用于井下对象的设备、系统和方法以及井或钻井结构与流程

本发明提供用于确定井下对象(downholeobject)(具体地例如为诸如被定位于生产管件的外表面上且由夹具保持的光纤线缆这样的对象)的方位和/或位置的方法和系统。特定实施方式提供一种能够确定自己方位并将所确定的方位传回到地面的、与光纤共置的装置。
背景技术：
：为了检测井下声信号，通常且有效使用分布式声感测(das：distributedacousticsensing)。该方法采用光纤线缆来提供分布式声感测，借此，光纤线缆充当一串离散声传感器，并且光电装置测量并处理返回信号。接着描述这种装置的操作。发送光脉冲到光纤中，并且少量光依据瑞利(rayleigh)、布里渊(brillouin)以及拉曼(raman)散射机理沿着光纤的长度被自然地背向散射。被散射的光被光纤捕获，并朝向针对时间测量返回信号的源运回被散射的光，这允许确定被散射光的振幅、频率以及相位上的测量结果。如果声波在线缆上入射，则使得光纤的玻璃结构在振动声场内伸缩，因此改变从沿着光纤的不同位置散射的背向散射和/或反射光之间的光路径长度。为了测量沿着结构的所有点处的声和/或振动场，可以处理返回信号。在已知分布式声感测(das)系统中，使用标准光纤线缆来以从1米至10米范围内的间隔，从沿着光纤的整个长度获得测量简档。关于合适das系统(诸如可从英国埃尔斯特里的领英(silixa)有限公司获得的idastm)的操作的另外细节在wo2010/0136809中给出。诸如这些的系统能够以多达100khz的频率数字地记录沿着光纤的每一个间隔位置处的声场。因为已知声传感器的位置(已知光纤设置)，由此可以借助于到达时间计算来识别任意声信号的位置。das系统在油气行业找到许多应用，并且另外，可以连接到das系统的光纤通常安装在井身内，通常作为与夹紧到其外部的井身平行延伸的金属线缆。在典型的油或气井中，一旦已经钻出井身且安装了套管，则水泥用于填充套管之外的井身。然而，作为井的“完井”过程的一部分，在含烃区域内对套管和水泥进行钻井，以允许烃流入套管中，以便采掘。穿孔(perforation)通常由穿孔枪来执行，该穿孔枪通常为圆柱形金属管，圆柱形金属管设置有围绕其周边设置的聚能炸药包(shapedexplosivecharges)。穿孔枪借助套管下降到预期生产区域，并且在意图是，爆炸穿过井的套筒和水泥且到周围岩层中的孔的情况下，使聚能炸药包爆炸，以允许烃然后流过所产生的通道到套筒中，以便采掘。类似地，在要将压裂液泵入井中以压裂岩层的情况下，所产生的孔为压裂液离开井到周围岩石中提供路线。图11例示了使用穿孔枪来产生在井身套筒和水泥中，且到周围岩层中的穿孔。穿孔枪10包括金属柱，该金属柱设置有围绕其外表面设置的聚能炸药包。例如，聚能炸药包可以围绕枪的外周边每120度成行设置。枪为了控制目的设置有到地面的通信线路12，以允许在命令下使炸药包爆炸。在使用中，如上面所注释的，枪被下降到预期的生成区域，并且使聚能炸药包爆炸，以爆炸穿过套管和水泥(如图11(b)所示)，以在周围岩层中产生生产通道，油或气可以流过搞通道进入井身(如图11(c)所示)。使用穿孔枪的一个问题是试图防止聚能炸药包破坏可以沿着套管外部的井身延伸的任意控制或感测线缆或其他线路。例如，为了感测目的和/或为了控制井下工具，通常沿着井身内的套管的外表面安装光纤。在使用穿孔枪时，必须注意聚能炸药包不指向外部线缆或其他线路，使得爆炸时的药包将与这种线路隔绝。因为穿孔作为完井(wellcompletion)的一部分来执行，到那时，光纤通常已经被水泥粘接到井身中，因此维修可能非常昂贵甚至不可能。为了试图防止这种损坏产生，传统上光纤和其他信令线路被定位在两个金属棒或线缆之间，并且在穿孔枪上设置磁强计，以试图检测金属棒。即，在磁强计用于检测光纤或其他线缆侧的金属棒的位置时在套管内改变穿孔枪的旋转方位。一旦已经检测到金属棒，则可以控制穿孔枪的方位，以确保聚能炸药包远离金属棒的区域，且因此远离要保护的线缆或其他线路指向。上述布置的一个问题是成本，因为通常需要金属棒沿着井身的较大长度延伸，因此增大井的材料和生产成本。另外，使用磁强计检测棒不特别准确，特别是在干扰磁强计的操作的磁异常可能发生的一些岩层中或一些区域中。而且，套管或其他井下设备的存在可能干扰磁强计的适当操作，这意味着在套管内旋转定向穿孔枪以确保传感器和控制线和/或其他线缆将不被穿孔枪的使用损坏不可能是可靠的。另外，棒还形成向上到套管外部的潜在泄露路径。为了解决该问题，wo2013/030555描述了用于确定井下对象的相对方位特别是确定穿孔器方位的方法和设备。图12中所例示的方法涉及改变对象(诸如井身中的穿孔枪(302))的方位，并且启动至少一个方向声源(402a-c)。各个方向声源(directionalacousticsource)在预定位置中固定到对象，并且优选地沿已知方向传输声信号。启动方向声源，以便在所述对象的多个不同方位中产生声音。设置在井身下的光纤(104)被询问(interrogated)为在对象附近提供分布式声感测，并且分析光纤所检测的声信号，以便比如通过观看不同方位中的相对强度来确定至少一个方向声源相对于光纤的方位。文献中描述了布置的操作的另外细节，此处以引证的方式将理解本发明必需的任意细节和全部细节并入。