採用纖維光學導線和傳感器的測井方法和設備的製作方法

2023-06-21 20:14:16

專利名稱：採用纖維光學導線和傳感器的測井方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及地下油井的測井。更為具體地，本發明涉及採用纖維光學導線和各纖維光學傳感器對這種油井進行測井。
背景技術：
現有技術的各種測井系統是經由電氣導線和經由平滑線路(slickline)予以配置的。導線配置式測井系統能夠通過電氣導線實時傳送由測井設備收集的數據。雖然導線配置式測井系統能夠經由電線實時傳送數據，但這種系統需要油脂注射器以確保來自井孔的壓力在導線配置和使用期間被插入加壓油井時不致在導線周圍洩出。但是，油脂注射器是使用時有問題的器具，由於在維護和操作期間需要極大的小心，油脂注射器在壓力和持續磨損下具有洩漏的趨勢，以及在這種洩漏發生時形成環境風險。此外，導線配置式測井系統配置起來成本高。
另一方面，當前的平滑線路配置式導線是由實心鋼絲製成的並且不能實時傳送測井數據到地面。相反，平滑線路配置式測井系統利用連接於導線下端的各存儲器具。在平滑線路存儲測井中，平滑線路和電池供電的各存儲器具在平滑線路端部上被下放至井下，而存儲器具用於記錄井下測井設備數據，從而在當器具從油井收回時在地面處進行後續的下載和收集。平滑線路配置式系統的優點是，其比導線配置式系統便宜得多以及更易於配置，其可比編織電線更快地在井孔中進出，以及比較容易在井口處封堵井壓。
大多數配置在導線或平滑線路上的測井設備是電動裝置。電路裝置包含電子設備，後者非常靈敏並且經常在地下井孔的嚴酷環境中受損。此外，某些測井設備是存儲器具和/或包括一些井下電池。通常難以遮蔽或防護這些電氣部件抵擋通常出現在井孔之中的高溫和高壓，這些高溫和高壓一般會使這些設備的電氣部件退化和受損。
因而，存在著對處理上述一個或多個問題的一種裝置和/或技術的持續需求。具體地說，現有技術會得益於一種測井系統，該測井系統具有實時傳送測井設備數據到地面的能力，其與平滑線路配置式系統同樣經濟和同樣易於配置，以及不含有電動或電池供電裝置的那些不利之處。

發明內容
本發明的一些實施例包含一種測井系統和方法，包括一適於配置在井孔環境之中的測井設備，此測井設備包含至少一個傳感器，該傳感器用於對井孔環境進行測量。傳感器是一纖維光學傳感器而所述系統包含一纖維光學導線，該導線與傳感器光學連通。由傳感器測得的數據在實時基礎上經由纖維光學導線被傳送到地面，在此數據可以被處理成為實時顯示。纖維光學傳感器可以是一種無源傳感器，其不需要電力或電池電能。在一個實施例中，一連續的管筒裝接於測井設備並包含設置在其中的纖維光學導線，管筒的一端處在地面而另一端在井孔中。在其它各實施例中，纖維光學導線嵌置在平滑線路，編織光纜，或者電光纜之中。


圖1是本發明的測井系統的一項實施例的示意圖；圖2是本發明的測井系統的另一項實施例的示意圖；圖3是包含旋轉器的纖維光學流動傳感器的一項實施例的示意圖；圖4是未起動時纖維光學套管接箍定位器的示意圖；圖5是已起動時纖維光學套管接箍定位器的示意圖；圖6是包含光學纖維的平滑線路的橫截面示意圖；圖7是編織光纜的橫截面示意圖；
圖8是電光纜的橫截面示意圖；圖9是纖維光學流動傳感器的另一實施例的示意圖；圖10是纖維光學流動傳感器的另一實施例的示意圖；圖11是結合圖10流動傳感器一起使用的光學纖維的示意圖；圖12是纖維光學套管接箍定位器的另一實施例的示意圖；圖13是纖維光學套管接箍定位器的另一實施例的示意圖；圖14是旋轉器的另一實施例的示意圖；圖15是纖維光學套管接箍定位器的另一實施例的示意圖；圖16是纖維光學示蹤劑注入器具的一項實施例的示意圖；圖17-18是纖維光學光譜裝置各實施例的示意圖；圖19-20是纖維光學傾角儀的各個示意圖；圖21是纖維光學伽馬射線儀的示意圖；圖22是纖維光學阻抗測定儀的示意圖；圖23是纖維光學電感儀的示意圖；圖24是纖維光學系統的波長分割倍增(WDM)裝置的示意圖；圖25-26是各纖維光學系統的時間分割倍增(TDM)裝置的實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明一示範實施例設置在井孔5中的測井系統10。井孔5可以加上套管。測井系統10包括至少一部測井設備12、至少一條纖維光學導線14，以及至少一個纖維光學傳感器17。由傳感器17收集的數據經由纖維光學導線14被實時傳送到地面。其它數據，諸如設備狀況報告(亦即，激活/非激活、故障、狀況)，也可以在實時基礎上經由纖維光學導線14從測井設備12被發送至地面。
傳感器17可以包含但不必限於壓力傳感器22，流動傳感器，諸如旋轉器26、化學性質傳感器28，或者套管接箍定位器30。每一傳感器17收集其數據，而代表數據的信號經由光學纖維14予以傳送。各傳感器17也可以包含其它各種纖維光學數據採集器或傳感器，即包含以下列出的一些光學流體分析器、伽馬射線儀、溫度傳感器、化學性質傳感器、陀螺儀、水檢測傳感器、氣體檢測傳感器、石油檢測傳感器、聲學傳感器、壓差傳感器、光譜儀、傾角儀、相對方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應變傳感器、分布式壓力傳感器、水聲儀、加速計、聲速儀、阻抗傳感器，或者電感傳感器。
在此申請中，「測井設備」一詞指的是一種可測定井孔、井孔環境、井孔流體，或地層(總稱作「井孔環境」)的至少一項參數的設備。同樣，「測井」一詞指的是從事測定井孔環境的至少一項參數。測井可以在以下情況下進行設備在給定深度處保持靜止不動或設備在井孔中被移上移下又同時採集數據並經由至少一條光學纖維將數據傳送到地面。可以理解，「測井設備」可以包含許多傳感器，每一個可以測定一不同的參數。此外，帶有至少一個或多個傳感器17的多個測井設備12，也可以與本發明的某些實施例一起使用。
在「實時基礎」上或「實時」發送信息指的是當各種測量或其它各種事件正在進行時發送信息。不過，「實時」不要求信息在收集之後立即被發送-某種延擱(由於處理、儲存或其它各項任務所致)可以出現在收集與傳送之間。實時發送信息截然不同於在井中以井下設備收集信息，在井下設備中儲存信息，將井下設備收回到油井地面，以及從設備中將儲存的信息卸載到地面設備。
在一項實施例中，纖維光學導線14設置在導管32之內，後者可以保護纖維光學導線14不受嚴苛的井孔流體和環境的作用。導管32還可保護纖維光學導線14不受應變作用，不然這種應變可產生在設備和光纖管筒的配置、測井和回收作業中。測井設備12，以及各傳感器17，可以裝接於導管32；因此，位於導管32之內的纖維光學導線14不會承受測井設備12的全部重量。在一項實施例中，導管32是小直徑管筒，諸如3/16英寸，具有壁厚大得足以支承測井設備12加上管筒和設置在其中的光纖的重量。在另一實施例中，導管32是螺旋管柱37(如圖2所示)，(各)纖維光學導線14設置於其中。在另一實施例(未畫出)中，小直徑導管32可以配置在螺旋管柱之中。
