專利名稱：利用撓性管中光纖的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體而言涉及地下井操作，更具體地說，涉及在撓性管(coiledtubing)操作中光纖和光纖部件諸如系纜(tethers)和傳感器的使用。
背景技術(shù)：
在地下井的使用期限期間，諸如在油田所鉆的那些地下井，例如，經(jīng)常需要或期望對井進(jìn)行維護(hù)來延長井的壽命、提高產(chǎn)量，進(jìn)入地下區(qū)域、或補救在操作期間發(fā)生的情況。已知撓性管可用于這種維護(hù)。使用撓性管比使用連接管和鉆探設(shè)備來對井進(jìn)行維護(hù)更快更經(jīng)濟(jì)，并且撓性管有可能傳輸?shù)讲淮怪被蚨喾植娴木壑小?br> 當(dāng)撓性管操作進(jìn)行一些深入地表下的動作時，在地面的人員或設(shè)備控制操作。然而，在地面上一般缺乏井下?lián)闲怨懿僮鳡顟B(tài)的信息。在井下儀器與地面之間可能沒有清楚的數(shù)據(jù)傳輸時，并非總是可能知道井眼的情況或儀器所處的狀態(tài)。
撓性管對涉及流體的井處理特別有用，一種或多種流體通過撓性管的空芯泵入井眼或向下泵送到撓性管與井眼之間的環(huán)形空間。這種處理包括循環(huán)井、清除淤積、激勵儲油層、去除氧化層和壓裂、隔離區(qū)域等。撓性管可以將這些流體設(shè)置在井眼的具體深度。撓性管也用于插入井眼，例如，捕撈丟失的設(shè)備，或安置或操縱井眼中的設(shè)備。
在壓力下將撓性管伸入井眼時，連續(xù)長度的撓性管經(jīng)過井口密封從卷軸通過并且進(jìn)入井眼。通過撓性管的流體流動也可以用于提供液壓動力給同撓性管末端相連接的井下儀器串。一般的井下儀器串包括一個或多個止回閥，如果管子斷裂，止回閥關(guān)閉并且防止井中流體的漏出。因為流動的要求，一般沒有井下儀器串與地面之間的直接數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。用于撓性管的其它器件可以液壓觸發(fā)。有些器件諸如試車工具(running tools)可以通過連續(xù)推拉井下儀器串來觸發(fā)，但是地面操作員還是難以知道井下儀器串的狀態(tài)。
同樣，能夠精確地估計井下儀器串在井眼中的深度是很重要的。然而，當(dāng)撓性管向下輸入套管時，因為它經(jīng)過螺旋盤繞，直接測量連接井下儀器串并注入井眼的撓性管的長度不能精確地表示井下儀器串深度。這種螺旋盤繞的結(jié)果使伸入撓性管中的儀器估計深度不可預(yù)知。
從很深的地下收集和傳輸準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)到地面很困難，經(jīng)常導(dǎo)致將錯誤表示的井下條件傳給對井下操作決定的操作人員。期望將井眼操作的信息傳輸?shù)降孛?，特別期望實時傳輸信息，以讓操作被調(diào)整。這樣會提高效率和降低井眼操作的成本。例如，這種信息的獲得讓操作人員更好地操作位于井眼中的井下儀器串，更精確地確定井下儀器串的位置，或確認(rèn)井眼操作的正確執(zhí)行。
已知將井眼操作的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴姆椒?，諸如，使用流體脈沖和電纜。這些方法的每一種具有不同的缺點。泥漿脈沖(mud-pulse)遙測法使用流體脈沖傳輸在地面調(diào)制的壓力波。然后，解調(diào)這種波，以恢復(fù)傳輸?shù)谋忍亍＿@種遙控法可以以每秒很小的比特數(shù)、但是以較高的數(shù)據(jù)速度提供數(shù)據(jù)，信號被流體性能嚴(yán)重衰減。而且，泥漿脈沖遙測法產(chǎn)生它的信號的方式無疑需要臨時阻礙流動。這經(jīng)常是井中操作不期望的。
已知在井眼操作期間使用具有撓性管的電纜來傳輸信息。如在美國專利5,434,395中建議用撓性管配置電纜，電纜伸出到撓性管外面。這種外部配置操作上困難，并且具有干擾井眼完井的風(fēng)險。需要特殊的設(shè)備和程序，當(dāng)它展開時電纜卷繞撓性管的可能性使這種方法不理想。諸如在美國專利5,542,471教導(dǎo)的另一種技術(shù)，依靠在撓性管本身的壁厚內(nèi)嵌入的電纜或數(shù)據(jù)信道。這種結(jié)構(gòu)具有撓性管的整個內(nèi)徑可以用于泵送流體的優(yōu)點，但是，也具有明顯的缺點，沒有方便的方法來修理這種油田中的撓性管。在撓性管操作期間撓性管被損壞是常見的，在這種情況下，損傷的部分需要從螺旋管中去除，并且將剩下的件重新焊接在一起。在存在嵌入電纜或數(shù)據(jù)信道時，這種焊接操作會變復(fù)雜或不可簡單地完成。
在撓性管中配置電纜是已知的。盡管這種方法具有一定的功能，也有缺點。首先，將電纜導(dǎo)入撓性管卷中不是微不足道的。流體用于將電纜傳輸?shù)綋闲怨苤?，需要大的高壓絞盤來與流體一起移動電纜。Bryle W.等、題為“Means For Placing Cable Within Coiled Tubing(在撓性管內(nèi)放置電纜的裝置)”的美國專利No.5,573,225描述一種將電纜安裝到撓性管中的裝置，在此并入作為參考。
除了將電纜安裝到撓性管的困難之外，電纜相對于撓性管內(nèi)徑的相對尺寸以及電纜的重量和成本，阻礙電纜在撓性管內(nèi)的使用。
用于撓性管操作的電纜直徑通常是0.25-0.3英寸(0.635-0.762cm)，而撓性管內(nèi)徑一般是在1-2.5英寸(2.54-6.350cm)范圍內(nèi)。相當(dāng)大外徑的電纜與相當(dāng)小內(nèi)徑的撓性管相比，不理想地減小管子用于流體流動的橫截面面積。此外，大的電纜外表面面積對通過撓性管泵送的流體具有摩擦阻力。
電纜的重量對它在撓性管中的使用還有另一個缺點。用于油田撓性管操作的已知電纜重達(dá)0.35lb/ft(2.91kg/m)，使得2,000ft(6096cm)長度的電纜會給撓性管線的重量增加另外的7,000lb(3175kg)。與之相比，一般1.25英寸(3.175cm)的撓性管線重量大約為1.5lb/ft(12.5kg/m)，2,000ft(6096cm)的管線獲得的重量為30,000lb(13608Kg)。因此，電纜增加系統(tǒng)重量大約25％。這種笨重的設(shè)備難以操縱，并且阻礙在油田安裝配備撓性管的電纜。而且，電纜的重量會使它以不同于管子延長的速度、在它的自重下延長，這樣會導(dǎo)致電纜松弛地導(dǎo)入。必須控制松弛，以避免撓性管中電纜的斷裂和纏結(jié)(“結(jié)團(tuán)”)?？刂扑沙诎ㄔ谟行┣闆r下修剪電纜或切斷撓性管線，以給予足夠的電纜松弛，這樣既增加操作時間，又耗費撓性管操作。
對于數(shù)據(jù)傳輸，在撓性管內(nèi)部使用電纜具有其它困難。例如，為了恢復(fù)離開電纜中傳輸線上的數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)收集器，數(shù)據(jù)收集器能夠隨卷軸旋轉(zhuǎn)，同時不纏結(jié)卷軸外面的導(dǎo)線部分(例如，連接地面計算機(jī)的導(dǎo)線)。這種已知的裝置容易出故障并且昂貴。此外，由于撓性管中流體的流動，電纜本身遭受磨損和退化。電纜護(hù)層的外層同樣會產(chǎn)生操作上的困難。在有些井的操作中，修剪撓性管，以盡可能地密封井眼。優(yōu)選切斷撓性管的修剪，但是，一般切斷具有護(hù)層的電纜效率不高。
