板2c，该挂接板2c固定于所述支撑套筒1a的外壁，两个所述支腿2a上分别连接有弹簧2d，所述弹簧2d的一端挂接在对应的所述支腿2a上，所述弹簧2d的另一端挂接在所述挂接板2c上。

同一组的两个所述支腿2a分别靠近所述支撑套筒1a的两端，其中靠近所述指向磁针32的所述支腿2a为主动支腿，远离所述指向磁针32的所述支腿2a为从动支腿；

在所述主动支腿的内端设有主动轴2e，所述主动支腿的内端通过轴承安装在对应的所述主动轴2e上，所述主动轴2e通过轴承安装在对应的所述支腿铰接座1e上，在所述主动轴2e上固套有主动皮带轮2f，所述滚轮2b固套在滚轮轴2g上，该滚轮轴2g通过轴承安装在对应的所述支腿2a的外端，在所述滚轮轴2g上固套有从动皮带轮2h，在所述主动皮带轮2f和对应的所述从动皮带轮2h上套设有同一个传动皮带2j。

任意环向相邻的两个所述主动轴2e之间连接有万向联轴器2k；

在任一所述主动轴2e上固套有传动蜗轮2m，在所述支撑套筒1a的外壁固定有行走电机2n，该行走电机2n的输出轴连接有驱动蜗杆2p，该驱动蜗杆2p与所述传动蜗轮2m啮合。

在所述支撑套筒1a内固嵌有中心柱4a，该中心柱4a远离所述指向磁针32，该中心柱4a背向所述指向磁针32的端面上设有油管接头4b，所述吊装轴1b插设于所述中心柱4a上。

所述中心柱4a上沿所述支撑套筒1a的筒心线方向贯穿有插接孔，所述油管接头4b呈圆柱状，所述油管接头4b与所述中心柱4a同轴设置，所述插接孔贯穿所述油管接头4b，在所述油管接头4b背向所述指向磁针32的一端设有沉头孔，该沉头孔围绕所述插接孔设置，该沉头孔的孔径大于所述插接孔的孔径；

所述吊装轴1b的一端朝向所述指向磁针32，所述吊装轴1b的另一端端部设有锁定螺纹，所述吊装轴1b的螺纹端活动穿过所述插接孔并伸入所述沉头孔内，在所述吊装轴1b的螺纹端套设有锁定螺母4c，该锁定螺母4c位于所述沉头孔内；

在所述吊装轴1b的中部设有限位凸块4d，该限位凸块4d位于所述中心柱4a和所述指向磁针32之间，该限位凸块4d抵靠所述中心柱4a的端面。

所述低速电机31的输出轴上套设有支撑盘34，该支撑盘34固定于所述偏心配重板1c上，所述低速电机31的输出轴活动穿过所述支撑盘34。

所述定位装置d进入所述管柱a内后，所有所述滚轮2b分别在所述管柱a的内壁滚动。

图8和图9展示的是本定位装置使用时的示意，以指向磁针32竖向设置为基准位置，将本定位装置置于管柱内行进，管柱外壁设有磁性标记座b，磁性标记座b的n极径向朝内，重力偏心组件在重力作用下始终位于吊装轴1b下方，从而保证指向磁针32在行进过程中的基准位置始终保持竖向不变，低速电机31带动指向磁针32低速转动，在接近磁性标记座b时，磁性标记座b的n极吸引指向磁针32的s极，当磁性标记座b对指向磁针32的吸引力足够大时，指向磁针32停止转动并保持稳定，通过角度传感器33即可测定指向磁针32相对于基准位置的转动角度α，从而标记出磁性标记座b在管柱上的具体位置。

当沿光纤的长度方向设置多个磁性标记座b时，分别测定每个磁性标记座b的位置，即可得到光纤的大致走向，掌握管柱以及光纤的扭转情况，对后续的射孔作业提供参考，尽可能的避开光纤。

实施例二

一种预防水平井管柱光缆射孔损伤的方法，按照以下步骤进行：

步骤一，布置管柱a和光缆c；

将外壁设有磁性标记座b的管节a1沿同一方向依次连接以形成所述管柱a，所述磁性标记座b在所述管柱a上等间距分布，将所述光缆c沿着所述管柱a的长度方向固定在所述磁性标记座b上，将所述光缆c与所述管柱a同步下放至水平井内，所有所述磁性标记座b的同名磁极朝向所述管柱a的管心线；