在一項實施例中，導管32可以配置在一捲軸上以致管筒，各光學纖維和設備可以從井中回收多次。設備隨後可以在地面處脫接，而捲軸連同管筒和各光學纖維因而可以運向其他一些油井，在那裡設備可以重新連接於管筒，而後重新配置在一不同的井中。在一項實施例中，導管32是一連續的管筒，從地面伸向並下測井設備12。
井口裝置34位於井孔5的頂部處。導管32連同其中的纖維光學導線14穿過位於井口裝置34上的填料盒36或盤根組件以及潤滑器70。填料盒36形成對導管32的密封以便即使井孔5是加壓的也允許安全地配置測井系統12。
導管32可以從位於車輛40上的捲軸38處展開。若干滑輪42可用於導引來自捲軸38的導管32經由填料盒36、潤滑器70和井口裝置34而進入井孔5。根據導管32的尺寸，配置作業不需要盤卷油管裝置(如果導管32不是盤卷油管或不是配置在盤卷油管之內)，也不需要大型卷揚卡車。捲軸38，在一項示範執行中，具有大致上22英寸的直徑。能夠連同電纜和編織電纜配置式測井系統一起採用比通常各種盤卷油管捲軸和車輛較小的捲軸和車輛可大大地降低作業的成本。在使用盤卷油管柱的實施例中，捲軸38具有適當的直徑以適應這種盤卷油管以及所述配置和回收設備與用於盤卷油管的配置和回收一樣。
纖維光學導線14連接於探測裝置44，後者通常位於地面處並可以位於車輛40上。探測裝置44接收經由纖維光學導線14來自於測井設備12的光學信號。探測裝置44，一般會包含一微處理器和一光電裝置，光電裝置發送數據(光信號)到一處理器，後者處理數據並能將數據提供給地面處的用戶。對供給用戶的發送可以是具有計算機屏幕上的或列印出件的圖形顯示形式，或者從測井設備12傳送的原始數據形式。在另一實施例中，探測裝置44是一接通纖維光學導線14的計算裝置，諸如一筆記本電腦。在另一實施例中，數據在地面處被傳送給一網絡，諸如網際網路，並經由網絡上的一部分提供給各用戶。地面探測裝置44處理來自井下測井設備和光學纖維的光信號或數據以向操作人員提供所選擇的數據輸出。處理可包含數據過濾和分析以便於觀察數據。
光學滑環(轉動連接裝置)39在功能上裝接於捲軸38並且在當捲軸正在轉動和正在將管筒下入油井或將管筒提出油井時使得在纖維光學導線14與探測裝置44之間的連接和動態光學連通成為可能。光學滑環39形成了正在隨捲軸轉動的纖維光學導線14與地面處靜止不動的光學纖維之間的接口。滑環39因而有利於運動著的捲軸38中的動態運動著的光纖與地面處靜止不動的探測裝置44之間實時光學數據的傳送。簡言之，滑環39保證了靜止不動的光纖與轉動著的光纖之間光學數據的傳送。
在一項實施例中，多個纖維光學導線14設置在導管32之中。採用一條以上的纖維光學導線14提供了從測井設備12向地面實時數據傳送的冗餘功能，採用多部測井設備的能力，也增大了向井下設備和其他諸如電源這樣的裝置的光能傳送。採用一條以上的纖維光學導線14還保證了單一和多種模態光纖的運用。
在如圖6所示的另一實施例中，代替配置在導管32之內，光纖14嵌置在平滑線路100之內。平滑線路100可保護光纖14不受嚴苛的井孔流體和環境的作用。測井設備12以及各傳感器17裝接於平滑線路100；因此，光纖14不承受測井設備12的全部重置。包括與平滑線路100一起使用所需的井口裝置在內的配置設備與用於現有技術中平滑線路各項作業中的是一樣的，包括捲軸、潤滑器等等。
在如圖7中所示的另一實施例中，光纖14嵌置在一般由諸如鋼編織物的至少一層(一般多於一層)編織物102和編織物層102內的填充材料104組成的編織光纜中。填充材料104可保護位於其中的至少一條但有時可保護多條光纖14。編織物層102和填充材料104可保護光纖14不受嚴苛的井孔流體和環境的作用。測井設備12以及各傳感器17裝接於編織物層102；因此，光纖14不承受測井設備12的全部重量。
在如圖8中所示的另一實施例中，光纖14嵌置在一電光纜之中，後者類似於圖7的編織光纜。不過，在此實施例中，至少一條電導線106與各光纖14被包容在一起。各導線106可以向和從作為測井設備12的一部分的任何電動並下工具傳送電力。在一項實施例中，各導線106也可以用於遙測和/或通訊目的。
在如圖1中所示的一項實施例中，每一傳感器17是一無源光纖傳感器。在此實施例中，光發射器20位於地面處(比如在車輛40上)，而調製器48可以位於井中。地面光發射器20發送呈脈衝形式的光信號，沿著纖維光學導線14達到各傳感器17。在包含調製器48在內的實施例中，調製器48以從傳感器17處傳送相關數據的方式調製從地面光發射器20發送的光信號。一般地，調製器48改變光信號的某一性質，諸如強度、頻率、極化狀態、相干性或相位。換句話說，受調製器48影響的經過調製的信號成為帶有數據的信號。探測裝置44(在油井地面處)接受經過調製的信號並將其轉換回傳感器17數據。在一項實施例中，每一傳感器17具有其自身的調製器48。在另一實施例中，一個調製器48關聯於所有的傳感器17。在另一不包含調製器48的實施例中，傳感器17將回返光信號反射回到探測裝置44，相關的測定結果在回返光信號中予以編碼。相關的測定結果根據傳感器17與被檢測的井孔參數的相互作用被編碼在回返光信號之中。所述數據一般作為強度、頻率、極化狀態、相干性或者相位方面的改變而被編碼。
在另一實施例(未示出)中，一光發射器可以位於井下。在此實施例中，井下光發射器按照各種工具所取得的測定結果經由纖維光學導線14發送各種光信號並達到探測裝置44。在此實施例中，井下光發射器可以聯接於一井下電池以取得電力。
在一項實施例中，調製器48可以是一反射器，諸如鏡子或纖維光柵。
傳感器17可以包括旋轉器26，如圖3之中所示。在此實施例中，調製器48可以是旋轉器26的一部分。旋轉器26的各葉片31位於旋轉器26主箱殼33的外面，芯軸27連接於相對於旋轉器箱殼33可轉動安裝的各葉片3 1。調製48在圓盤29上定位使得它在圓盤29/各葉片31每一轉動中沿著纖維光學導線14中地面發送的光信號路徑通過。因此，例如，圓盤29/各葉片31每轉動一次，調製器48對所述光信號進行調製。探測裝置44接收經過調製的信號(在此情況下是一經過反射的脈衝)並根據接收頻率而能夠算出各葉片31每分鐘的轉數。根據這一計算，探測裝置44然後能夠算出各種流體的流動或者可導致旋轉器26轉動的井孔12中的其他條件。因而，旋轉器26用作一無源纖維光學流動傳感器。
圖14示出類似於圖3中所示的、旋轉器26的另一實施例。區別在於，在圖14的實施例中，圓盤29密封在箱殼33之內而各葉片31密封在箱殼33以外，以便防止井孔流體進入箱殼33而汙染或劣化光纖14和光纖讀出器件。重要的是，圖3實施例的芯軸27用磁性圓盤器件202與磁性葉片器件204之間的磁性聯接件200代替。磁性器件202、204各自可以包含一永久磁鐵，其被構造和設計成讓磁性葉片器件204的轉動可引起磁性圓盤202的旋轉。，在一項實施例中，磁性葉片器件204具有杯狀，磁性圓盤器件具有杆狀，而箱殼33伸展在其間並因而也在這一範圍內具有杯狀。調製器48和探測裝置44的作用方式類似於圖3實施例。