因此，虽然wo2013/030555中的布置应明显地克服现有技术磁强计布置的成本和不准确性，但该布置依赖于das系统检测方向声源的操作，方向声源被描述为传统扬声器，传统扬声器被布置为向前投射声音，且被定位在吸收沿其他方向发射的声音的套管中。传统扬声器通常在可听频带(例如，在20hz至20khz的范围内)内操作，并且现有技术的典型das通常能够以良好空间分辨率在这些频率下检测声音。然而，传统扬声器的方向性不高，即使被设置在另外的绝缘套管中，并且+/-50°至60°的-3db方向性弧可能常见。图12已经被注释为示出了典型示例(用于三个扬声器的方向性弧)。如图所示，这种方向性通常意指即使扬声器远离光纤指向，光纤仍然可以从扬声器拾取大信号。进一步允许套管内的回声和其他多路径效果，并且这种系统的可靠性开始劣化。基本地，如现有技术所述的使用传统扬声器未给出被发射为可靠确定穿孔枪的方位的声音的足够高的方向性。技术实现要素：本发明的实施方式提供一种旨在与光纤共置的井下装置，该光纤的位置例如通过被一起固定在同一夹具中来找到。该装置具有能够确定其相对于重力的定位方位的加速计或其他合适的方位确定装置。提供了将定位方位信息作为适当编码且调制的声信号输出的振动器或其他探测器。设置在井下装置附近的光纤分布式声传感器检测声信号，并将其传回到地面，在地面上，解调并解码声信号，以获得定位方位信息。假定装置与光纤共置，则然后可以推断光纤的位置。如上面说明的，检测光纤位置在穿孔操作期间是重要的，使得不无心损坏光纤。其他实施方式还提供了，具有设置在待感测环境中的远程感测装置的更一般概念，该远程感测装置用适当传感器来感测当地情况和/或刺激，然后产生对所感测的当地情况和/或刺激进行编码的经调制的振动声信号。然后光纤分布式声传感器系统的光纤检测振动声信号，光纤被设置到要感测的环境中。光纤上的入射振动声信号转而调制沿着光纤传播回的背向散射和/或反射光信号，然后在光纤连接到的das处理盒处检测背向散射和/或反射光信号，以允许感测振动声信号。随后所感测的振动声信号的解调和解码允许然后重新获得当地情况和/或刺激信息。这样，das系统及其光感测光纤被用作用于来自远程装置的传感器信息的返回通信通道。从一个方面，提供了一种设备，该设备包括：i)方位检测器，该方位检测器被布置为检测所述设备的方位；和ii)振动或声源，该振动或声源被布置为根据所述设备的所检测的方位产生振动或声信号，所产生的振动或声信号表示所检测的方位。凭借这种布置，提供了一种可以在井下用于确定井下元件(诸如将光纤扣紧到生产管件的夹具)的方位的设备。在一个实施方式中，方位检测器是基于磁编码器的相对方位传感器(relativebearingsensor)，在被离开垂直平面放置时偏心锤对重力敏感。在一些实施方式中，相对方位传感器检测设备相对于重力方向的方位。在另一个实施方式中，方位检测器优选地是检测设备相对于重力的三轴加速计。在另外的实施方式中，方位检测器包括：一个或更多个偏置的可旋转安装的磁块；和被布置为检测偏置磁块的旋转方位的磁检测器。这种布置具有在鲁棒性和被保证的操作方面的优点。在又一个实施方式中，方位检测器可以是相对方位传感器。在一个实施方式中，振动或声源被布置为生成对关于所检测方位的信息进行编码的经调制的振动或声信号。这样，可以从井下装置振动声地传输信息。在一个特定实施方式中，振动或声信号被频率调制，借此对关于所检测方位的信息进行编码。在该方面中，das检测器更容易区别频率调制的信号。在一个实施方式中，频率调制包括：选择对应于各预定方位的预定调制频率中的一个预定调制频率或一组。具体地，一组预定调制频率可以被选择为，使得该组预定调制频率中没有成员是该组预定调制频率中的任意其他成员的谐波频率。这样，建立频率与信息的准确通信之间的区分。在一个实施方式中，振动或声源是脉冲源，该脉冲源以对应于相应一个或更多个所检测的方位的一个或更多个频率来生成振动或声脉冲。再次，das较容易检测并区分这种信号。在一些这种实施方式中，脉冲源为机电轻敲器，诸如例如，螺线管驱动装置或压电驱动装置。因此，可以生成das容易检测的可控频率的轻敲信号。在一个实施方式中，设备设置有密封壳，在该密封壳内包含方位检测器和振动和/或声源。这种布置有助于使设备免受井下遇见的环境条件的损害。在一个实施方式中，设备还包括启动电路，该启动电路被布置为检测指示方位检测器和振动和/或声源应开始操作的外部启动条件，设备保持静止直到检测到这种条件为止。由此，特征有助于对这些时段节省电池寿命，直到在实际安装井下装置且最后放置生产管件之后为止，同时维持套管的外部完整性。在上述实施方式中，外部启动条件是以下各项中的一个或更多个：i)至少预定义启动值的磁场；ii)预定持续时间的电子器件延时；iii)至少最小预定义启动值的加速或振动；或iv)至少最小预定义启动值的温度；其中，预定义启动值大于典型环境值。此外，在双向通信布置中，井下装置还可以接收振动声信号，使得可以远程启动并操作井下装置。在这种情况下，井下装置可以被启动，发回信息，然后返回具有低电力要求的备用状态。这可以延长装置的工作寿命。在一个实施方式中，还提供了一种夹具，该夹具用于将光纤夹紧到管件或套管，方位检测器和振动和/或声源与光纤一起共置于夹具内。本发明的另一个方面提供了一种分布式声传感器系统，该分布式传感器系统包括：光纤，该光纤沿着井身设置；和信号处理设备，该信号处理设备被布置为从沿着光纤接收光背向散射和/或反射，并且处理这种背向散射和/或反射，以确定在光纤上入射的振动和/或声信号，光纤与根据上述第一方面的设备一起并置于沿着所述井身的一个或更多个位置处，来自设备的振动或声信号由分布式声传感器系统来检测，并且被处理为从而确定设备的方位。