如上所述，顯而易見需要這樣的系統(tǒng)和方法，利用撓性管將井眼操作的數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)降孛?，不阻礙井眼操作。該系統(tǒng)和方法及時收集和傳輸該信息，效率和成本效率方式特別理想。本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供在井眼中工作或進(jìn)行井下操作或井處理的系統(tǒng)、裝置和方法，包括將光纜(fiber optic tether)伸入撓性管中、將撓性管伸入井眼，并利用光纜傳輸井下信息。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種處理與井眼交叉的地下地層的方法，包括將光纜伸入撓性管中，將撓性管伸入井眼中，進(jìn)行井處理操作，測量井眼中的性能，和利用光纜傳送所測量的性能。井處理操作包括至少一個可調(diào)參數(shù)，該方法包括調(diào)整參數(shù)。該方法在這些方面特別理想，進(jìn)行井處理操作的同時測量性能，調(diào)整井處理操作的參數(shù)或?qū)崟r進(jìn)行測量和所測量性能的傳送。經(jīng)常是井處理包括將至少一種流體注入井眼，諸如將流體注入撓性管，或?qū)⒘黧w注入井眼環(huán)形空間，或者兩者都注入。在有些操作中，多于一種流體注入撓性管和環(huán)形空間中，或不同流體注入撓性管和環(huán)形空間中。井處理操作包括提供流體來激勵來自地下地層的碳?xì)浠衔锪髁炕蜃柚箒碜缘叵碌貙拥牡乃髁俊Ｔ谟行嵤├?，井處理操作包括?jīng)由光纜與井眼中的儀器通信，特別是，從地面設(shè)備到井眼儀器的通信。所測量的性能可以是井下測量的任何性能，包括但不限于壓力、溫度、pH值、沉淀量、流體溫度、深度、存在的氣體、化學(xué)發(fā)光、伽馬射線、電阻率、鹽度、流體流動、流體可壓縮性、儀器位置、套筒接箍定位器的存在、儀器狀態(tài)和儀器方向。在具體實施例中，所測量的性能可以是在井眼間隔(an interval of a wellbore)諸如在多邊井的分支上測量值的分布范圍。井處理操作的參數(shù)可以是調(diào)整的任何參數(shù)，包括但不限于注射流體的量、一組注射流體中每種流體的相對比例、一組注射材料中每種材料的化學(xué)濃度、泵入環(huán)形空間的流體與泵入撓性管的流體的相對比例、要釋放的催化劑的濃度、聚合物的濃度、支撐劑的濃度、和撓性管的位置。該方法還涉及從井眼收回?fù)闲怨芑驅(qū)⒐饫|留在井眼中。
在一個實施例中，本發(fā)明涉及進(jìn)行在井下操作的方法，包括將光纜伸入撓性管中，將撓性管伸入井中，至少進(jìn)行以下步驟的一個處理步驟通過光纜將控制系統(tǒng)的控制信號傳輸?shù)竭B接撓性管的井眼設(shè)備，通過光纜將井眼設(shè)備的信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，或通過光纜將由光纜測量的性能傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。該方法還包括從井收回?fù)闲怨?，或?qū)闲怨芰粼诰?。一般說來，通過將流體泵送到撓性管，光纜伸入撓性管中。光纜可以在卷繞或退繞時伸入撓性管中。該方法還包括測量性能。在某些實施例中，可以實時進(jìn)行測量。所測量的性能可以是井下測量的任何性能，包括但不限于底孔壓力、底孔溫度、分布溫度、流體電阻率、pH值、壓縮/拉緊、力矩、井下流體流動、井下流體可壓縮性、儀器位置、伽馬射線、儀器方向、堅硬層高度、和套筒接箍位置。
本發(fā)明提供用于進(jìn)行在地下井眼中操作的裝置，包括適于設(shè)置在井眼中的撓性管，地面控制設(shè)備，至少一種連接撓性管的井眼裝置，和裝在撓性管中并且連接井眼裝置和地面控制設(shè)備的每一個的光纜，光纜至少包括一根光纖，從而可以傳輸光信號a)從至少一個井眼裝置到地面控制設(shè)備，b)從地面控制設(shè)備到至少一個井眼裝置，或c)從至少一個井眼裝置到地面控制設(shè)備和從地面控制設(shè)備到至少一個井眼裝置。在有些優(yōu)選實施例中，光纜是至少設(shè)置一根光纖的金屬管。可以提供地面或井下終端，或者兩者都提供。井眼裝置包括測量性能和產(chǎn)生輸出的測量裝置，和將測量裝置的輸出轉(zhuǎn)換成光信號的接口裝置。性能可以是在井眼中測量的任何性能，包括但不限于壓力、溫度、分布溫度、pH值、沉淀量、流體溫度、深度、化學(xué)發(fā)光、伽馬射線、電阻率、鹽度、流體流動、流體可壓縮性、粘度、壓縮、應(yīng)力、張力、儀器位置、儀器狀態(tài)、儀器方向及其組合。在有些實施例中，本發(fā)明的裝置包括進(jìn)入多邊井預(yù)定分支的裝置。在具體實施例中，井眼是多邊井，所測量的性能是儀器方向或儀器位置。
在有些實施例中，該裝置還包括響應(yīng)光信號調(diào)整操作的裝置，光信號由地面控制設(shè)備從至少一個井眼裝置接收。在有些實施例中，光纜包括多于一根光纜，其中光信號可以通過光纖從地面和控制設(shè)備傳輸?shù)街辽僖粋€井眼裝置，光信號可以通過不同的光纖從至少一個井眼裝置傳輸?shù)降孛婵刂圃O(shè)備。井眼裝置的類型包括照相機(jī)、測徑器、探針、套筒接箍定位器、傳感器、溫度傳感器、化學(xué)傳感器、壓力傳感器、近程傳感器、電阻率傳感器、電傳感器、激勵器、光學(xué)激活儀器、化學(xué)分析器、測流裝置、閥激勵器、引爆頭激勵器、儀器激勵器、換向閥、檢測閥、和流體分析器。本發(fā)明的裝置用于各種井眼操作，諸如基層激勵、淤積清除、壓裂、氧化層清除、區(qū)域隔離、鉆孔、井下流動控制、井下完井操縱、測井、捕撈、鉆井、選礦、測量物理性能、在井中定位一臺設(shè)備、在井眼中定位具體特征、控制閥、和控制儀器。
本發(fā)明還涉及確定井眼橫穿的地下地層的性能的方法，該方法包括將光纜伸入撓性管中，將測量儀器伸入撓性管中，利用測量儀器測量性能，和利用光纜傳送所測量的性能。在有些實施例中，該方法還包括從井眼收回?fù)闲怨芎蜏y量儀器。在優(yōu)選實施例中，性能實時傳送或在進(jìn)行井處理操作的同時傳送。
從廣義上說，本發(fā)明涉及在井眼中工作的方法，包括將光纜伸入撓性管中，將撓性管伸入井中，和進(jìn)行操作，其中操作由通過光纜傳輸?shù)男盘柨刂?，或操作包括通過光纜將信息從井眼傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備、或從地面設(shè)備傳輸?shù)骄邸?br> 結(jié)合附圖，通過實例解釋本發(fā)明原理的下面詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是用于井處理操作的撓性管(CT)設(shè)備的示意圖。
圖2A是沿示例性撓性管裝置的井下軸線的剖面圖，示例性撓性管裝置使用與撓性管操作結(jié)合的光纖系統(tǒng)。
圖2B是光纖撓性管裝置沿圖2(a)的剖面線a-a的剖面圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明光纜的地面終端的第一實施例的剖面圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明光纜的地面終端的第二實施例的剖面圖。
圖4是光纜井下終端的剖面圖。
圖5A或5B是一般情況下連接光纜的井下傳感器的示意圖，用于通過光纜上傳輸光信號，其中光信號表示所測量的性能。
圖6是使用具有本發(fā)明的光纜的撓性管裝置進(jìn)行的井處理的示意圖。