在另一實施例中，省略了圓盤29上的調製器48。代而之，一鏡子安放在圓盤29後面，以致圓盤29夾置在光纖14與鏡子之間。圓盤29具有一個或多個孔口，以致隨著圓盤29的轉動，一個孔口間斷地調準於光纖14和鏡子以使得來自光纖14的光線經由孔口傳向鏡子並且使反射過來的光線經由孔口從鏡子傳回到光纖。這樣就有效地形成一種快門效應，其中鏡子間斷地曝露於來自光纖14的光。圓盤29的轉動速度確定了光線從鏡子反射回到光纖的頻率。
圖9表明旋轉器26的另一實施例。在此實施例中，永久磁鐵110裝接於轉動芯軸27。固定的線圈112裝接於箱殼33的內部。磁鐵110和線圈112的安放和設計使得諸如葉片31/芯軸27每轉一圈磁鐵110和線圈112二者就形成一次磁性耦合或連接。每當磁鐵110和線圈112成為磁性耦合時，由這種耦合或連接產生的電信號經由導線114送至電壓放大器116。電壓放大器116放大電壓，然後此電壓被傳遞到以機械方式聯接於光纖14的壓電材料118。施加於壓電材料118的電壓導致材料118收縮，在光纖14上產生應變。因而，葉片31每轉一圈光纖14置於應變之下一次。對於這一實施例來說，至少一個纖維布萊格光柵(FBG)119可整合於光纖14中。
FBG119在每當應變施加於光纖14時可改變被送向井下的光信號的反射波長。波長變化然後由探測裝置44在地面處檢測出來，這種信息可以用以確定各葉片31每單位時間的轉數，從而能夠確定推動各葉片31的流體的流率。代替採用壓電材料118，一種壓電敷層可以應用於光纖14以便提供所需的應變。在此實施例中，FBG119中可以是調製器48的一部分。另外，一種光纖幹涉儀可以用於代替FBG。
圖10和11表明旋轉器26的另一實施例。此實施例類似於圖3之中所示的實施例。不過，在此實施例中，調製器48裝在圓盤29的一側35上。光纖14安裝在圓盤一側35與箱殼33之間。在一項實施例中，光纖14在其一端處(圖11)切成一斜角(比如45度角)以便在圓盤一側35的方向上投射光信號。
傳感器17也可以包含套管接箍定位器30，如圖4和5所示。在此實施例中，套管接箍定位器30包含磁性器件31，每當套管接箍33經過磁性器件時，該磁性器件被啟用。圖4圖示磁性器件31未被啟用時的套管接箍30。如圖5所示，定位器30配置得以致每當磁性器件31被啟用時，調製器48被促動或被推移以調製沿纖維光學導線14向下發送的光信號。比方，調製器48可以被促動以與纖維光學導線14對齊且每當磁性器件31檢測到套管接箍35時將光信號反射回去。因而，每當定位器30經過套管接箍33時，探測裝置44接收經過調製的信號(經過反射的脈衝)。探測裝置44然後確定測井設備12所經過的各套管接箍33的位置。
圖12表明套管接箍定位器30的另一實施例。在此實施例中，永久磁體120和線圈122固定地安裝在箱殼124的內部。光纖14可以穿過磁體120和線圈122，後面二者都可以是環形的。當套管接箍定位器30配置在井孔中時，它將經過多個套管接箍。每當定位器30經過一個套管接箍，此套管接箍與磁體120和線圈122將成為磁性耦合的，這會導致生成電信號，該電信號經由導線126被發送到電壓放大器128。電壓放大器128放大電壓，此電壓然後被傳遞到以機械方式聯接於光纖14的壓電材料130。施加於壓電材料130的電壓導致在光纖14上造成應變的材料130的收縮。因而，光纖14針對每一被感測的套管接箍被置於應變之下一次。對於這一實施例來說，至少一個纖維布萊格光柵(FBG)132可以結合於光纖14中。FBG 132在每當應變施加於光纖14時可改變被送向井下的光信號反射波長。波長變化然後由探測裝置44在地面處檢測出來，這種信息可以用於確定各受到檢測的套管接箍的位置。代替採用壓電材料118，一種壓電敷層可以應用於光纖14以提供所需的應變。在此實施例中，FBG119可以是調製器48的一部分。
圖1 3表明套管接箍定位器30的另一實施例。此實施例包含永久的、固定磁體140和活動磁體142。固定磁體140和活動磁體142設計得以致每當定位器30通過一個套管接箍時活動磁體142相當於固定磁體140移動，且一磁性連接或耦合形成在套管接箍與磁體140、142之間。活動磁體142固定於包含調製器48的器件144。調製器48可以包含一些交替設置的黑白導線。光纖14設置在箱殼146之內，以致其端部面對器件144和調製器48的側面。光纖14端部受到切割使得光信號指向調製器48，如圖11之中所示。當活動磁體142移動時，調製器48也移動，這導致各黑白導線也相對於光纖14移位。各黑白導線中的移位和移動導致經過反射的光信號也被調製。因此，在地面處，每當探測裝置接收到經過如此調製的反射光信號時，操作人員可以確定某一套管接箍的位置。彈簧148可以用以將活動磁體142和器件144保持在靜態位置上。代替各黑白導線，調製器48可以包含各種其他顏色或形狀以提供運動的指示。
另外，圖13的調製器48可以是一個帶有一個或多個孔口的平板，平板由於移動磁體142的移動是可以移動的。一鏡子相對於光纖的端部調準，而平板設置在鏡子與光纖之間。隨著平板的移動，平板上的一個孔口與鏡子和光纖端部排成一線，以致光線可以經由孔口從光纖傳向鏡子，而反射光線可以經由孔口從鏡子傳向光纖。這樣就有效地形成一種由活動磁體142的移動所控制的光線快門效應，此時發射的光線(來自光纖)和反射的光線(來自鏡子)被允許間斷地穿過移動平板的孔口。
圖15表明套管接箍定位器30的另一實施例，包含永久磁體150，該磁體可產生如附圖標記152所示的磁場。光纖14敷有一磁致伸縮敷層，該層由一種磁致伸縮材料構成(比如鎳)。在存在強磁場時，磁致伸縮材料在磁場之方向上稍有縮緊。磁致伸縮敷層的縮緊導致應變施加於光纖14上，後者裝有FBG154以回應於由磁致伸縮敷層施加於光纖14的應變來改變光信號的反射波長。
取決於傳感17的類型，此系統可以採用多種其他類型的纖維光學測定、傳感和傳送技術。比方，化學傳感器可以包含塗有或敷以某種特殊反應劑的纖維光學導線，此種反應劑只在接觸一種目標流體或化學品(諸如硫、水或硫化氫)時才發生反應。反應劑的反應然後導致纖維光學導線14上的特定變化，這又接著導致經由纖維光學導線14由傳感器17使之從井下環境返回到地面的光信號上的特定變化(諸如在強度、頻率、極化狀態或相位方面的變化)。探測裝置44接收這種返回光信號並通過確定由傳感器17加在返回光信號上的特定變化而辨識來自傳感器17的相關信息。纖維光學壓力傳感器以類似的方式發揮作用。
纖維光學導線14也允許沿著設置在導管32內的纖維光學導線14或多個纖維光學導線的長度取得分布式溫度測定結果(圖1)。通常，固定波長的光脈衝經由纖維光學導線14從光發射器20發射出去。光線在纖維光學導線14之內經過反向散射並返回到地面設備44。了解光的速度和返回信號的到達時刻就能夠確定其沿著纖維光學導線14的原點。溫度可激發纖維光學導線14中矽分子的能級。經過反向散射的光線包含上調和下調波段(諸如反向散射光譜的Stokes Raman和反Stokes Raman兩部分)，它們可予以分析以確定原點處的溫度。這樣，可以由設備44算出纖維光學導線14中每一回應測定點的溫度，提供出沿著纖維光學導線14長度的一條完整的溫度分布圖線。纖維光學導線14連接於一分布式溫度測定系統接收器，它可以是探測裝置44之內的一個組件和可以是一光學時域反射測量裝置。纖維光學導線14可以同時地用作測井設備12的數據傳送器、井下工具起動信號傳送器(即將說明)，以及分布式溫度測定結果傳感器/傳送器。在另一實施例中，纖維光學導線14可以用於沿著(各)纖維光學導線14的長度取得分布式應變測定結果。(各)纖維光學導線14也可以用於支持其他檢測技術，諸如分布式或多點式應變和/或溫度，或者甚至聲學陣列。