另外的方面还提供了一种井或钻井布置(wellorboreholearrangement)，该井或钻井布置包括具有多个夹具的生产管件，所述多个夹具将一个或更多个光纤贴到生产管件的表面，所述夹具中的一个或更多个含有根据上述第一方面的设备。又一方面提供了一种系统，该系统包括：i)井下和/或远程装置，该井下和/或远程装置设置有至少一个振动换能器，并且被布置为侦听与井下和/或远程装置有关的振动声或地震信号，并且产生与井下或远程装置有关的振动声信号；ii)光纤分布式声传感器系统，该光纤分布式声传感器系统包括光纤，该光纤被设置在井下或从当地位置设置到感测环境中，并且被布置为侦听由井下和/或远程装置产生的振动声信号；以及iii)如下换能器，该换能器被布置为将振动声或地震信号传输到地面中或感测环境中，其中，光纤分布式声传感器系统通过侦听由井下装置产生的振动声信号来从井下装置向地面传达信息，并且换能器向井下或远程装置传达信息。凭借这种布置，通过将光纤das用作到地面的反馈通道来在当地位置与井下或远程装置之间提供“闭环”通信系统。在另外的实施方式中，井下装置还可以装配有测量其沿着井身或储层的周围的特性的一个或更多个另外的传感器，诸如压力传感器、温度传感器、化学传感器或重力。测量结果然后可以由适当编码的振动声信号传达，该信号由设备(诸如扬声器或其他探测器)上的振动声换能器输出。分布式声数据的阵列处理可以用于提高装置的本地化而且提高振动声敏感性。实施方式还可以应用于内陆以及海底的远程感测和通信。例如，如下面进一步描述的，光纤das可以用作用于感测环境内所设置的任意远程感测装置的返回通信通道，该感测环境不必是地下环境，而可以是可以设置光纤且支持振动声能传播的任意环境。通常，远程感测装置感测它们感测环境中的当地的当地情况和/或刺激，然后后生成编码所感测当地情况和/或刺激的振动声信号。然后由das的光纤检测振动声信号，该das将该信号传回到das处理器的位置。因此，如所说明的，光纤das充当从远程装置传回出感测环境的传感器信息的通信通道。另外，还可以提供一种允许与远程装置通信的前向通道。如果远程装置被设置在地下，则该前向通道例如可以使用地震换能器或其他振动装置来产生要借助地面传到装置的经调制的振动。在装置在地面上方的情况下，可以使用适当的无线通道。在装置在海底的情况下，可以使用基于声音的通道，诸如声纳式通道。本发明的另外特征和方面将从所附权利要求而变得清楚。附图说明现在将参照附图描述仅用示例的方式提出的本发明的实施方式，附图中同样的附图标记涉及同样的部件，并且附图中：图1是例示了管件的图，该管件外部上的光纤由夹具保持在适当位置；图2是图1的一部分的截面；图3是根据本发明的实施方式的设备的部件的框图；图4是图1的一部分的截面；图5是被说明为示出方位检测的图2和图4的截面；图6是例示了本发明的实施方式的操作的图；图7是用于本发明的实施方式中的夹具的图；图8是用于本发明的实施方式中的第一过程的流程图；图9是用于本发明的实施方式中的第二过程的流程图；图10是用于本发明的实施方式中的第三过程的流程图；图11和图12是现有技术的方面的图；图13是根据本发明的第二实施方式的设备的部件的框图；图14是图13的设备的截面；图15是用于本发明的第二实施方式中的夹具的图；图16是用于本发明的第二实施方式中的过程的流程图；图17是本发明的另外实施方式的图；图18是图17的实施方式的内部部件的图；图19是用于图17的实施方式中的螺线管的图；图20是图17的实施方式的内部部件中的一些的图；以及图21是例示了本发明的实施方式的另外操作模式的框图。具体实施方式首先将给出本发明的实施方式的简单概述，然后给出特定实施方式的详细描述。安装在完井套管(completioncasing)外部上的光纤线缆(foc：fiberopticcable)在套管的穿孔期间有被损坏的风险。为了避免损坏foc，穿孔炸药在方位上被定向为远离foc。foc的方位定向必须在完成foc的安装之后确定。用于确定foc的方位的传统方法使用套管内部的仪器，该仪器通常在钢丝缆绳上输送，使用电磁或超声测量来检测套管外部上的foc的存在。为了提高使用该方法进行的检测的可靠性，与foc平行相邻地安装钢索或其他金属块，以增加要以等于待穿孔间隔的最小长度所检测的金属块的数量。该用于确定foc的方位达不到所需的可靠性，并且增大金钱损失和井寿命期间失控的风险。为了提高可靠性并降低风险，我们已经构思如下的井下定向工具(这里被称为dot：downholeorientationtool)，其将消除安装钢索的需要，且消除延伸为确定foc的方位的钢丝缆绳的需要。井下定向工具(dot)测量其相对于重力的方位，并且借助声或机械应变信号来传输方位信息。dot可以凭借已知相对位置而安装到其他井下元件，并且可以用于推断这些元件的方位。井下定向工具使用一组加速计(例如，三轴加速计)来测量重力相对于工具的方位。然后使用机械或机电装置(诸如但不限于螺线管、压电材料、扬声器或振动器)将加速计数据转换为声或机械应变信号。连接到分布式声传感器(das)系统的foc检测声信号。在地面处读取das系统所测量的声信号，并且将该声信号转换回成加速计数据。