圖7是采用能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的撓性管線的光纖加強(qiáng)淤積清除操作的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的撓性管傳輸鉆孔系統(tǒng)的示意圖，其中能夠?qū)崿F(xiàn)撓性管裝置的光纖適于進(jìn)行鉆孔。
圖9是井下流動控制的示意圖，其中光纖控制閥用于控制井下和儲油層流體的流動。
具體實施例方式
在下面的詳細(xì)描述和附圖的幾幅圖中，相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。
根據(jù)本發(fā)明，使用具有設(shè)置在其中的光纜的撓性管，可以在井眼中進(jìn)行操作，諸如井處理操作，光纜能夠用于將信號或信息從井眼傳輸?shù)降孛?，或從地面?zhèn)鬏數(shù)骄?。這種系統(tǒng)在用現(xiàn)有技術(shù)傳輸方法進(jìn)行這種操作期間具有許多優(yōu)點，能夠在井眼操作中實現(xiàn)撓性管迄今為止許多不可獲得的使用。在本發(fā)明中光纖的使用具有重量輕、小的剖面的優(yōu)點，并且具有高帶寬性能。
參照圖1，示出在提供撓性管維護(hù)時使用的設(shè)備或在井下使用的操作的示意圖，特別是地面設(shè)備。撓性管設(shè)備可以用卡車101、滑道、或拖車運到井位?？ㄜ?01運送管子卷軸103，在其上保持、卷繞許多撓性管105。撓性管105的一端終止在卷軸探測裝置123的卷軸103的中心軸上，卷軸探測裝置123能夠使流體泵送到撓性管105中，同時讓卷軸旋轉(zhuǎn)。撓性管105的另一端經(jīng)過鵝頭頸109用注射頭107注入井眼121中。注射頭107通過各種地面井控制硬件將撓性管105注入井眼121中，諸如防裂裝置組111和主控制閥113。撓性管105可以在其井下端傳輸一個或多個儀器串或傳感器117。
撓性管卡車101可以是某種其它移動撓性管單元或在井位的永久安裝結(jié)構(gòu)。撓性管卡車101(或可選擇裝置)也攜帶一些地面控制設(shè)備119，一般包括計算機(jī)。地面控制設(shè)備119連接注射頭107和卷軸103，用于控制撓性管105到井121的注射?？刂圃O(shè)備119也用于控制儀器串和傳感器117的操作和用于將從儀器串和傳感器117收集的數(shù)據(jù)傳送到地面。監(jiān)控設(shè)備118可以與控制設(shè)備119一起提供或分開提供。在撓性管105與監(jiān)控設(shè)備118和/或控制設(shè)備119之間的連接可以是物理連接，如用通信線路，或可以是通過無線傳輸或已知通信協(xié)議諸如TCP/IP的虛擬連接。用于本發(fā)明的一種無線通信系統(tǒng)在美國專利申請No.10/926,522中描述，其全部內(nèi)容在此并入作為參考。用這種方法，用可能監(jiān)控設(shè)備118放在距離井眼一定距離的位置。而且，監(jiān)控設(shè)備118用諸如美國專利6,519,568所述的一些方法，依次將接收的信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場以外的位置，這篇美國專利在此并入作為參考。
轉(zhuǎn)向圖2A，表示根據(jù)本發(fā)明的撓性管裝置200的剖面圖，包括撓性管串105、光纜211(在本實施例中示出由外護(hù)管203和一根或多根光纖101組成)、地面終端301、井下終端207、和地面壓力隔壁213。地面壓力隔壁213安裝在撓性管軸103中，并且用于在撓性管串105中密封光纜211，從而防止處理液和壓力的釋放，同時給光纖201提供通道。井下終端207在光纖201和一個或多個光學(xué)儀器或傳感器209之間提供物理連接和光學(xué)連接。光學(xué)儀器或傳感器209可以是撓性管操作的儀器或傳感器117，可以是其中的部件，或者具有進(jìn)行撓性管操作的儀器和傳感器117的獨立功能。下面分別結(jié)合圖3和4更詳細(xì)地描述地面終端301和井下終端207。
示例性的光學(xué)儀器和傳感器209包括溫度傳感器和壓力傳感器，用于確定底孔的溫度或壓力。光學(xué)儀器或傳感器也可以進(jìn)行地層壓力或溫度的測量。在可替換實施例中，光學(xué)儀器或傳感器209是能夠提供一些井下狀況的可視圖像的照相機(jī)，例如，在形成管道或一些井下設(shè)備的壁上收集的沙層或氧化層，井下設(shè)備例如是在捕撈操作期間找回的設(shè)備。光學(xué)儀器或傳感器209同樣可以是某種能夠操作的接觸器形式，以檢測或推斷井中的物理檢測狀況，例如，沙層或氧化層。另外，光學(xué)儀器或傳感器209包括可以進(jìn)行一些類型的化學(xué)分析的化學(xué)分析器，例如確定井下石油含量和/或天然氣含量或測量井下流體的pH值。在這種情況下，光學(xué)儀器或傳感器209連接光纜211，用于將測量性能或狀況傳輸?shù)降孛?。因此，在光學(xué)儀器和傳感器209操作以測量井下的性能或狀況時，光纜211提供管道，以傳輸或傳送所測量的性能。
另外的光學(xué)儀器或傳感器209是光學(xué)激活儀器，諸如激活閥或鉆孔引爆頭。在包括鉆孔引爆頭的實施例中，利用光纜211中的光纖可以傳輸引爆編碼。引爆編碼可在單個光纖上傳送，并由井下設(shè)備解碼?；蛘?，光纜211可包含具有引爆頭的多個光纖，單獨的光纖與唯一的引爆頭相連接。當(dāng)使用電線或有線線路或壓力脈沖遙測來表示引爆頭時，在光纜211的光纖201上傳遞鉆孔信號避免串?dāng)_和壓力脈沖干涉的缺陷。這種缺陷會導(dǎo)致錯誤的炮引爆或在錯誤的時間引爆。
現(xiàn)在回過頭來看圖2B，示出光纖撓性管裝置200的剖面圖，其中光纜211包括位于護(hù)管203內(nèi)部的一根或多根光纖201。光纖可以是單模式或多模式的。在有些實施例中，護(hù)管203包括金屬材料，在特殊實施例中，護(hù)管203是包括InconelTM、不銹鋼、HasetloyTM或其它具有合適伸縮性能以及在有酸和H2S的情況下抗腐蝕的金屬管。
如圖所示但不限于此，光纜211具有外徑范圍從大約0.071英寸至大約0.125英寸、在一根或多根光纖201周圍形成的保護(hù)管203。在優(yōu)選實施例中，使用標(biāo)準(zhǔn)光纖，保護(hù)管203不厚于0.020英寸。應(yīng)該注意，保護(hù)管的內(nèi)應(yīng)可以大于緊密包裝光纖所需的內(nèi)徑。在可替換實施例中，光纜211包括由裸露的光纖組成的纜線或包括涂敷合成材料的光纖的纜線，這種合成涂敷光纜的一個實例是由伊利諾斯州奧蘭多帕克的安德魯公司生產(chǎn)的RuggedizedMicrocable。
井下終端207還可以連接一個或多個光學(xué)儀器或傳感器117，井下終端207可以進(jìn)一步連接一個或多個儀器或傳感器117，用于進(jìn)行諸如測量、處理或干預(yù)的操作，其中信號在地面控制設(shè)備119和井下儀器或傳感器117之間沿光纜211傳輸。這些信號可以傳送井下儀器或傳感器117的測量，或?qū)⒖刂圃O(shè)備的控制信號傳送到井下儀器或傳感器117。在有些實施例中，信號可以實時傳送。這種操作的實例包括基巖激勵、淤積清除、壓裂、清除氧化層、油層隔離、撓性管傳送的鉆孔、井下流動控制、井下完井操縱、捕撈、選礦、和撓性管鉆探。
利用合適的方法，光纜211可以伸進(jìn)撓性管105中。特別是，其中之一是利用流體流動。實現(xiàn)這個過程的一種方法是將短管(例如，5-15英尺長)的一端連接到撓性管軸103上，短管的另一端連接到Y(jié)終端。光纜211可以導(dǎo)入Y終端的一個分叉，流體泵入Y終端的另一分叉。那么，流體對光纜的拖力將光纜向下推進(jìn)到軟管并進(jìn)入撓性管軸103。例如，當(dāng)光纜的外徑小于0.125英寸(0.3175cm)(由InconelTM制造)時，即使纏繞在軸上，已經(jīng)表明低達(dá)1-5桶每分鐘(159-795升/分鐘)的泵送速度足夠沿?fù)闲怨?05的長度推進(jìn)光纜211。這種操作的簡易性比現(xiàn)有技術(shù)中將鋼絲繩放入撓性管中的復(fù)雜方法具有明顯的優(yōu)點。