注意，如果測井設備12中採用多於一個的傳感器17，纖維光學導線14可能必須分解成為多個纖維光學導線，各自連接於不同的傳感器17。或是波長分割倍增(WDM)或時間分割倍增(TDM)可以用於詢問這種結構中的各傳感器17。一些光學聯接器也可以用於促進這種結構。在另一實施例中，一單獨的纖維光學導線14用於每一傳感器17，而每一纖維光學導線14設置在導管32之中。
在一項實施例中，導管32，其中帶有纖維光學導線14，也可以用以驅動各井下裝置。導管32可以用流體加壓，其中加壓流體可驅動各井下工具，諸如封隔器50或射孔槍52(見圖2)。起動信號可以是某一檻值以上經由導管32傳送的施加壓力或具有特定標記的壓力脈衝。井下工具包含一信號接收器，諸如棘齒機構、剪切銷式引爆箱或壓力變換器，該信號接收器可接收起動信號並在由接收器接收到正確信號時起動井下工具。比方，封隔器50可以起動以壓緊和密封井壁，或者此後，以解除壓緊和解除密封井壁。另外，射孔槍52可以起動以射出成形彈藥55並在井孔之中造成各穿孔54。其它可以起動的井下工具包含流動控制閥，其包括套管閥和球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器。
在另一實施例中，上述井下工具可由通過纖維光學導線14的光學信號所起動(代替通過導管32的壓力信號)。在這個實施例中，井下工具在功能上連接到纖維光學導線14，從而使特定的光學信號頻率、信號、波長或強度起動井下工具。可使用一光電轉換器以利於光學信號的接收以及將光學信號轉換成用於井下工具的起動能量。這種光電轉換器可以將光學能量轉換成電能甚至是機械能。在另一個相關的實施例中，井下工具連接到一纖維光學導線14，該導線不用於向地面進行測井數據的傳送。
在另一實施例中，通過導管32的壓力脈衝和通過纖維光學導線14的光信號二者都可以被發送以起動井下工具。在一項實施例中，通過導管32的壓力脈衝和通過纖維光學導線14的光信號可以同時被發送以起動不同的井下工具。在另一實施例中，呈光信號形式的數據可以在壓力信號通過導管32被傳送的同時通過纖維光學導線14被傳送。在另外的實施例中，呈光信號形式的數據和呈光信號形式的起動指令可以同時通過纖維光學導線14被發送。
所附各圖表明測井系統10用於一陸地油井。不過，測井系統10也可以用於平臺上或位於海底的海上油井。
在操作中，且與圖1和2相關，操作人員首先將填料盒36和潤滑器70連接在井口裝置34的頂部上並開始從捲軸38處展開導管32而配入井孔5。如前述，填料盒36密封導管32的外壁而使得能夠將測井系統10配置在加壓的井孔5中。一般，測井設備12被下放到井中的適當深度而各傳感器17隨著各種工具在井中移動而採集有關的讀數。在另一實施例中，各種工具保持靜止不動並在油管、工具和光纖在井中靜止不動的時候收集數據。在纖維光學導線14在導管32就位之後才子以配置的實施例中，泵具46被起動而泵送的流體起到沿導管32向下拖曳纖維光學導線14的作用。
地面光發射器20將未經調製信號發送給測井設備12。在包含調製器48的實施例中，調製器48調製信號以便將數據編碼到返回探測裝置44的信號上去。在不包含調製器48的實施例中，傳感器17將返回光信號連同編碼在其中的有關測定結果一起反射回探測裝置44。在二者之中的任一情況下，由測井設備12測得的數據被實時發送給探測裝置44。
測井設備12可以下放使得旋轉器26和其他傳感器17鄰近各穿孔54和地層57以便獲得鄰近這些穿孔54和地層57的各種參數的精確和實時數據。在纖維光學導線14也用作一種分布式溫度測定系統的實施例中，分布式溫度測定結果可以用於近似地確定沿著井孔與長度(包括跨越各不同穿孔)的流動，由於流動可起到改變沿著井孔並因此沿著纖維光學導線14的溫度的作用。另外，這種沿著井孔的推斷出來的分布式流動圖型隨後可以與位於導管32下端上的旋轉器測井工具聯繫起來。採用分布式溫度測定結果以近似地確定流動可向操作人員指明井孔5中哪些區域或穿孔應當與測井設備12聯繫起來，諸如通過採用旋轉器26取得真實流動測定結果。套管接箍定位器30可以用於確定各套管接箍的位置並因此確定測井設備12的深度。
諸如封隔器50和射孔槍52的各種井下工具可以在任一地點藉助於通過導管32的壓力信號或液壓式傳送的能量或者通過纖維光學導線14的光信號予以起動。能夠射穿地層且在同一行程中探測有關地層，可節省時間和金錢。
一當完成了測井作業，通過反轉捲軸38將測井設備12提起。適當的是，捲軸38和導管32的相對尺寸使得能夠反覆和簡易地配置和收回測井設備12。安放捲軸38在車輛40上或另外使捲軸輕便一些使得測井系統10能夠用在多個井孔之內。
在一些實施例中利用全光學系統(纖維光學傳送導線14和各傳感器17)，可以避免電氣裝置的受損。這在高溫、高壓油井中是特別有益的，由於這種情況對於電動裝置都是極為嚴苛的。與電動工具相比，全光學系統的附加好處包括光學設備對在運向或配入井孔期間所遇到的震動或振動非常不明感，光學設備較輕，以及光學設備可以成本較低。在其他一些實施例中，採用光和電兩種部件。
按照另一實施例，示蹤劑注入器300(示於圖16中)可以通過使用光纖302予以控制。光纖302的端部聯接於轉換器304，後者可將光能轉換成電能或機械能。任由選擇地，設置濾光器304以濾出不需要的光信號，諸如不具有特定波長或某些波長的光信號。轉換器304聯接於閥門306以控制閥門306的運作。閥門306控制經過一穿過示蹤劑注入器300的箱殼310的開孔308的連通。在示於圖16的關閉位置上，閥門306可防止示蹤液經由開孔308從槽道314流向外部環境。示蹤液盛放在一個由箱殼310、壁板316和活塞318限定的腔室312中。
活塞318可以沿著示蹤劑注入器300的縱向(如上所示)移動。彈簧320施加力作用於活塞318從而將壓力施加於腔室312內的示蹤液。任由選擇地，開孔322設置得能使外部井孔壓力傳送到彈簧320設置所在的腔室324中。外部井孔壓力施加靜水壓力作用於活塞318。彈簧320定位在活塞318與固定壁部326之間。
在操作中，回應於沿著光纖302向下傳送的光信號，轉換器304轉換信號以導致閥門306開啟而允許腔室314之中的示蹤液流出開孔308而進入周圍的井孔環境。示蹤劑注入器300下放到特定的井孔區間，在此處閥門306被開啟以將示蹤液注入並孔流體。這樣允許油井操作人員追蹤井孔中的流體流動。
示於圖16之中的工具的一種改型可以用於收集樣本。在一取樣器中，代替彈簧320施力於移動的活塞318，可以設置一氣室來代替彈簧320，以致當閥門306開啟時，外部井孔流體將導致活塞318對著氣室移動而使得井孔流體能夠進入腔室312。在收集到流體樣本之後，閥門306可以關閉(回應於沿著光纖302向下傳送並由轉換器304接收的光信號)。