加速计数据给出dot相对于重力的方位。声-机械信号发生器可以采取优化用于由光纤检测的信号的多种形式。在一个实施方式中，执行以下步骤：1.加速计测量重力2.微控制器从加速计接收信号3.微控制器将信号转换成方位，且将方位翻译成发送到振动器的信号4.振动器生成机械信号5.dot以特定频率或间隔振动。频率或间隔取决于方位6.由振动器振动光纤控制线路7.das地面询问器测量振动8.将振动翻译回方位更详细地，dot是使用对重力敏感的传感器了解它所在的管侧的解决方案。因为工具对重力敏感，所以工具将了解它是正面朝上还是上下颠倒，并且所有位置在中间。例如，如果工具上下颠倒，那么我们知道工具在套管的底侧上。工具将靠近光纤安装，使得用户可以根据知道dot在套管的哪一侧上而推断光纤在套管的哪一侧上。然后用户以要穿孔的间隔通知钻井者光纤在套管的哪一侧上，并且他们配置穿孔枪，以将爆炸定向为远离光纤所在的套管侧。这种装置将在除了垂直井截面之外的所有情形下工作，在垂直井截面中，没有套管的高侧。如所提及的，工具将检测其参考侧相对于斜井的高侧的角度。然后该测量结果被转换成指示各线缆夹具处线缆相对于钻井的高侧的角位置的经调制声信号。线缆夹具被定位在管件连接处。das系统(诸如idastm)检测来自各线缆夹具位置的独立信号，并且专用软件解码，并将测量结果标绘为指示各夹具处光纤光缆的相对方位。相对方位将通常提及相对于钻井高侧的角度。为了概括dot装置的预期用途，因此：1)在安装光纤线缆期间，dot装置将与线缆一起，沿着可以引入计划或未来穿孔的生产间隔长度，共置于各线缆夹具下。2)一旦生产管件着陆且处于其静止方位中，则装置将凭借各位置处的独立线缆方位与das通话。3)然后以空间分辨率针对深度标绘线缆方位，以匹配装置的间隔。期望处于各线缆夹具处(～40英尺)。4)穿孔公司然后将配置被动方位串，其要以期望深度间隔被引导为远离线缆。这使用偏心锤来进行，重力迫使偏心锤到钻井的低侧。dot装置与das之间的通信可以被编码为给予各dot装置唯一的代码，并且有可能的是，该通信可以为双向的(即，工具可以用于唤醒dot装置，或者它们的消息可以被定时为使得一旦安装它们，则不需要介入)。如果所有其他情况失败，那么dot装置将充当可以用于定位井下foc的现有技术方法中的附加块。如我们现有的第pct/gb2013/052875号未发布未决国际专利申请中所述的，如果对所定向的井下装置供电(例如，不必是牺牲性的且电池操作的，相反全部连接到电源)，则井下装置还可以在将来用于重复穿孔，并且可以用作流动安静的井中的噪声源，在此以引证的方式将本申请中理解该方面必需的全部内容并入。例如，dot装置还可以具有允许感应充电的电池和充电电路。在这种情况下，可以代替光纤线缆安装混合光纤/电力线缆，该混合光纤/电力线缆与充电电路相互作用，以对电池感应式地充电。这种布置对于大量井是可行的，但在高温井下环境中可能不那么有效。如所提及的，das系统可以为idastm系统，该系统的操作细节可以在urlhttp://www.silixa.com/technology/idas/处获得，该系统还在我们更早的专利申请wo2010/0136809中描述，此处以引证的方式将申请中理解本发明必需的任意细节并入。现在将参照图1至图10描述本发明更详细的实施方式。图1例示了井套管10的示例截面，井套管10具有沿着其外表面延伸的光纤14。光纤14由多个机械夹具12保持在适当的位置，所述多个机械夹具12围绕套管10延伸，以将光纤线缆14保持为靠着套管10。线缆夹具可以彼此分离多达数米，例如它们可以相距大致3至15米。图2是沿着图1的线a-a的截面，例示了夹具体12的内部内容。具体地，从图2可以看到，附接到套管10侧的夹具12含有光纤线缆14以及井下定向工具装置22，该井下定向工具装置22靠近光纤线缆14被共置于夹具体12内。通过对井下定向工具22与光纤线缆进行共置，然后对于井下定向工具22确定的任意方位还应大致对应于光纤线缆。图4再现图2，但示出了沿着图3中所示的线b-b的扩大截面。从图3可以看到，井下定向工具装置22包括外壳，在该外壳内含有三轴加速计32，其被布置为与微控制器34通信。微控制器34以要描述的方式从三轴加速计接收信号，并且确定井下定向工具相对于重力的方位。已经确定相对于重力的方位之后，为了传达所确定的方位，微控制器34然后控制振动器36以特定模式振动。即，振动器36产生经调制振动声信号，其编码如由微控制器确定的所确定方位。井下定向工具22的部件由电池38来供电。在使用中，井下定向工具22出于两个原因与光纤线缆14大致连续地共置。第一个原因是使得井下定向工具能够对于本身确定的方位，然后还应大致对应于光纤线缆的方位，因此可以推断光纤线缆围绕套管的位置。另外，当光纤线缆上连接到分布式声传感器(das)时，das系统然后可以用于检测振动器36所产生的振动声信号，然后das系统经由来自沿着光纤线缆14的背向散射检测信号的振动声场。由此可以获得被编码且被调制的方位信息，该方位信息随后被解调并解码，以给出井下定向工具22的方位信息。当然，在一些实施方式中，井下定向工具22和光纤线缆14实际上不需要接触，但在它们之间应具有良好的振动声音传导连接。这可以通过在同一刚性夹具结构内安装光纤线缆和井下定向工具来实现。图5和图6例示了操作中的布置。