實際上，必須提供足夠長度的光纜211，當(dāng)光纜的一端通過卷軸突出時，光纜的另一端仍然在撓性管外部。當(dāng)撓性管卷入和卷出井眼時，必須允許另外10％-20％的光纜靜止操縱。一旦理想長度的光纜泵入卷軸，光纜可以被切斷，軟管可以脫開。通過卷軸突出的光纜可以終止，如圖3A和3B所示。光纜的井下端可以終止，如圖4所示。
參照圖3A和3B，示出光纜211的地面終端301和的地面壓力悶頭213的兩個可替換實施例的剖面圖。在許多應(yīng)用中，有可能將光纜211形成大約90度彎曲的T形或與撓性管中的流體偏軸的接頭終止光纜211，T形或接頭優(yōu)先連接在卷軸103的輪軸上的卷軸管件123。當(dāng)在高的泵入速度時，球形物和研磨劑增加損壞裝置的機(jī)會，在有些實施例中期望提供地面終端。
圖3A表示根據(jù)本發(fā)明的光纜211的地面終端的第一實施例的剖面圖。在所示的實施例中，地面終端301包括主分叉303在撓性管105的軸上、側(cè)分叉305偏離撓性管105的軸線的接口。流體流動隨著側(cè)分叉305限定的路線，光纜211隨著主分叉303。將流體導(dǎo)入撓性管105的連接機(jī)構(gòu)313設(shè)置在側(cè)分叉305的端部。地面終端301在凸緣309處連接撓性管105或撓性管卷軸管道123，凸緣與撓性管105或撓性管卷軸管件123形成密封。光纜211經(jīng)由主分叉303從撓性管105穿過地面終端301。地面終端301具有連接壓力悶頭213的沿井孔向上的凸緣307，壓力悶頭213讓光纜211通過，同時仍然保持撓性管105內(nèi)部的壓力。由于地面終端301，光纜可以連接控制設(shè)備119，或可替換地，連接允許井下部件光通信的光學(xué)部件505。
本發(fā)明的地面終端的另一實施例的一個實例在圖3B中示出。地面終端301’包括主分叉303’在撓性管105的軸上、側(cè)分叉305’偏離撓性管105的軸線的接口。在所示的實施例中，流體流動隨著主分叉303’限定的路線，光纜211隨著側(cè)分叉305’。地面終端301’在凸緣309’處連接撓性管105或撓性管卷軸管道123，凸緣與撓性管105或撓性管卷軸管件123形成密封。
光纜211從撓性管105經(jīng)由側(cè)分叉305’通過地面終端301’。地面終端301’包括連接壓力悶頭213’的沿井孔向上的凸緣307’，壓力悶頭213’讓光纜211通過，同時仍然保持撓性管105內(nèi)部的壓力。側(cè)分叉305’可以設(shè)有連接機(jī)構(gòu)313′，用于將流體導(dǎo)入撓性管105。
現(xiàn)在參照圖4，示出光纜211的井下終端207的一個實施例的剖面圖，井下終端207提供撓性管105進(jìn)入終端207的控制穿過。撓性管105連接井下終端207的內(nèi)部，位于配對的分叉403上。撓性管105可以用一個或多個緊固螺釘405固接在井下終端207中，一個或多個O形環(huán)407可以用于密封終端207和撓性管105。設(shè)置在撓性管105內(nèi)的光纜211伸出撓性管105。并且用連接器411固接。連接器411也提供儀器或傳感器209的連接。用連接器411形成的連接可以是光學(xué)的或電的。例如，如果傳感器209是光學(xué)傳感器，連接是光學(xué)連接。然而，在許多實施例中，儀器或傳感器209是電裝置，在這種情況，連接器411也提供電信號和光信號之間必需的轉(zhuǎn)換。儀器或傳感器209可以固接到終端上，例如，讓終端207的井下端部415插入兩個偏心突出圓筒417和417’之間，并且用一個或多個O形環(huán)419密封。
現(xiàn)在參照圖5A和5B，示出利用連接光纜211的井下光學(xué)裝置501傳輸光信號的示意圖，光纜211在地面連接光學(xué)裝置505。該光學(xué)裝置505可以連接撓性管軸103并且用它旋轉(zhuǎn)。在有些實施例中，光學(xué)裝置505包括也用卷軸旋轉(zhuǎn)的無線發(fā)射器。另外，光學(xué)裝置505包括在撓性管軸103旋轉(zhuǎn)時部分保持靜止的光收集器。這種裝置的一個實例是由馬里蘭州巴爾的摩的Prizm Advanced通信公司制造的光纖旋轉(zhuǎn)接頭。儀器或傳感器209可以兩種普通類型，它們直接產(chǎn)生光信號，并且它們產(chǎn)生電信號，電信號需要轉(zhuǎn)換成在光纜211上傳輸?shù)墓庑盘枴?br> 基于用已知的光學(xué)傳感器觀察到的光學(xué)性能可以直接進(jìn)行多種測量。這種傳感器的實例包括在教科書中描述的那些類型，諸如，在2000年的《Instrumentation Systems》(ISBN No 1556177143)中、作者是D.A.Krohn的“Fiber Optic Sensors and Applications”的那些類型，包括強(qiáng)度調(diào)制傳感器、相位調(diào)制傳感器、波長調(diào)制傳感器、數(shù)字開關(guān)和計算器、位移傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、水平傳感器、磁場和電場傳感器、化學(xué)分析傳感器、旋轉(zhuǎn)速度傳感器、分布傳感系統(tǒng)、凝膠、智能外殼和結(jié)構(gòu)。
或者，儀器或傳感器209產(chǎn)生表示測量性能的電信號。當(dāng)使用輸出儀器或傳感器的這種電信號時，井下光學(xué)裝置501還包括光電接口裝置503。光電裝置和電光裝置的實施例在工業(yè)上是已知的。將常規(guī)的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號的實例是已知的，并且例如在2001年由Springer-Verlag出版、作者是B.Shoop的“Photonic Analog-To-Digital Conversion(在Optical Sciences，81中的Springer系列)”中描述。在接口裝置503的有些實施例中，可以使用簡單電路，其中電信號用于開啟井下光源，光源的振幅與電信號的振幅成線性比例關(guān)系。用于撓性管井下操作的有效井下光源是1300nm的InGaAsP發(fā)光二極管(LED)。光沿著光纖的長度傳播，它的振幅利用嵌入地面裝置505的光電二極管在地面檢測。然后這個振幅值可以通過控制設(shè)備119。在另一實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于接口裝置503，以分析傳感器209的電信號并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。然后，數(shù)字表示沿光纜211以數(shù)字形式或者改變振幅或頻率又轉(zhuǎn)換成模擬光信號傳輸?shù)降孛妗Ｔ诠饫w上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的協(xié)議在本領(lǐng)域是非常公知的。接口裝置503的另一實施例可以將傳感器209的信號轉(zhuǎn)換成能夠從地面詢問的光學(xué)特征，例如，它可以是光纖端部的反射率變化或腔共振的變化。應(yīng)該注意，在有些實施例中，光電接口和測量裝置可以集成一個物理裝置并且作為一個單元來處理。