另外，一種光纖取樣器不包含如上述的光纖取樣器之中的可移動活塞。相反，此取樣器包含內為真空的瓶器或腔室。當由沿光纖向下傳輸的光信號予以控制的閥門被開啟時，井孔流體衝進瓶器，而後閥門可以關閉。
按照另一實施例，光譜儀400包含光纖402和槽道或腔室404，後者裝有將會利用光譜學予以分析的流體。光纖402具有由聯接器406聯接於第二光纖分段408的第一分段404。第二光纖分段408聯接於流體槽道或腔室404，而第三光纖分段410聯接於流體槽道或腔室404的另一側。延遲器件412任由選擇地設置在第三光纖分段410中以形成返回地面光線的某種型式的延遲。
在操作中，輸入光線被傳送而經過從光纖分段404轉移到第二光纖分段408的光纖402。輸入光線穿過流體槽道或腔室404。各不同類型的流體有區別地吸收或削弱各不同波長的光線。在穿過流體槽道或腔室404之後，經過削弱或經過調製的光線前行而通過光纖分段410，穿過延遲器件412(如果存在的話)，以及經由聯接器406被傳輸回到第一光纖分段404。經過削弱或經過調製的光線沿著光纖402向上被傳送回到地面。
在示於圖18之中的光譜儀的一項不同實施例中，代替採用圖17的配置，光纖420在其端部處裝接於流體槽道或腔室422。鏡子或其它類型的反射裝置424設置在流體槽道或腔室422的另一側上。沿著光纖420向下傳送的光線穿過流體槽道或腔室400中的流體，並由鏡子或其它反射裝置424反射回來經過槽道或腔室422而回到光纖420。經過削弱的光線(已經穿過槽道或腔室422兩次)被傳送回到地面用於處理。
在又一另外的實施例中，一種折射測定儀通過將光纖一端安放到流體中而予以設置。光線經由光纖被傳送到流體裡面。由流體反射的光量正比於流體相對於光纖的折射指數或正比於光纖前面的光窗。測得的折射指數提供對所述流體類型(比如氣體或液體)的指示。
按照又一另外的實施例，圖19示出傾角儀440，該傾角儀用於檢測傾角儀440裝接所在的一串工具的傾角。傾角儀440包含塊體442，該塊體裝接於光纖分段444、446和448(圖20)。塊體442的另一側也以類似方式連接於各光纖分段。光纖分段444、446和448可以是部分的同一光纖，或者部分的不同光纖。為了使得各光纖分段以圖19和20中示出的方式裝接於塊體442，單獨一根光纖穿通塊體442和壁板451上的孔口。光纖(在450處)回送並穿通壁板451且在不同的部位處穿通塊體442。多次重複穿通可形成圖19和20之中所示的多個光纖分段。塊體442和裝接的各光纖分段位於由箱殼454和壁板456與452限定的腔室452之中。
FBG 458、460和462設置在每一相應的光纖分段444、446和448上。塊體442的各不同取嚮導致各不同的應變加在光纖分段444、446和448上，這導致FBG 458、460和462有區別地調製穿過相應各分段的各光信號。
在又一另外的實施例中，有可能以光學方式確定工具的主軸線相對於磁力的位置。這可以通過採用磁致伸縮材料予以實現，即以光學方式詢問羅盤或以磁性方式詢問羅盤並以類似於上述各套管接箍定位器的方式將信號編碼於光纖。
圖21表明伽馬射線檢測器600，其包含箱殼602，該箱殼內裝閃爍晶體604和光纖分段606。閃爍晶體604可將伽馬射線量子轉換為光量子。不過，由閃爍晶體604生成的光量子是比經由光纖傳送的紅外波段信號短的波長信號。按照本發明的一些實施例，由閃爍晶體604生成的光量子由檢測器608轉換為或是電信號或是光信號。如果轉換為光信號，此光信號適於經過光纖606被傳送回到地面。不過，如果檢測器606將出自閃爍晶體604的光量子轉換為電信號，此電信號被提供給一光發射器或調製器610。如果給一調製器，則從地面沿著光纖606向下傳送到調製器610的發射的光信號以某種方式被改變或調製並被反射回到地面。不過，如果採用一光發射器，則由檢測器608提供的電信號用於控制由光發射器產生並經過光纖606傳送回到地面的光信號。
按照另外的各實施例，阻抗測定儀620包括箱殼622，內裝光纖624和626，以及電極628、630、632和634，用於測定周圍地層的電阻率。光纖626接收由地面發射的光線，同時發射的光線由檢測器628接收而將光信號轉換為電信號。電信號提供給電極628和634，後者產生進入周圍地層的電流。電流由電極630和632接收，而電流具有由周圍地層的電阻率確定的特性。由電極630和632接收的電流被轉換為激發壓電(PZT)器件636的電壓。壓電器件636設置得靠近光幹涉儀642，後者位於FBG 638與640之間。光幹涉儀642導致光纖624中光信號路徑長度上的變化。這種調製能使地面設備檢測正在受測的某一地層的電阻率。除了測定地層電阻率，測定儀620還可以用於確定多相流動、腐蝕監視以及其他之中的水容積份額估量。
在如圖22所示的另一實施例中，代替採用各電極來測定電阻率或其他特性，採用了感應線圈650、652、654和656。在此實施例中，光纖658傳送光線向下達到光纖端部，由檢測器655接收。檢測器655將光信號轉換為電信號，導致感應線圈生成磁場。生成的磁場具有依賴於周圍地層電阻率的特性。磁場由聯接於壓電器件660的感應線圈650和652予以檢測。壓電器件660可調製設置在FBG 664與666之間的光幹涉儀662。這種調製因而由依賴於周圍地層電阻率的磁場予以控制。
在另外一些實施例中，光纖技術可以用在其它場合。比如，一組FBG傳感器可以添加於光纖中以提供多點溫度、應變、壓力、聲壓和多種其他測量結果。另外，光纖陀螺可以用於協助有導引地進入各種複合式油井。另外，可以採用若干種類的光學水聲儀和加速儀。
在又一另外的應用中，可以採用水聲儀或加速儀的組合，帶有由光線供能以產生諸如「砰聲」的聲學信號的各壓電變換器。作為一個事例，這樣能夠利用音速儀來測定音速。
為了加強靈活性，一組傳感或其他裝置可以聯接於一根光纖，同時設置各濾光器以使得每一傳感器或裝置能夠在不同的波長下工作。比如，如圖24之中所示，光纖800聯接於多路器/多路信號分離器802。多路器802有效地內裝各濾光器以發送具有第一波長(λ1)的光信號經過第一光纖分段804，發送具有第二波長(λ2)的光信號經過第二光纖分段806，發送具有第三波長(λ3)的光信號經過第三光纖分段808，發送具有第四波長(λ4)的光信號經過第四光纖分段810，以及發送具有第五波長(λ5)的光信號經過第五光纖分段812。不同的傳感器或裝置可以連接於不同的光纖分段804、806、808、810和812以使得這些裝置在不同的波長下工作。
圖25表明時間分割多路(TDM)配置，其中光脈衝用以詢問多個傳感器或裝置。TDM依靠於在不同時刻向不同的傳感器和裝置發送光信號。如圖26之中所示，這是通過沿著一段光纖826設置延遲器件820、822和824來實現的。分流器828、830、832和834聯接於相應的各裝置或傳感器以發送光信號到這些裝置或傳感器。因而，從油井地面發射的光信號被提供給聯接於第一分流器828的傳感器或裝置。這種信號由延遲器件820使之延遲，而第一延遲光信號由聯接器830傳遞到其相應的傳感器或裝置。針對其餘的各延遲器件和聯接器，這一過程一再重複。