在图6中，提供了一种分布式声传感器盒62，该分布式声传感器盒62如本领域中已知地连接到光纤线缆14，并且从沿着光纤线缆14接收背向散射信号。根据背向散射信号，分布式声传感器能够确定沿着光纤的各种分辨率(通常从一米至五米分辨率)的振动声场。分布式声传感器62能够经由屏幕64输出其结果。图5例示了操作中的dot的示例。这里dot22与光纤线缆14共置于夹具12内，并且被定位为如顺时针测量的、与垂直方向成大致300度的角。在该方面中，垂直方向可以被确定为与由dot22中的三轴加速计确定的重力方向的相反。因此，简单地说，三轴加速计32确定300度方位，并且将该信息传递到微控制器34。微控制器34(例如，使用ascii编码等)将方位信息编码为合适的控制信号，该控制信号然后用于调制振动声振动器36的输出。本领域中已知各种声调制方案，诸如用于将数据记录到磁带上的周知脉宽调制方案。另选地，还可以使用各种频率调制方案，诸如例如，dtmf相关方案。由振动器36所产生的振动声振动被光纤线缆14感觉到，这引起来自线缆与井下定向工具22临近的部分的背向散射，该背向散射然后可以被分布式声传感器盒62检测，根据背向散射，确定来自振动器36的经调制声信号。经调制声信号然后被解调以检索被编码的方位信息。如图所示，然后可以解码被编码的方位信息，然后在屏幕64上输出被解码的方位信息。图7例示了围绕套管10的一部分设置的示例夹具12，光纤线缆14围绕套管10的该部分延伸。在这种情况下，夹具12具有两个闭合部分，井下定向工具22位于这些闭合部分中的一个下方，附接到闭合部分中的一个的下面。当对闭合部分进行闭合时，然后使井下定向工具22保持为靠着光纤14。这样，夹具12将井下定向工具装置22保持为靠着或靠近光纤线缆14，使得在它们之间存在良好的振动连接。图8、图9以及图10更详细地例示了操作井下定向工具的操作方法。参照图8，说明了涉及安装井下定向工具的步骤。首先，在步骤8.2处，如之前针对图7描述的，将井下定向工具与光纤线缆一起共置于夹具中。在该方面中，随着将生产管件馈送到井中，围绕光纤线缆和井下定向工具在内部的生产管件扣紧夹具12。在步骤8.4处，将生产管件安装到井中，并且一旦生产管件处于井内的适当位置，则在步骤8.6处启动定向装置。另选地，在一个实施方式中，定向装置22可以在被安装在夹具中之前启动，并且持续操作，直到电池耗尽为止。在该方面中，一个实施方式中的井下定向工具的预期用途是，紧接将生产管件安装在井中后确定夹具12的方位，因此确定夹具所保持的任意光纤的方位。一旦生产管件被安装在井内，那么生产管件通常将不随着时间而很大程度地移动，因此在一些实施方式中，一旦采取方位测量，则不需要井下定向工具继续操作。一旦生产管件被安装在井内且装置22已经被启动，图10示出了装置22本身内涉及的步骤。即，在步骤10.2处，凭借所启动的装置，加速计然后接通，并且在步骤10.4处开始向微控制器发送相对于重力的方位信号。在步骤10.6处，微控制器从加速计接收信号，并且确定相对于重力的井下定向工具的方位。如之前针对图5所说明的，微控制器接收加速计信号，然后将它们编码成适于传输的形式。该编码例如可以包括加速计数据到数据包(数据包包括适当的报头)中的分包和误差修正编码。被编码的加速计数据然后用于根据已知声调制方案调制振动器36的输出，以产生经调制声振信号，该声振信号在步骤10.8处编码井下定向工具的方位。从振动器36产生的声振动然后行进到光纤线缆14(经由夹具(如果必要的话))，在光纤线缆14处，振动在光纤线缆上入射，这使得背向散射和/或反射的信号由光纤的入射部分产生。然后由所附接的das设备62检测背向散射和/或反射的信号。在das设备62处，如步骤9.2处所示，经由das处的光纤14接收定向装置生成的振动信号，然后das能够确定入射振动信号，然后解调并解码入射振动信号，以给出装置方位。一旦已知装置方位，则因为还已知装置与光纤14大致共定向，所以然后可以推断围绕套管10的周边的光纤14在夹具附近的位置。通过以该方式推断光纤14的位置，当使用穿孔枪执行套管的穿孔时，穿孔枪可以被控制为避免在所推断的光纤14的位置处对套管进行穿孔。在该方面中，这里我们假定线缆处于各线缆夹具之间的大致直路径中，且在两个夹具之间的短距离中不完全环绕管件；这确保夹具之间的典型空间分辨率(-3至15m)足以允许在没有损坏线缆的风险的情况下在夹具之间穿孔。现在将描述本发明的第二实施方式。该实施方式与第一实施方式有关，并且不描述其相同的许多方面。第二实施方式的不同在于，代替使用加速计和关联的微控制器，提供了更简单的旋转传感器(该旋转传感器可以简单地是加权旋转电位计或霍尔效应传感器)连同伴随的专用电子器件处理包(而不是可编程微处理器)。更具体地，在第二实施方式中，井下定向工具使用加权旋转传感器来测量重力相对于工具的方位。然后使用机械或机电装置(诸如但不限于螺线管、压电材料、扬声器或振动器)将传感器输出转换成声或机械应变信号。与第一实施方式中相同，由连接到分布式声传感器(das)系统的foc检测声信号。在地面读取由das系统测量的声信号，并且将声信号转换回加速计数据。加速计数据给出dot相对于重力的方位。声机械信号发生器可以采取优化用于由光纤检测的信号的多种形式。因此，在第二实施方式中，执行以下步骤：1.旋转传感器由于作为重力结果的向下重量而下沉2.使用输出与角度成比例的电压信号的霍尔效应传感器来测量旋转传感器位置3.