步骤二，固井；

步骤三，检测并记录井下光缆走向信息；

如图1所示，将实施例一中的所述定位装置d送入所述管柱a内并沿其长度方向移动；

以所述指向磁针32竖向设置作为基准位置，初始化所述角度传感器33，此时所述角度传感器33记录的角度值为0度；

所述定位装置d进入所述管柱a后，所述低速电机31持续转动，带动所述指向磁针32连续旋转，当所述定位装置d移动至靠近所述磁性标记座b时，所述磁性标记座b将所述指向磁针32吸引使其停止转动，记录此时角度传感器33的角度值，从而得到所述磁性标记座b相对于基准位置的偏移角度；

所述定位装置d在所述管柱a内单向移动，依次检测并记录每个所述磁性标记座b的位置信息，模拟得到所述光缆c的走向信息；

步骤四，射孔；

下放射孔装置e到所述管柱a内，参照所述光缆c的走向信息，避开所述光缆c进行射孔作业。

在所述管柱a上均匀设置有多个磁性标记座b，其间距根据实际情况进行调整。间距越小时，得到的磁性标记座b位置信息越多，能够更准确地得到光缆3走向信息。

所述磁性标记座b包括管套b1，该管套b1套设在所述管柱a上，该管套b1内包埋有永磁体b2，该永磁体b2对应的所述管套b1外壁连接有光缆卡b3。所述光缆卡b3包括刚性的卡箍b31，该卡箍b31与所述管套b1相连，该卡箍b31内孔内设有缓冲垫圈b32，该缓冲垫圈b32的内孔形成光缆夹持孔，该光缆夹持孔内穿设有所述光缆c。

所述永磁体b2可使用磁瓦，便于与管柱a外壁贴合。

所述定位装置d进入所述管柱a后，有两种方式移动：所述行走电机2n工作以驱动所述定位装置d沿着所述管柱a的长度方向移动；也可将定位装置d通过所述油管接头4b连接在油管前端，使用油管下放和移动所述定位装置d，油管内可穿设电线、信号缆线。

实施例三

与实施例二的不同之处在于，步骤三中确定光缆走向分布图时，如图10，将相邻的a、b两个所述磁性标记座b投影到同一个管柱截面上，图中为将a投影到b所在的截面得到a’，a’与b二者之间夹设的圆心角记为光缆区夹角θ，将该光缆区夹角θ所对应的位于a和b之间的所述管柱面区域记为光缆区段f。

如图11，再根据所述磁性标记座b的位置信息得到连续分布的所述光缆区段f，将所有所述光缆区段f依次组合得到光缆区域图。

上述磁性标记座b设置的越密集，则检测后描绘出的光缆区域图越准确。

进一步地，为提高射孔安全性，如图12，将上述圆心角θ两边各增加15°作为射孔危险角θ’，该射孔危险角θ’所对应的位于a和b之间的所述管柱面区域记为射孔危险区段f’。圆心角θ两边各增加15°，该部分对应的管柱a的区域作为安全冗余。

如图13，再根据所述磁性标记座b的位置信息得到连续分布的所述射孔危险区段f’，将所有所述射孔危险区段f’依次组合得到射孔危险区域图。

实施例四

与实施例三的不同之处在于，所述定位装置d连接在所述射孔装置e上，步骤三和四同步进行，将所述射孔装置e下放至目标管段后，沿所述管柱a长度方向前后移动所述射孔装置e并同时使用定位装置d检测该目标管段上的所述磁性标记座b的位置，经数据处理得到该目标管段上的所述光缆区段f信息，然后调整所述射孔装置e的射孔朝向，再进行射孔作业。该作业方法可在作业时快速得到所述光缆区段f的信息，从而为射孔作业提供实时指导。

由于管节a1之间通过套管接箍a2连接，故可在每个套管接箍a2上设置一个所述磁性标记座b，便于确定磁性标记座b的位置。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。