圖26示出不同的TDM配置，其中接收光信號而光纖分段840聯接到四個分段842、844、846和848。第一光纖分段842不具有延遲器件。第二光纖分段844具有一個延遲器件850。第三光纖分段846包含兩個延遲器件852。第四光纖分段848具有三個延遲器件854。
雖然本發明已經相對於有限數量的實施例予以闡明，但得益於本公開內容的本領域技術人員將會從中意識到許多修改和變更。所希望的是，各項權利要求可概括屬於本發明真實精神和範疇之內的所有這種修改和變更。
權利要求
1.一種測井系統，包括測井設備，適於配置在井孔內並包含至少一個纖維光學傳感器；纖維光學導線，與纖維光學傳感器形成光學連通；以及纖維光學傳感器適於通過纖維光學導線在實時基礎上傳送數據。
2.按照權利要求1所述的系統，其中所述數據包括至少一種井孔環境測定結果。
3.按照權利要求1所述的系統，其中數據包括來自測井設備的狀況數據。
4.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線裝入一平滑電纜。
5.按照權利要求4所述的系統，其中測井設備裝接於平滑電纜。
6.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線裝入一編織電纜。
7.按照權利要求6所述的系統，其中編織電纜還包含至少一條電氣導線。
8.按照權利要求6所述的系統，其中測井設備裝接於編織電纜。
9.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線配置在一導管中。
10.按照權利要求9所述的系統，其中啟動信號經過導管被送出以啟動至少一部安放在井下的裝置。
11.按照權利要求10所述的系統，其中啟動信號是一液壓信號。
12.按照權利要求11所述的系統，其中至少一部裝置是封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或一牽引器之中的一部。
13.按照權利要求9所述的系統，其中導管是管筒。
14.按照權利要求9所述的系統，其中導管是盤卷管筒。
15.按照權利要求9所述的系統，其中導管配置在盤卷管筒中。
16.按照權利要求9所述的系統，其中測井設備裝接於導管。
17.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線配置得穿過裝設在井口裝置上的填料盒。
18.按照權利要求17所述的系統，其中填料盒形成與纖維光學導線的密封。
19.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線是從安放在井孔地面的捲軸處配置的。
20.按照權利要求19所述的系統，其中捲軸安放在車輛上。
21.按照權利要求19所述的系統，其中測井設備在同一井孔中配置和收回多次。
22.按照權利要求20所述的系統，其中測井設備從多個井孔處配置和收回。
23.按照權利要求19所述的系統，還包括光學滑環，在功能上關聯於捲軸和纖維光學導線；探測裝置，在地面處裝接於纖維光學導線；此光學滑環適於光學數據傳輸到靜力探測裝置，同時其中的導管和纖維光學導線在捲軸上移進和移出井孔。
24.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線光連接於適於接收數據的探測裝置。
25.按照權利要求24所述的系統，其中探測裝置處理數據。
26.按照權利要求9所述的系統，其中發射器安放在井孔地面處；調製器安放在井下；發射器發射光學信號給調製器；以及調製器調製光學信號從而使返回光學信號以所述數據編碼。
27.按照權利要求1所述的系統，其中發射器安放在井孔地面處；調製器安放在井下；發射器發射光學信號給調製器；以及調製器調製光學信號從而使返回光學信號以所述數據編碼。
28.按照權利要求1所述的系統，其中發射器安放在井下；以及發射器基於至少一個纖維光學傳感器的讀數經過纖維光學導線發送各光學信號。
29.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器可將返回光學信號反射回探測裝置，所述信號帶有編碼在其中的相關測定結果。
30.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學傳感器、套管箍定位器、流動傳感器、化學性質傳感器、伽馬射線儀、光學流體分析器、陀螺儀、水質檢測傳感器、氣體檢測傳感器、石油檢測傳感器、壓差傳感器、光譜計、傾角儀、相對方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應變傳感器、檢漏計、加速計、音速儀、電阻傳感器，或者電感傳感器的至少其中之一。
31.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線起到分布式溫度傳感器的作用。
32.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線起到分布式應變傳感器的作用。
33.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線起到聲學陣列的作用。
34.按照權利要求1所述的系統，其中許多纖維光學導線與測井設備形成光學連通。
35.按照權利要求1所述的系統，其中經過纖維光學導線發送的各光學信號啟動至少一部安放在井下的裝置。
36.按照權利要求35所述的系統，其中光電轉換器接收光學信號並能夠啟動至少一部裝置。
37.按照權利要求35所述的系統，其中此至少一部裝置包括封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、或者牽引器的至少其中之一。
38.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括壓電材料以施加應變在一段纖維光學導線上。
39.按照權利要求38所述的系統，其中纖維光學傳感器包括纖維布萊格(Bragg)光柵，該光柵設置在此段纖維光學導線上。
40.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括塗在至少一段纖維光學導線上的磁致伸縮敷層。
41.按照權利要求40所述的系統，其中纖維光學傳感器包括磁體以生成磁場而導致磁致伸縮敷層施加應變在至少一段纖維光學導線上。
42.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括旋轉器，其可回應於一項井特徵而轉動。
43.按照權利要求42所述的系統，其中纖維光學傳感器還包括磁體，該磁體裝接成與旋轉器一起轉動，該磁體在線圈中激發電能。
44.按照權利要求43所述的系統，其中纖維光學傳感器還包括壓電材料，回應於來自線圈的電能而在一段纖維光學導線上施加應變。