电子器件封装将电压信号转换成方位，并且将该方位翻译成发送给振动器的输出信号4.振动器生成机械信号5.dot以特定频率或间隔振动。频率或间隔取决于方位6.由振动器振动光纤控制线路7.das地面询问器测量振动8.将振动翻译回方位图14是沿着图1的线a-a但应用于第二实施方式的截面，并且图14例示了根据第二实施方式的夹具体12的内部内容。具体地，从图14可以看到，附接到套管10侧的夹具12含有光纤线缆14以及井下定向工具装置122，该井下定向工具装置122靠近光纤线缆14被共置于夹具体12内。通过对井下定向工具122与光纤线缆进行共置，然后，对于井下定向工具122确定的任意方位还应大致对应于光纤线缆。图13示出了沿着图14的线b-b的截面。这里可以看到，井下定向工具装置122包括外壳，在该外壳内含有相对方位传感器132，其被布置为与电子器件封装134通信。电子器件封装134以要描述的方式从相对方位传感器接收信号，并且确定井下定向工具相对于重力的方位。在确定了相对于重力的方位之后，为了传达所确定的方位，电子器件封装134然后控制振动器36以特定模式振动。即，振动器36产生经调制振动声信号，其编码如由电子器件封装确定的所确定方位。井下定向工具122的部件由电池38来供电。在操作中，dot122如图15所示与光纤线缆14一起共置在夹具12内，并且例如可以被定位为，如在向井下看时顺时针测量的、与垂直方向成大致300度的角。在该方面中，垂直方向可以被确定为，与由dot122中的三轴加速计确定的重力方向的相反。因此，简单地说，相对方位传感器132确定300度方位，并且将该信息传递到电子器件封装134。电子器件封装134(例如，使用ascii编码等)将方位信息编码为合适的控制信号，该控制信号然后用于调制振动声振动器36的输出。本领域中已知各种声调制方案，诸如用于将数据记录到磁带上这样的周知脉宽调制方案。另选地，还可以使用各种频率调制方案，诸如例如，dtmf相关方案。由振动器36所产生的振动声振动被光纤线缆14感觉到，这引起来自线缆与井下定向工具122临近的部分的背向散射，该背向散射然后可以被分布式声传感器盒62检测，根据背向散射，确定来自振动器36的经调制声信号。经调制声信号然后被解调以检索被编码的方位信息。如图所示，然后可以解码被编码的方位信息，并且在屏幕64上输出被解码的方位信息。图15例示了围绕套管10的一部分设置的示例夹具12，光纤线缆14围绕套管10的该部分延伸。在这种情况下，夹具12具有两个闭合部分和桥接部分，井下定向工具122位于该桥接部分下方，附接到桥。当对闭合部分进行闭合时，然后使井下定向工具22被保持为靠着光纤14。这样，夹具12将井下定向工具装置122保持为靠着或靠近光纤线缆14，使得在它们之间存在良好的振动连接。关于第二实施方式的操作，如所提及的，与第一实施方式大致相同，并且之前描述的图8和图9的过程仍然适用。在第二实施方式的dot内部，接着进行图16的过程，而不是图10的过程。下面进一步描述图16的过程。一旦生产管件被安装在井内且装置122已经被启动，图16示出了装置122本身内涉及的步骤。即，在步骤16.2处，凭借所启动的装置，相对方位传感器然后接通，并且在步骤16.4处开始向电子器件封装发送相对于重力的方位信号。在步骤16.6处，电子器件封装从相对方位传感器接收信号，并且确定相对于重力的井下定向工具的方位。与之前针对图5所说明的相同，电子器件封装接收相对方位传感器信号，然后将它们编码成适于传输的形式。该编码例如可以包括加速计数据到数据包(数据包包括适当的报头)中的分包和误差修正编码。被编码的加速计数据然后用于根据已知声调制方案调制振动器36的输出，以产生经调制的声振信号，该声振信号在步骤16.8处编码井下定向工具的方位。从振动器36产生的声振动然后行进到光纤线缆14(经由夹具(如果必要的话))，在光纤线缆14处，振动在光纤线缆上入射，这使得背向散射和/或反射的信号由光线的入射部产生。然后由所附接的das设备62检测被散射和/或反射的信号。因此，通过上述第二实施方式，可以获得与第一实施方式相同的优点和效果，但用稍微更低的成本和更简单的部件。具体地，用相对方位装置替换加速计可以提高鲁棒性，并且用特定(和专用)电子器件封装替换通常可编程的微处理器可以降低成本。可以对上述布置进行各种修改，以提供另外的实施方式。下面描述各种这样的修改。在一个另外的实施方式中，用于dot的开/关机构可以是恒温器，该恒温器被布置为，在它达到高于周围环境但低于目标井井下温度的特定温度(例如，该温度可以被设置为70c°)时给dot通电。这将意味着dot在运输到安装现场之前在其制造地点完全组装、密封并测试。在现场，存在最小的犯错范围且不需要打开该单元。最重要的是，单元不汲取电力，知道单元达到设定温度为止。作为上述的变体，dot可以被致动或编程为，通过被暴露到特定磁场或通过被暴露到特定等级的加速度或振动(例如，用铁锤等击打dot)来操作。一般概念是，在不需要外部开关的情况下提供使得单元开始操作的外部启动信号。通过这样做，dot的外壳可以保持单个，且没有缝隙，由此提高外壳的强度和持久性。在一个实施方式中，dot单元还可以用于：参考完井中的光纤长度的长度。这是因为各dot将处于管件柱上的已知位置处。在其他实施方式中，dot还可以满足其他测量条件，例如，dot可以测量温度或压力，并将这些值作为声信号发送出去。