在不同實施例中，本發(fā)明提供確定井眼性能的方法，包括將光纜伸入撓性管的步驟，將測量儀器依附于撓性管中深入井眼，利用測量儀器測量性能，利用光纜傳送所測量的性能。這些性能例如包括壓力、溫度、套管接閘位置、電阻率、化學(xué)成分、流量、儀器位置、狀態(tài)或方向、硬質(zhì)層高度、沉淀物形成、氣體諸如二氧化碳和氧氣測量、pH值、鹽度、和流體可壓縮率。
在許多操作中利用撓性管獲知底孔壓力是有用的。在有些實施例中，本發(fā)明提供操作員優(yōu)化井眼操作的壓力依賴參數(shù)的方法。已知合適的光學(xué)壓力傳感器，諸如使用Fiber Bragg Grating技術(shù)和Fabry-Perot技術(shù)的那些光學(xué)壓力傳感器。Fiber Bragg Grating技術(shù)依靠以特殊間距局部調(diào)制纖芯本身的折射率的小部分光纖上的光柵。然后，該部分被限制響應(yīng)物理激勵，諸如壓力、溫度、或張力。詢問單元設(shè)置在光纜的另一端并將寬帶光源向下射到光纖的長度。對應(yīng)于光柵周期的波長朝詢問單元反射并且被檢測。當(dāng)物理激勵變化時，光柵周期變化；因此，反射波長變化與觀察的物理性能相關(guān)，獲得測量。Fiber Bragg Grating技術(shù)具有沿單光纖允許多測量的優(yōu)點。在本發(fā)明利用Fiber Bragg Grating的實施例中，詢問單元可以設(shè)置在地面光學(xué)裝置505中。
使用Fabry-Perot技術(shù)的傳感器含有小光學(xué)諧振腔，限制響應(yīng)物理激勵，諸如壓力、溫度、長度或張力。諧振腔的初始表面時具有部分反射涂層的光纖本身，對面一般是全反射鏡。詢問單元設(shè)置在光纖一端，用于將寬帶光源向下射入光纖。在傳感器上形成干涉圖案，該干涉圖案對于具體的諧振腔長度是唯一的，所以，發(fā)射回地面的峰值強(qiáng)度的波長對應(yīng)于諧振腔的長度。在詢問單元中分析反射信號，以確定峰值強(qiáng)度的波長，那么，峰值強(qiáng)度的波長與要觀察的物理性能相關(guān)，獲得測量。Fabry-Perot技術(shù)的一個限制是一根光纖需要用于每次測量。然而，在本發(fā)明的有些實施例中，在光纜211內(nèi)可以具有多根光纖，這樣在井下裝置501中允許使用多個Fabry-Perot傳感器。利用Fabry-Perot技術(shù)并且適于在撓性管應(yīng)用中使用的這種壓力傳感器的一種由加拿大蒙特利爾St-Jean-Baptiste大街的FISO Technologies制造。
也可以用Fiber Bragg Grating或Fabry-Perot技術(shù)沿光纜211的光纖測量張力并且將連接光纖的部件熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生的光纖張力轉(zhuǎn)換成溫度來進(jìn)行溫度測量。在有些實施例中，傳感器用于進(jìn)行局部測量，在有些實施例中，也可以進(jìn)行沿光纜211長度的完整溫度分布的測量。為了實現(xiàn)溫度測量，固定波長的光脈沖可以將地面設(shè)備505中的光源向下傳輸?shù)焦饫w線路。在線上的每個測量點，光向后散射并返回到地面設(shè)備。知道光的速度和返回信號到達(dá)的時間能夠確定它在光纖線路上的原始點。溫度激勵光纖線路中硅分子的能量水平。向后散射光包含上移波帶和下移波帶(諸如向后散射光光譜的斯托克司拉曼(Stokes Roman)和反斯托克司拉曼部分)，其可被分析以確定原始溫度。這樣，光纖線路中每個響應(yīng)測量點的溫度可以用設(shè)備計算，從而提供沿光纖線路長度的完整溫度曲線圖。這種普通的光纖分布溫度系統(tǒng)和技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。因為在本領(lǐng)域還知道光纖線路還可以返回地面線路，使得整個線路為U形。利用返回線路可以提供提高的性能和增加的空間分辨率，因為端部效應(yīng)的誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開目的層。在本發(fā)明的一個實施例中，井下設(shè)備501由光纖的小U形部分組成。井下終端207在光纜內(nèi)的兩根光纖與兩個U形二等分之間的兩個耦接，使得組裝的裝置變成具有返回地面線路的單光路。在本發(fā)明的另一實施例中，井下裝置501包含進(jìn)入多邊井具體分支的裝置，使得具體分支的溫度曲線可以傳輸?shù)降孛?。然后，這種曲線圖可以用于確定多邊井每個分叉的水區(qū)或油氣界面。定向井下儀器和進(jìn)入具體側(cè)的裝置在本領(lǐng)域是公知的。
有些撓性管操作受益于沿井眼或部分井眼的不同溫度測量，如V.Jee等的美國專利申請US 2004/0129418所述，其整個公開在此并入作為參考。然而，對于其它操作，在特殊位置的溫度是有興趣的，例如，底孔溫度。對于這種操作，不需獲得沿光纖線路長度的完整溫度曲線圖。單點溫度傳感器相對于分布的溫度測量具有優(yōu)點，其中后者要求在清除噪音時間間隔的信號平均。這樣可以給操作帶來小的延遲。如果流體浪花需要改變(或地層不再進(jìn)行勘探)，那么，直接的信息具有極為重要的價值。在撓性管的底孔組件附近的單個溫度傳感器或壓力傳感器提供將該重要數(shù)據(jù)足夠快地傳輸?shù)降孛娴臋C(jī)構(gòu)，允許作業(yè)的控制決定。
在許多撓性管操作中，期望知道井眼相對于安裝套管的位置；觀察表示套管接箍存在的正確標(biāo)記的套管接箍定位器一般用于這種定位目的。常規(guī)的套管接箍定位器具有軸向纏繞儀器的螺管線圈，其中在存在電場或磁場變化時，在線圈中產(chǎn)生電壓。當(dāng)在部分套管上移動井下儀器時，其中部分套管材料性能具有變化，諸如，兩個長度的套管之間的機(jī)械連接，發(fā)生這種變化。套管中的孔和滑動也能夠在螺管線圈上產(chǎn)生特征電壓。不必主動地對套管接箍定位器提供能量，例如，在美國專利2,558,427所述，在此并入作為參考。在本發(fā)明的一些實施例中，傳統(tǒng)的套管接箍定位器可以經(jīng)由電光接口503利用光電二極管連接光纜211。為了在井眼中檢測套管接箍的位置，套管接箍定位器可以連接撓性管并在井眼的長度上傳送。隨著撓性管移動，當(dāng)電場或磁場的變化被檢測時，諸如遇到套管接箍，產(chǎn)生信號，該信號利用光纜211傳輸。確定深度的另一種方法包括測量井眼的性能，和使該性能與在早期作業(yè)中獲得的相同性能的測量相關(guān)聯(lián)。例如，在鉆探期間，通常測量沿井眼每點發(fā)射的天然伽馬射線。由于經(jīng)由光學(xué)管線提供伽馬射線的測量，通過使伽馬射線與早期測量關(guān)聯(lián)獲得撓性管的深度位置。
經(jīng)常期望井眼中流動的測量是在撓性管操作中，本發(fā)明的實施例對提供該信息有用。在撓性管外面的井眼中流動的測量用于確定井眼流體流入地層的流速，諸如處理速度；或者地層流體流入井眼的流速，諸如生產(chǎn)速度或差額生產(chǎn)速度。撓性管中流動的測量可以用于測量送入井眼的不同區(qū)域的流體，或測量泡沫處理液中的泡沫質(zhì)量和密度。測量井眼流動的已知方法適用于本發(fā)明。在一些實施例中，測流裝置諸如旋轉(zhuǎn)器連接光纜211。當(dāng)流過裝置時，測流裝置測量流速，測量值經(jīng)由光纜211傳輸。在使用電信號輸出的常規(guī)測流裝置的實施例中，電光接口503用于將電信號轉(zhuǎn)換成在光纜211上傳輸?shù)墓庑盘?。在有些實施例中，可以使用這樣的測流裝置，即，用直接的光學(xué)技術(shù)測量流量旋轉(zhuǎn)器，例如，將旋轉(zhuǎn)器的葉片放在光源和光電二極管之間，使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)時，光被交替地遮擋和消除。另外，在本發(fā)明的有些實施例中可以使用利用間接光學(xué)技術(shù)的測流裝置。這種間接光學(xué)技術(shù)依靠流速影響光學(xué)裝置，使得在本發(fā)明的一些實施例中使用可以觀察裝置的光學(xué)性能變化的裝置。