45.按照權利要求42所述的系統，還包括鏡子，其中旋轉器包括一具有至少一個孔口的器件，其中旋轉器的轉動導致鏡子通過孔口間斷地暴露於纖維光學導線中的光線。
46.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括光譜計和折射測量裝置的其中之一。
47.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括裝有某種流體的槽道和腔室的其中之一，經過纖維光學導線傳送的光線通過槽道和腔室的其中之一。
48.按照權利要求47所述的系統，其中纖維光學傳感器還包括在槽道或腔室一側上的第一光學纖維分段，以及在槽道或腔室另一側上的第二光學纖維分段。
49.按照權利要求47所述的系統，其中纖維光學傳感器還包括靠近槽道或腔室的反射器。
50.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括具有由多個光學纖維分段支承的塊體的傾角儀。
51.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括羅盤。
52.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括伽馬射線檢測器。
53.按照權利要求52所述的系統，其中伽馬射線檢測器包括閃爍晶體和一器件，該器件將閃爍晶體產生的光線光學轉換為光信號和電信號的其中之一。
54.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括阻抗電極。
55.按照權利要求54所述的系統，其中纖維光學傳感器包括壓電器件，該器件回應於各阻抗電極至少之一而施加應變在一部分纖維光學導線上。
56.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學傳感器包括感應線圈和一壓電器件，後者回應於感應線圈的電壓而施加應變在一部分纖維光學導線上。
57.按照權利要求1所述的系統，還包括聯接於纖維光學導線的第二纖維光學傳感器；以及波長分割多路器件，其使纖維光學傳感器能夠響應於各不同波長的光信號。
58.按照權利要求1所述的系統，還包括聯接於纖維光學導線的第二纖維光學傳感器；以及時間分割多路器件，其使在不同時刻能夠連通纖維光學傳感器。
59.按照權利要求1所述的系統，還包括一井下調製器以調製纖維光學導線中的光學信號。
60.按照權利要求59所述的系統，其中調製器是一光學幹涉計。
61.按照權利要求1所述的系統，其中纖維光學導線包含以某一斜角切割的端部。
62.按照權利要求59所述的系統，其中調製器相對於纖維光學導線移動以導致調製光信號。
63.按照權利要求59所述的系統，其中調製器包括壓電器件以在一部分纖維光學導線上施加應變。
64.一種適於設置在井孔之內的纖維光學傳感器，包括承載光信號的纖維光學導線；適於在接觸於流經井孔的各種流體時旋轉的旋轉器；以及功能上連接於旋轉器的調製器，所述調製器取決於旋轉器的旋轉來調製光信號。
65.按照權利要求64所述的傳感器，其中調製器位於旋轉器上，且旋轉器和調製器構造成使得旋轉器每次轉動調製器至少調準於纖維光學導線一次。
66.按照權利要求65所述的傳感器，其中每當調製器成為調準於纖維光學導線時，脈衝經由纖維光學導線予以反射；以及探測裝置接收經過反射的脈衝並根據經過反射的各脈衝的接收頻率確定井孔各流體的速度。
67.按照權利要求65所述的傳感器，其中旋轉器包含一葉片，該葉片聯接於一圓盤。
68.按照權利要求67所述的傳感器，其中葉片位於箱殼之外的圓盤位於箱殼之內。
69.按照權利要求67所述的傳感器，其中箱殼是密封的。
70.按照權利要求69所述的傳感器，其中葉片和圓盤越過箱殼磁性聯接。
71.按照權利要求67所述的傳感器，其中調製器位於圓盤上。
72.按照權利要求71所述的傳感器，其中調製器位於圓盤的一側。
73.按照權利要求64所述的傳感器，其中光信號是通過施加應變在纖維光學導線上而予以調製上。
74.按照權利要求73所述的傳感器，其中調製器包括結合在纖維光學導線上的纖維布萊格光柵。
75.按照權利要求73所述的傳感器，還包括聯接於旋轉器的永久磁體；裝接於箱殼的線圈；以及其中永久磁體和線圈在旋轉器轉動時成為磁性連接。
76.按照權利要求75所述的傳感器，其中磁性連接產生一電壓，該電壓導致以機械方式聯接於纖維光學導線的壓電材料使纖維光學導線發生壓縮和應變。
77.一套管接箍定位器，其適於檢測設置在井孔之中的各套管接箍，包括纖維光學導線，其傳送光信號；磁性裝置，其適於在磁性裝置經過套管接箍時磁性連接於一套管接箍；調製器，其功能上連接於磁性裝置；其中光信號當磁性裝置經過套管接箍時由調製器予以調製。
78.按照權利要求77所述的定位器，其中調製器是一光學幹涉計。
79.按照權利要求77所述的定位器，其中磁性裝置在磁性裝置經過一套管接箍時使調製器調準於纖維光學導線並在調製器調準於纖維光學導線時調製光信號。
80.按照權利要求79所述的定位器，其中每當調製器成為調準於纖維光學導線時脈衝經由纖維光學導線予以反射；以及探測裝置接收經過反射的脈衝並從而識別對套管接箍的檢測。
81.按照權利要求77所述的定位器，其中光信號通過在纖維光學導線上施加應變而予以調製。
82.按照權利要求81所述的定位器，其中調製器包括結合在纖維光學導線上的纖維布萊格光柵。
83.按照權利要求81所述的定位器，其中磁性裝置包括永久磁體和線圈。
84.按照權利要求81所述的定位器，其中磁性連接產生一電壓，該電壓導致以機械方式聯接於纖維光學導線的壓電材料使纖維光學導線發生壓縮和應變。
85.按照權利要求77所述的定位器，其中調製器相對於纖維光學導線移動以導致光信號的調製。
86.按照權利要求85所述的定位器，其中磁性裝置包括永久磁體和活動磁體，而活動磁體在磁性裝置經過套管接箍時相對於永久磁體移動。
87.按照權利要求86所述的定位器，其中活動磁體的移動導致調製器相對於纖維光學導線移動。
88.按照權利要求87所述的定位器，其中活動磁體由彈簧推壓到一靜止位置。
89.按照權利要求87所述的定位器，其中調製器包括一部件，該部件具有交替安放的黑色和白色導線。
90.一種測井方法，包括在包含至少一個纖維光學傳感器的井孔中配置測井設備；從纖維光學傳感器發送數據；以及通過與纖維光學傳感器形成光學連通的纖維光學導線在實時基礎上將數據傳輸到井孔地面。
91.按照權利要求90所述的方法，其中所述數據包括井孔環境的至少一項測定結果。
92.按照權利要求90所述的方法，其中數據包括測井設備的狀況。
93.按照權利要求90所述的方法，還包括在平滑導線或編織電纜其中之一內配置纖維光學導線。
94.按照權利要求92所述的方法，還包括在導管中配置纖維光學導線。
95.按照權利要求94所述的方法，還包括經由導管發送啟動信號以啟動至少一部位於井下的裝置。
96.按照權利要求95所述的方法，其中啟動信號包括液壓信號。