而且，在一些实施方式中，dot可以清除来自井身的能量(例如，振动能)，以允许dot采取定期的测量。此外，在一些实施方式中，dot可以将其值作为音调输出，该音调的频率编码所传输的值。另选方案是，以二进制代码敲出方位值，然而，音调比二进制代码更容易产生，需要更少的能量，并且更易于das解码。如之前提及的，可以使用双音多频(dtmf)音调，在其中，要传达数字。在另一个实施方式中，还可以通过发送地震消息，或通过在井口处轻敲来致动井下装置和/或向井下装置传达。在该方面中，诸如dot装置这样的井下装置还设置有麦克风或其他声换能器，凭借麦克风或其他声换能器，dot装置能够侦听振动或声信号。凭借这种另外设计，井下装置使用光纤das系统来经由它自己的当地振动换能器将信号传回到地面的闭环布置是可行的，然后地面能够经由地震消息和/或井口处的轻敲来传回到装置(消息和/或敲打然后沿着井管传输)。凭借这种布置，das系统可以从一个或更多个井下无线传感器连接/收集数据。然而，还可以产生双向通信，该双向通信可以由地面处、靠近地面或地下的声或地震源(212)来进行，das然后还用于确认信号已经被传达/接收到兴趣点(即，井下装置处)。图21例示了这种布置。与之前相同，这里套管10设置有由夹具12保持在适当位置的光纤。das系统62通过沿着光纤发送光脉冲，并检测随着脉冲沿着光纤行进返回的背向散射和/或反射来询问光纤。根据由入射振动声能沿着光纤调制的背向散射和/或反射，可以确定沿着光纤的各位置处的声场。在图21内，用于生成声或地震信号的声或地震源212设置在地面处或附近或在地面下，信号的信息内容可以被调制为，向远程dot装置输送期望的控制信号。还提供了可以与这里所述的dot装置相同形式，或可以采取其他形式但可以振动声地(vibro-acousticly)发送数据的远程感测装置(214)。这种装置的本地化，可以使用阵列处理技术(例如，基于来自das系统62的分布式声数据)来进行。远程感测装置214的设置可以通过将它们泵送或注入或设置在地面、地下和/或海底上来进行。另外，这种感测布置不需要必须仅设置在地下或井下环境中，而更通常可以设置在例如陆地上、海上或海底。例如，分布式声传感器的光纤可以被设置到：内部要进行感测的任意地区、区域或容积中。然后可以贯穿地区设置诸如装置(212)的这样远程感测装置，以感测到地区的当地情况和/或响应当地刺激。这种当地情况和/或刺激可以以任意组合包括(但不限于)：装置的方位、装置处或附近的当地温度、装置处或附近的当地压力、装置处或附近的当地照明情况、装置处或附近的当地无线电情况、装置处或附近的当地电磁情况(诸如例如，磁场)、装置处或附近的当地重力情况、装置处或附近的当地地震情况，或可以测量的任意其他情况或刺激。无论然后由远程装置测量或感测哪些当地情况或刺激，远程装置然后都例如通过适当调制声信号的特性，来将所感测的或所测量的信息编码为振动声数据，并且产生再现振动声数据的声振动。然后由分布式声传感器系统的光纤检测声振动，这导致声振动(借助于经调制背向散射和/或反射)沿着光纤传达回das系统的处理盒，其中，解码并翻译声振动，以接收与各远程装置212周围的当地情况和/或刺激有关的信息。此外，虽然在上述实施例中的大多数中，我们预计dot装置为电池供电的，但在其他装置中，dot装置可以由来自地面的电力测井线缆来供电，多个dot可以凭借适当的电力抽头从单个电源线来供电。现在针对图17至图20来描述本发明的另外实施方式。根据本发明的另外实施方式的dot装置的另外版本在图17中被示出为，柱形管172。在该方面中，柱形管172由不锈钢形成，并且在两端处设置有也由不锈钢制成的各个盖174。盖174分别围绕它们的周边完全激光焊接，以将它们固定到具有流体紧密封的不锈钢管。图18示出了不锈钢管172的内部。这里，这些部件被设置在柱形堆叠的构造中，以便允许部件嵌入不锈钢管172内部。如图18所示，根据该实施方式的dot包括螺线管壳体182，在该壳体182内，包括能够响应于应用电信号产生机械移动的螺线管或其他机电致动器。例如，其他合适的致动器可以为高温压电致动器等。电池壳体184与螺线管(或致动器)壳体成一线，电池壳体184在使用中含有用于向装置提供电力的一个或更多个电池，诸如aa电池或aaa电池。接着成一线(在图18中从左至右)的是自旋体壳体，在该壳体内，含有检测自旋体的旋转方位，并因此控制螺线管或其他致动器的可旋转关联检测和控制电子器件。下面将针对图20描述自旋体壳体186的另外细节。最后，由用来将布置固定在管172内且用管172的内表面提供各端处的流体紧密封的各盖188在两端处覆盖布置。图19示出了在一个实施方式中用作致动器的螺线管的另外细节。螺线管体为如领域中已知的标准构造，具有延伸穿过螺线管体中心的金属柱塞。如领域中已知的，多圈丝线在螺线管体内部。柱塞在一端处设置有盖，该盖为弹簧提供肩，弹簧与围绕弹簧的柱塞同轴设置，并且紧靠肩和螺线管体，以一旦由螺线管线圈移动弹簧时，提供柱塞到其静止位置的弹簧复位。柱塞经由充当轻敲器的缩颈柱塞延伸，来延伸穿过螺线管的整个主体并延伸出另一侧，例如以在盖188的下面上轻敲，以便产生像声音噪声的脉冲。如稍后将描述的，可以以输送与dot装置处于适当位置时的方位有关的信息的这种方式来控制这种轻敲信号的频率。图20更详细地例示了自旋体壳体186。在自旋体壳体186内，设置两个印刷电路板pcb，第一pcb204上面安装有热控开关。