在撓性管的操作中，經(jīng)常期望具有與井眼中的儀器或裝置的位置或方向相關(guān)的信息。而且，期望在撓性管操作中確定井眼中的儀器或裝置的儀器或裝置的狀態(tài)(例如，開啟或關(guān)閉，接合或脫離)。井眼軌道可以從儀器方向的點測量推斷，或當(dāng)儀器沿井眼移動時，從連續(xù)監(jiān)控的方向確定。當(dāng)每個分支具有已知的天頂角或傾角，針對這種情況可以比較儀器的方向，方向用于確定在多側(cè)井中的儀器位置。一般井眼中儀器的方向利用陀螺儀、慣量傳感器、或加速計來測量。例如，參見美國專利6,419,014，其在此并入作為參考。在光纖中能夠構(gòu)成的這種裝置是已知的。例如，光纖陀螺儀從許多賣主那兒可買到，諸如瑞士蘇黎世的Exalos。在本發(fā)明的一些實施例中，傳感器209是確定儀器位置或方向的裝置，其用于確定井眼軌道。這種定位或定向裝置可以連接光纜211，在井眼中進(jìn)行表示位置或方向的測量，在本發(fā)明的不同實施例中，在光纜211上傳輸那些測量。在可替換實施例中，傳感器209是經(jīng)由電光接口503連接光纜211的傳統(tǒng)的或MEMS陀螺儀裝置。
使用這種定位或定向裝置在多側(cè)井中特別有用。在本發(fā)明的一些實施例中，進(jìn)入多邊井眼分支的具體分支的裝置在美國專利6,347,768中描述，整個內(nèi)容在此作為參考，可以用于與定位或定向裝置的連接，首先，確定儀器或工具是否在多邊井眼分支的進(jìn)入點，然后，進(jìn)入分支。這樣撓性管可以位于井眼內(nèi)理想的位置，或底孔組件可以定位在理想結(jié)構(gòu)中。此外，機(jī)械或光學(xué)開關(guān)可以用于確定底孔組件的位置或狀態(tài)。
在有些撓性管操作中，與井眼中固體物質(zhì)相關(guān)的信息諸如硬質(zhì)層高度或沉淀物形成是理想的。在本發(fā)明有些實施例中，在鉆井操作期間，傳感器209用于測量固體或檢測沉淀物形成。這種測量可以經(jīng)由光纜211傳輸。測量可以用于調(diào)整參數(shù)，諸如流體泵入速度或移動撓性管的速度，以提高或優(yōu)化撓性管操作。在本發(fā)明有些實施例中，近程傳感器(包括具有光學(xué)接口的常規(guī)近程傳感器)或井徑儀可以用于確定井中硬質(zhì)層的位置和高度。已知的進(jìn)程傳感器使用原子能、超聲波或電磁方法來檢測底孔組件與套管壁內(nèi)部之間的距離。這種傳感器也用于提醒在井眼操作中注意篩選，諸如龜裂。檢測沉淀物形成在井眼操作中是有用的，用于監(jiān)測在撓性管操作期間進(jìn)行的井處理的過程，例如，基巖激勵。在本發(fā)明有些實施例中，傳感器209是利用已知的方法檢測沉淀物形成的裝置，諸如反射幅度和散射幅度的直接光學(xué)測量。
在普通的井眼操作中，性能的測量諸如電阻率可以用作地層中碳?xì)浠衔锘蚱渌黧w存在的指示器。在本發(fā)明有些實施例中，利用常規(guī)技術(shù)儀器或傳感器209可以用于測量電阻率，并且通過電光接口與光纜211連接，從而電阻率測量在光纜上傳輸。另外，利用光學(xué)技術(shù)測量鹽度或折射率可以間接測量電阻率，然后，隨著光學(xué)變化，電阻率在光纜211上傳輸?shù)降孛?。在不同的實施例中，本發(fā)明用于提供地層、地層流體、處理流體、或流態(tài)氣體或副產(chǎn)品的電阻率顯示。
在井眼應(yīng)用中，用具有電阻率傳感器的井下傳感器，諸如發(fā)光傳感器、熒光傳感器或這些傳感器的組合，某種程度上可以確定化學(xué)分析。發(fā)光傳感器和熒光傳感器也是分析它們的輸出的已知光學(xué)技術(shù)。實現(xiàn)這種技術(shù)的一種方式是反射率測量。利用光纖探頭，光被射入流體，部分光反射回探頭并且與流體中存在的氣體有關(guān)。熒光和反射率測量的結(jié)合可以用于確定流體的油和氣的含量。在本發(fā)明有些實施例中，傳感器209是發(fā)光或熒光傳感器，傳感器的輸出經(jīng)由光纜211傳輸。在具體實施例中，多于一根的光纖設(shè)置在光纜211內(nèi)，多于一個傳感器209在光纖的分離光纖上傳輸。
還可光學(xué)檢測在井眼中的檢測氣體諸如CO2和O2的存在。能夠測量這些氣體的傳感器是已知的；例如，參見Anal.Chem.60，2028-2030(1988)、作者是O.S.Wolfbeis，L.Weis，M.J.P.Leiner和W.E.Ziegler的“Fiber Opticalfluorosensor for Oxygen and carbon dioxide(用于氧氣和二氧化碳的光纖熒光傳感器)”，其在此并入作為參考。如此所述，光纖光導(dǎo)同時傳輸各種光信號的能力可以用于構(gòu)成測量氧氣和二氧化碳的光纖傳感器。對氧靈敏的材料(例如，硅膠吸收熒光金屬有機(jī)合成物)和CO2靈敏材料(例如，緩沖溶液中固定pH值指示劑)可以放在連接光纖末端的透氣聚合母體中。盡管兩種指示劑具有相同的激勵波長(為了避免能量轉(zhuǎn)移)，它們具有完全不同的最大發(fā)射。因此，借助于干涉濾光片可以分離兩個發(fā)射帶，以提供獨立的信號。一般氧氣確定在0-200托范圍內(nèi)，精度為±1托，二氧化碳確定在1-150托范圍內(nèi)，精度為±1托。因此，在本發(fā)明不同的實施例中，傳感器209可以是檢測CO2或O2的光學(xué)裝置，其中測量經(jīng)由光纜211傳輸。
pH值的測量用于許多撓性管操作中，處理化學(xué)的性能很大程度上依賴于pH值。pH值測量的測量也用于確定流體中的沉淀物。測量pH值的傳感器是已知的。在1993年9月出版的期刊《Testing and Evaluation》第5期、第21卷中由M.H.Maher和M.R Shahriari描述的一種傳感器是在裝在多孔探頭中、用pH指示劑固定的多孔聚合物范圍之外構(gòu)成的傳感器。這種傳感器的光譜特性顯示對用可見光(380-780nm)測試的pH水平的變化具有非常高的靈敏度。溶膠凝膠也可以用于具體的化學(xué)含量和pH值。另外，通過測量注入流體的染料的光譜，傳感器可以測量pH值，從而選擇染料，使得它的光譜特性變化依賴于流體的pH值。這種染料的效果與石蕊試紙相似，并且在工業(yè)上是公知的。例如，科羅拉多州丹佛市的Science Company出售許多根據(jù)很小的pH值變化改變顏色的染料。染料可以通過地面的側(cè)分叉305加進(jìn)流體中。在本發(fā)明不同的實施例中，傳感器209是連接光纜211的pH值傳感器，使得傳感器的測量經(jīng)由光纜傳輸。
應(yīng)該注意，感覺到pH變化的變化是本發(fā)明用于顯示井眼中流體變化的一個實例。完全在本發(fā)明內(nèi)考慮，可用于測量化學(xué)、生物或物理參數(shù)的傳感器可以用作傳感器209，其中性能的測量或性能變化的測量經(jīng)由光纜211傳輸。