97.按照權利要求96所述的方法，其中至少一部裝置包括封隔器、成型彈藥、流動控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的其中之一。
98.按照權利要求94所述的方法，其中導管是管筒。
99.按照權利要求94所述的方法，其中導管是盤卷管筒。
100.按照權利要求94所述的方法，還包括將測井設備裝接於導管。
101.按照權利要求94所述的方法，還包括從位於井孔地面的捲軸處配置導管。
102.按照權利要求101所述的方法，還包括將捲軸定位在車輛上。
103.按照權利要求90所述的方法，還包括在同一井孔中多次配置和收回測井設備。
104.按照權利要求90所述的方法，還包括在光學連接於纖維光學導線的探測裝置中接收數據。
105.按照權利要求90所述的方法，還包括從位於井孔地面處的發射器發射光信號到位於井下的調製器；以及調製光信號以致所述返回光信號印有數據。
106.按照權利要求90所述的方法，還包括將返回光信號反射回探測裝置，在所述信號包括編碼在其中的相關測定結果。
107.按照權利要求90所述的方法，其中纖維光學傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學傳感器、套管接箍定位器、流動傳感器、化學性質傳感器、氣體檢測傳感器、石油檢測傳感器、壓差傳感器、分布式應變傳感器、檢漏器、加速計、音速儀、阻抗傳感器或電感傳感器的至少其中之一。
108.按照權利要求90所述的方法，其中纖維光學導線起到分布式溫度傳感器的作用。
109.按照權利要求108所述的方法，其中纖維光學導線起到分布式應變傳感器的作用。
110.按照權利要求90所述的方法，其中纖維光學導線起到聲學陣列的作用。
111.按照權利要求90所述的方法，其中多個纖維光學導線與測井設備形成光學連通。
112.按照權利要求90所述的方法，還包括經由纖維光學導線發送光信號以啟動至少一部位於井下的裝置。
113.按照權利要求112所述的方法，其中至少一部裝置包括封隔器、成形彈藥、流量控制閥、套筒閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的至少其中之一。
114.按照權利要求105所述的方法，其中調製包括施加應變在纖維光學導線上。
115.按照權利要求105所述的方法，其中調製包括改變光學幹涉儀中的光徑。
116.按照權利要求105所述的方法，其中調製包括相對於纖維光學導線移動調製器。
117.一種計算井孔中流體流動的方法，包括設置旋轉器，其適於在接觸於流經井孔的各種流體時發生旋轉；以及按照旋轉器的旋轉調製經由纖維光學導線傳送的光信號。
118.按照權利要求117所述的方法，其中調製步驟包括每次旋轉器轉動使調製器調準於纖維光學導線一次。
119.按照權利要求118所述的方法，還包括根據調製的頻率確定各井孔流體的速度。
120.按照權利要求117所述的方法，其中調製步驟包括在纖維光學導線上施加應變。
121.按照權利要求120所述的方法，其中施加步驟包括建立關於旋轉器轉動的磁性連接；以及生成一電壓，該電壓導致以機械方式聯接於纖維光學導線的壓電材料使纖維光學導線發生壓縮和應變。
122.一種用於鑑別設置在井孔中的各套管接箍的位置的方法，包括設置一磁性裝置，其適於在磁性裝置經過套管接箍時成為磁性連接於套管接箍；以及當磁性裝置經過套管接箍時調製經由纖維光學導線傳送的光信號。
123.按照權利要求122所述的方法，其中調製步驟包括當磁性裝置經過套管接箍時使調製器調準於纖維光學導線。
124.按照權利要求122所述的方法，其中調製步驟包括在纖維光學導線上施加應變。
125.按照權利要求124所述的方法，其中施加步驟包括當磁性裝置經過套管接箍時建立磁性裝置與套管接箍之間的磁性連接；以及生成一電壓，該電壓導致以機械方式聯接於纖維光學導線的壓電材料使纖維光學導線發生壓縮和應變。
126.按照權利要求122所述的方法，其中調製步驟包括使調製器相對於纖維光學導線移動。
127.按照權利要求126所述的方法，其中移動步驟包括當磁性裝置經過套管接箍時相對於永久磁體移動一活動磁體。
128.按照權利要求127所述的方法，還包括使用彈簧推壓活動磁體到靜止位置。
129.一種用在地下油井中的系統，包括一導管，從井孔地面伸向井底；一纖維光學導線，位於導管之內；導管適於傳送啟動信號以啟動至少一部位於井下的裝置；纖維光學導線適於傳送光信號；以及其中導管傳送啟動信號而纖維光學導線同時傳送光信號。
130.按照權利要求129所述的方法，其中啟動信號包括液壓信號。
131.按照權利要求129所述的方法，其中光信號包括啟動至少一部位於井下的裝置的信號。
132.按照權利要求129所述的方法，其中光學信號包括數據。
133.一種用於在地下油井中傳送信號的方法，包括設置導管，其從井孔地面伸向井底；在導管之內設置纖維光學導線；經由導管傳送啟動信號以啟動至少一部位於井下的裝置；以及與傳送啟動信號步驟同時經由纖維光學導線傳送光信號。
134.一種系統，包括纖維光學導線；以及回應於纖維光學導線中光信號的裝置，此裝置包括回應於光信號的閥門；以及腔室，所述閥門控制腔室與井孔環境之間的流體連通。
135.按照權利要求134所述的系統，其中裝置包括示蹤劑注入裝置。
136.按照權利要求134所述的系統，其中裝置包括取樣裝置。
137.按照權利要求136所述的系統，其中取樣裝置包括一瓶器，該瓶器在開啟閥門之前為真空。
138.一種測井系統，包括適於配置在井孔之中的設備；與設備形成光學連通的纖維光學導線；以及所述設備包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲學傳感器、套管接箍定位器、流動傳感器、化學性質傳感器、伽馬射線儀、光學流體分析器、陀螺儀、水檢測傳感器、氣體檢測傳感器、石油檢測傳感器、壓差傳感器、光譜計、傾角儀、相對方位傳感器、分布式溫度傳感器、分布式應變傳感器、檢漏儀、加速計、音速儀、阻抗傳感器、電感傳感器、分光計、折射測定裝置、示蹤劑注入工具、封隔器、成形彈藥、流量控制閥、球形閥、取樣器、傳感器、泵具或牽引器的至少其中之一。
全文摘要
一種測井系統和方法，包括測井設備，其適於配置在井孔環境之中，此測井設備包含至少一部傳感器，該傳感器用於從事井孔環境的測定。所述傳感器是纖維光學傳感器，此系統包含光學連通於所述傳感器的纖維光學導線。由傳感器測定的數據在實時基礎上經由纖維光學導線被傳送給地面。在地面處數據被處理成實時顯示。在一項實施例中，纖維光學傳感器是一種不需要電力或電池電源的無源傳感器。在另一實施例中，一端在地面處而另一端在井孔中的連續管筒裝接於測井設備並包含設置在其中的纖維光學導線。
文檔編號E21B47/10GK1723332SQ03824747
公開日2006年1月18日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年8月30日
發明者羅傑裡奧·T·拉莫斯, 奈傑爾·萊格特 申請人:高速傳感器有限公司