热控开关被布置为在周围温度升至预期操作温度(即，井下温度)时启动。热开关控制剩余的板上电子器件在此时启动。第二pcb206上面安装有微控制器，该微控制器被布置为与形成磁传感器的一部分的黄铜磁铁保持架214界面连接，磁传感器被布置为，检测安装在轴上的两个偏置磁重块212的旋转位置。重块212被设置为用于偏置轴，使得轴借助重块而偏离中心延伸，借此，偏离中心的重块以离心方式围绕轴旋转。轴由轴承208保持在适当位置，轴承208由安装在自旋体壳体186上的轴承壳体208相对于自旋体壳体固定到适当位置。在使用中，偏置磁重块在重力下旋转，使得它们质量的较大部分挂在偏离中心的轴的下方，并且重块的旋转位置由磁传感器214来检测，并且馈送到微控制器。微控制器然后控制螺线管根据重块的旋转位置以特定速率轻敲。重块围绕轴的旋转位置如下面将进一步描述的整体指示dot的方位。进一步详细地，上述布置的操作如下：1)将dot安装到井下，并且允许dot下沉就位。然后由磁重块212(该磁重块212在重块212的质量离轴的情况下安装在心轴上)检测重力方向。磁传感器214如上所述地检测可旋转磁重块的位置。2)dot将表示所检测角方位的信号作为螺线管192的脉冲传输。将角度编码为脉冲频率。3)在制造时密封该设备(使得在井现场不需要相互作用)，并且设备以以下方式开始作用：a.在安装到井下之后，环境温度升高，并且在预定启动温度时，使用热控开关204启动电子器件。这意味着装置不汲取电力，直到满足该条件为止，这允许设置之前的多个月在制造时密封该装置。b.在启动之后，装置然后汲取最小的电力，直到在预定时段(例如为大约4小时)(该时段应足够长，使得用户知道套管已经“着陆”(即，下沉就位))内从传感器没有检测到动作为止。c.该时间段之后，螺旋管接通(即，仅然后汲取足够电力)，并且微处理器测量偏置重块的旋转方位，以确定装置的角方位。4)为了传达所确定的装置方位，在该实施方式中，螺旋管192敲出所设频率，以在0度至360度范围内编码所检测的角。所设频率通常将在1hz至5hz的范围内，将以下内容考虑在内：a.所用频率应被选择为确保脉冲频率不是彼此的倍数，使得谐波不与基础频率混淆。例如，如果使用1hz，则不应使用2hz。相反，应使用稍大或稍小的频率，诸如例如2.1hz。下面以表的形式陈述了用于使用1.1hz至4.7hz频率范围的20度分辨率的合适频率选择。注意，在该实施方式中，频率为一组量化(数字)值，而不是连续(模拟)值。这防止上述谐波问题，但除了可能的一组什么频率有助于在信号检测/处理阶段确信地拾取正确频率/角的该事先了解之外。例如，与用于锁定放大器中的处理类似的处理，可以用于从有限数量的可能频率更好地识别实际频率。b.另一个(“带外”)频率(假设为0.5hz)用于“未检测到角度”(即，故障)c.另一个(“带外”)频率(假设为0.7hz)用于另一个状态更新(例如，“我已经达到操作温度，已经停止移动，并且等待达到设定时间”)d.可以定期(假设为一小时一次)发送更复杂的脉冲模式，这给出唯一的装置识别码。这可以用于给出关于哪一个装置被定位于哪里的另外说明。e.装置可以在大约12小时内连续(或“密集定期地”，诸如每分10s)敲出，然后在接着的数天或数周期间不那么频繁地(诸如2天内每小时10s，其后每6小时10s)敲出。该模式在用户错过第一“密集”操作窗的情况下，或在用户希望确认初始测量时允许长操作时段。下表指示用于一个实施方式中的所检测方位角的示例轻敲频率。当然，在其他实施方式中，不同的轻敲频率可以用于编码不同的角度。角度(°)频率(hz)01.1201.3401.5601.7801.91002.11202.31402.51602.71802.92003.12203.32403.52603.72803.93004.13204.33404.5表1：用于特定角旋转的轻敲频率因此，凭借上述布置，提供了一种温度启动的鲁棒井下方位确定装置，该装置通过以指示所感测方位的一个或更多个预定频率轻敲，来将信息提供回地面。与之前实施方式中相同，轻敲可以由das系统来检测并测量，以允许发现装置的方位。可能限制井下操作的一个限制是：可能经历的高环境温度(具体地，限制最可能是高温电池的可用性)。为了解决该问题，在一些实施方式中，可以设置非化学(即，无电池)能量存储机构来给dot提供动力。例如，在一个实施方式中，可以设置在设定温度下开始放卷的缠绕微型发生器。另选地，在另一个实施方式中，可以设置压缩空气动力提供发生器，其使用压缩空气来向微型生成器提供动力。在这两个情况下，我们可以向声源提供动力的时间可能非常有限，但假如致动不久之后就检测信号，则这一点关系不大(因为一旦安装到位，将不发生变化)。另外，还应可以设置完全机械的dot，其中，机械装置用于将所检测的方位角解码为轻敲频率，并且向轻敲器提供动力。例如，可以设置平衡轮式发条装置提供动力的机构，其中，平衡弹簧上的拨杆连接到偏置重块，使得偏置重块的旋转调节拨杆，以便改变平衡轮的振荡，因此改变经由平衡轮振荡所驱动的轻敲机构产生的结果轻敲频率。在另外的实施方式中，如之前讨论的，例如在存在混合电力/光纤线缆且包括感应充电电路的情况下，dot电池的感应充电可以是可行的。可以对上述实施方式进行各种另外的修改(无论是借助于添加、删除还是借助于替代)，以提供另外的实施方式，另外实施方式中的任意一个和全部旨在被所附权利要求所包含。当前第1页12