例如，利用本發(fā)明的實施例可以測量或顯示井眼流體或泵入流體的鹽度。用于本發(fā)明的一種方法是將光信號發(fā)送給光纖，感知由于鹽水的鹽度在接收端面的光折射產(chǎn)生的光束偏離。所測量的光信號被反射并通過連續(xù)線性排列的光纖陣列傳輸，然后，用電荷耦合裝置檢測光強(qiáng)度峰值和它的偏差。在這種結(jié)構(gòu)中，傳感器探頭可以由本征純GaAs單晶體、直角棱鏡、分隔水單元、連接自聚焦透鏡的發(fā)射光纖和線性排列的接收光纖陣列組成。測量鹽度變化的另一種方法由O.Esteban，M.Cruz-Navarrete，N.Iez-Cano，和E.Bernabeu在1999年9月的《Applied Optical》第38卷、第25期、5267-5271中“Measurement of the Degree of Salinity of Water with a fiber-Optical Sensor(用光纖傳感器測量水鹽度)”提出，其在此并入作為參考。所述的方法利用基于等離子體振子共振的光纖傳感器確定折射率，從而測量水的鹽度。轉(zhuǎn)換元件由沉積在表面拋光的單模光纖的多層結(jié)構(gòu)組成。光纖傳輸?shù)哪芰克p測量表明，獲得與結(jié)構(gòu)外介質(zhì)的折射率的線性關(guān)系。該系統(tǒng)的特征在于使用水和乙二醇的混合獲得的變化折射率。
本發(fā)明的實施例用于測量流體的可壓縮率，如果傳感器209是諸如美國專利6,474,152描述的裝置，其全部內(nèi)容在此并入作為參考，測量流體的可壓縮率和經(jīng)由光纜211傳輸?shù)臏y量。這種測量避免測量體積壓縮的必要性，特別適于撓性管應(yīng)用。在測量流體可壓縮率時，由壓力變化產(chǎn)生的某個波長光吸收的變化直接與流體的可壓縮率有關(guān)。換言之，應(yīng)用碳?xì)浠衔锪黧w的壓力變化改變流體在某個波長吸收的光量，其可以用作直接表示流體可壓縮率。
在不同的實施例中，本發(fā)明提供在地下井進(jìn)行操作的方法，包括將光纜伸入撓性管，將撓性管伸入井眼并至少進(jìn)行下面的步驟之一在光纜上將控制系統(tǒng)的控制信號傳輸?shù)竭B接撓性管的井下設(shè)備；在光纜上將井下設(shè)備的信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)；或?qū)⒐饫|測量的性能經(jīng)由光纜傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。在有些實施例中，本發(fā)明提供在井眼中的工作方法，包括將光纜伸入撓性管，將撓性管伸入井中；并進(jìn)行操作；其中操作被光纜上傳輸?shù)男盘柨刂?。這種操作例如包括激勵閥、安裝儀器、激勵引爆頭或鉆孔槍，激勵儀器、和反轉(zhuǎn)閥。這種實例僅僅是作為實例給出，不作為限制。
在本發(fā)明有些實施例中，井下裝置諸如儀器可以經(jīng)由在光纜211傳輸?shù)男盘柟鈱W(xué)地控制。與井下裝置相關(guān)的類似信息諸如儀器安裝可以在光纜211上傳輸。在有些實施例中，光纜211包括多于一根光纖，至少一根光纖可以用于儀器的連接。在理想狀況下，可以提供多于一個井下裝置，分離的光纖可以用于每個裝置。在另一些實施例中，在光纜211中提供單光纖，這種連接可以是多路的，使得相同的光纖液可以用于傳送感知的信息。在存在多個儀器的情況下，多路方案諸如在給定時間的脈沖數(shù)量、持續(xù)脈沖的長度、入射光的強(qiáng)度、入射光的波長、和二進(jìn)制命令可以擴(kuò)充，以包括附加的儀器。
在本發(fā)明有些實施例中，井下裝置諸如閥激勵機(jī)構(gòu)提供與光纖接口的連接，以形成光纖激活閥。光纖接口連接光纜211，使得控制信號經(jīng)由光纜211可以傳輸?shù)窖b置。光纖接口的一個實施例由光電接口板與小電池組成，以將光信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動螺線管的微弱電信號，其反過來激勵閥。
一般在撓性管操作中，井下儀器在伸入井眼之前在地面構(gòu)成。然而，有時候還希望在井下設(shè)定或調(diào)整儀器的設(shè)置。在本發(fā)明一些實施例中，井下儀器配有光電接口，用于接收光信號并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號或數(shù)字信號。光電接口還連接井下儀器的邏輯電路，用于下載儀器或傳感器的參數(shù)并且可能將它們存儲到存儲器中。因此，能夠進(jìn)行撓性管操作的光纖配有接收在光纜211上的儀器參數(shù)的儀器，從而給操作員提供在井下實時調(diào)整儀器的設(shè)置的能力。
一個實例是光纖套管接箍電路增益的調(diào)整。在這種情況下，對于以50-100英尺每分鐘(0.254-0.508m/sec)速度的平穩(wěn)操作來說，一種增益設(shè)定是理想的，對于以10英尺每分鐘(0.0508m/sec)或更小的速度的測井或鉆孔操作來說，另一種增益設(shè)定是理想的。地面設(shè)備的控制信號經(jīng)由光纜211可以傳輸?shù)教坠芙庸慷ㄎ黄??；谔坠艿木唧w冶金，這種功能用作不同增益設(shè)定是理想的。這種冶金事先不知道，結(jié)果它可可以理想地經(jīng)由光纜211將地面控制設(shè)備的控制信號發(fā)送到套管接箍定位器，以響應(yīng)套管接箍定位器進(jìn)行的測量實時調(diào)整增益設(shè)定，并經(jīng)由光纜211傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種將地面設(shè)備的控制信號傳輸?shù)骄卵b置激勵鉆孔槍或引爆頭的方法。可以使用光纖接口，利用電信號激勵引爆頭，光纖接口將光纜211傳輸?shù)墓庑盘栟D(zhuǎn)換程電信號，用于激勵引爆頭。小電池可以用于給接口供電?？梢允褂枚嘤谝粋€的引爆頭。在光纜211包括多于一根光纖的實施例中，每個引爆頭分配唯一的光纖。另外，當(dāng)提供單光纖時，唯一編碼的排序用于將離散信號提供給不同的引爆頭。利用光纖傳輸這種控制信號是有利的，因為它使電磁串?dāng)_造成的引爆頭偶然錯誤引爆的可能性最低，這種電磁串?dāng)_諸如知道是電纜的。另外，地面的光源可以直接用于激勵爆炸性引爆頭。在有些實施例中，引爆頭可以用光控制電路激勵，諸如在美國專利4,859,054所描述的，其在此引入作為參考。
在撓性管操作中，經(jīng)常需要激勵井眼中的儀器。儀器激勵可以采取各種形式，諸如包括但不限于儲存能量的釋放、安全或鎖定的轉(zhuǎn)換、離合器的激勵、閥的激勵、鉆孔引爆頭的激勵。這種激勵一般利用由非常容易受影響的壓力、流速和推力組成的基本遙測來控制或檢驗，經(jīng)常是無效的。例如，在地面的推力被井眼的摩擦力減小，摩擦力的量不知道。當(dāng)利用壓力通信時，信號經(jīng)常被摩擦力中斷，摩擦力與通過撓性管并且流入井眼的循環(huán)流體相關(guān)。流速一般是較好的通信方式；然而，有些儀器要求外形(configuration)，導(dǎo)致不明的流體泄漏，影響流速指示器。在本發(fā)明有些實施例中，儀器激勵信號在光纜211上傳輸給儀器。在有些情況下，儀器配備具有放大電路的光電接口，用于接收光信號并且將光信號轉(zhuǎn)換成儀器激勵電路響應(yīng)的電信號，而在另一種情況下，儀器適于直接接收光信號。
在本發(fā)明一個實施例中，光控制換向閥連接光纜。信號經(jīng)由光纜211發(fā)送到地面控制設(shè)備119的換向閥，損壞檢測閥，例如，在一定條件下允許流體的反向循環(huán)(即，從環(huán)形套筒進(jìn)入撓性管)。響應(yīng)這個信號，閥從損壞的位置移動，以激勵檢測閥。在一個實施例中，換向閥的光纖激勵還將閥的信號提供給地面設(shè)備，以指示閥的狀態(tài)。
在不同的實施例中，本發(fā)明提供插入井眼處理地下地層的方法，該方法包括將光纜伸入撓性管中，將撓性管伸入井眼中，進(jìn)行井處理操作，測量井眼中的性能，利用光纜傳送所測量的性能。光纖激活撓性管裝置200用于進(jìn)行井的處理、井間干擾和井的維護(hù)，并允許迄今為止不可能利用常規(guī)撓性管裝置的操作。應(yīng)該注意，本方面的主要優(yōu)點是光纜211不妨礙撓性管在井處理操作中的使用。而且，因為許多井處理操作需要在井眼中移動撓性管，例如，沿井眼內(nèi)部“沖洗”酸，本發(fā)明的優(yōu)點是適用于撓性管在井眼中移動。
基巖激勵是井處理操作，其中流體(一般是酸)經(jīng)過崩送操作注入地層。撓性管在基巖激勵時使用，因為它能夠讓酸處理集中到理想的區(qū)域?；鶎蛹畎▽⒍喾N注射液注入地層。在許多應(yīng)用中，泵送第一預(yù)沖洗液，以清除能夠造成沉淀的材料，然后，一旦井區(qū)附近清除干凈，泵送第二液體。另外，基層激勵操作可以伴隨液體和固態(tài)化學(xué)藥品混合物的注射。
參照圖6，表示利用撓性管裝置進(jìn)行的基層激勵的示意圖，撓性管裝置包括本發(fā)明的光纜，其中井處理液通過撓性管601導(dǎo)入井眼600中。處于這個目的，處理液可以利用本領(lǐng)域已知的不同儀器的一種導(dǎo)入，例如，連接撓性管的噴嘴。在圖6的實施例中，用隔板603和605防止導(dǎo)入井眼600的流體溢出處理區(qū)。隔板603和605可以是某種機(jī)械隔板，諸如膨脹栓塞，或者是化學(xué)間隔物，諸如墊子或泡沫隔板。
在基層激勵操作中，優(yōu)選將處理液設(shè)置在井眼600的正確區(qū)域。在優(yōu)選實施例中，能夠確定深度的光傳感器607可以用于確定提供基層激勵流體的井下裝置的位置。光傳感器607連接光纜211，將井眼600的位置傳送給地面控制設(shè)備，讓操作員在最佳位置激勵處理液的導(dǎo)入。
本發(fā)明允許實時監(jiān)控參數(shù)，諸如，底孔壓力、底孔溫度、底孔pH、處理液和地層相互作用形成的沉淀的量、流體溫度，這些參數(shù)的每一種用于監(jiān)控基層激勵操作的成功。測量這些參數(shù)的傳感器609(例如，測量壓力、溫度、或pH、或檢測沉淀地層的傳感器)可以連接設(shè)置在連接撓性管601的光纜211和連接光纜211。然后，測量值通過光纜211發(fā)送給地面設(shè)備。
例如，底孔壓力的實時測量用于監(jiān)控和估算地層表層，從而讓激勵液的注射速度最優(yōu)化，或讓混合液的濃度或相對比例、或混合液預(yù)固態(tài)化學(xué)藥物的相對比例可以調(diào)整。當(dāng)撓性管運轉(zhuǎn)時，考慮撓性管運轉(zhuǎn)，減去擦洗和猛沖的影響，實時底孔壓力的測量值可以調(diào)整。實時底孔壓力的另一使用是保持流體泵送的底孔壓力低于理想的閾值水平。例如，在基層激勵期間，井眼表面預(yù)處理液的接觸是很重要的。如果井眼壓力太高，那么地層破裂，處理液不期望地流入裂縫。當(dāng)處理液起泡時，實時測量底孔壓力的能力特別有用。當(dāng)泵送非起泡液體時，采用沿井眼的摩擦損失的某些公式有時可以從表面測量值確定底孔壓力，但是，將這種方法用于起泡液體還沒有很好地得到確認(rèn)。
除了壓力之外，底孔參數(shù)的測量值在井處理操作中也很有用。實時底孔參數(shù)測量值可以用于計算泡沫質(zhì)量，從而，它在保證采用轉(zhuǎn)換技術(shù)的效果方面很有用。底孔參數(shù)類似地用于確定激勵操作的過程，因此，它用于調(diào)整混合液與固態(tài)化學(xué)藥品的濃度或相對比例。底孔pH值的測量用于選擇處理液的最佳濃度，或每種泵入液體的相對比例，或混合液與固態(tài)化學(xué)藥品的濃度的相對比例。通過與井眼壁相互作用形成的沉淀的測量也用于分析是否調(diào)整濃度或處理液的混合，例如，混合液與固態(tài)化學(xué)藥品的相對濃度或相對比例。
在另一撓性管裝置200的使用中，其中多種流體注入地層，部分通過撓性管、部分通過在撓性管105和井眼211的壁之間形成的環(huán)形套筒，撓性管105形成機(jī)械隔板，以隔離通過撓性管105注射的流體與注入環(huán)形套筒的流體。測量值諸如實時測量并傳輸?shù)焦饫|211表面的底孔溫度和底孔壓力用于調(diào)整通過撓性管105注射的流體與注入環(huán)形套筒的流體的相對比例。
在一個可替換使用中，撓性管105起撓性管105中的流體與環(huán)形套筒中的流體之間的隔板作用，通過撓性管105注射的流體形成泡沫或充氣。當(dāng)撓性管105釋放到井下時，泡沫流體部分填充圍繞撓性管基體的環(huán)形套筒空間，從而在向下泵送到撓性管的流體和向下泵送到環(huán)形套筒之間形成界面。激勵操作的各種參數(shù)包括泵入環(huán)形套筒和撓性管的流體的相對比例，撓性管的位置可以調(diào)整，以保證界面位于儲油層中特別理想的位置，或可以用于調(diào)整界面的位置。調(diào)整界面的具體位置用于保證激勵液進(jìn)入儲油層的目的層，或者提高儲油層的碳?xì)浠衔锏牧髁?，或阻止非碳?xì)浠衔锶菁{區(qū)的流量。為了提高碳?xì)浠衔锏牧髁亢妥柚狗翘細(xì)浠衔锏牧髁?，換向流體(divertingfluid)可以向下泵送到撓性管，諸如在美國專利6,667,280所描述，其整個內(nèi)容在此并入作為參考。
在有些基層激勵操作中，期望將催化劑泵送到撓性管105中，以將催化劑傳送到井眼的具體位置。測量和在光纜211上實時傳輸?shù)降孛娴奈锢硇阅?，諸如底孔溫度、底孔壓力、和底孔pH，用于監(jiān)控基層激勵處理的過程，從而用于調(diào)整影響處理的催化劑的濃度。在本發(fā)明有些實施例中，基層激勵操作光纜211可以用于提供分布溫度曲線圖，諸如美國專利申請2004/0129418所述。
在另一井處理操作中，本發(fā)明的光纖激活撓性管裝置200在壓裂操作中采用。通過撓性管的壓裂是激勵處理，其中泥漿或酸在壓力下注入地層。在使用光纜211實時傳輸數(shù)據(jù)的幾種實時方式中，壓力操作從本發(fā)明的能力獲益。首先，實時信息諸如底孔壓力和溫度用于監(jiān)控井眼處理的過程和優(yōu)化壓裂液混合物。壓裂液，特別是聚合物壓裂液，經(jīng)常需要壓碎添加劑來壓裂聚合物。需要壓碎聚合物的時間與溫度、暴露時間和壓碎濃度有關(guān)。因此，當(dāng)壓碎液進(jìn)入地層或進(jìn)入地層不久之后，知道井下溫度，讓壓碎進(jìn)度最優(yōu)化暫停流體，從而減小聚合物與地層的接觸。聚合物的摻雜提高流體的能力，以輸送用于壓裂操作中的支撐劑(例如，沙石)。
此外，壓力傳感器可以伸入撓性管，可能提供壓裂傳播的特性。Nolte-Smith曲線圖是本行業(yè)使用的壓力與時間的測井-測井曲線圖。由于測井(壓力)與測井(時間)的斜度上升，可以檢測到地層無法接收更多的沙石。利用本發(fā)明給出的實時信息，有可能調(diào)整地面的流體/支撐劑的速度和濃度并操縱撓性管，以激勵井下閥機(jī)構(gòu)沖洗撓性管外面的支撐劑。這種井下閥機(jī)構(gòu)的一種在美國專利申請2004/0094190中描述，其整個內(nèi)容在此并入作為參考。井下壓力傳感器可以連接光纜211，使得壓力測量可以傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備，以提供在地面考慮井眼處理的信息。此外，連接光纜211的井下壓力傳感器的測量可以用于識別處理篩選的開始，在處理中的地下地層不再接收處理液。這種情況一般早于Nolte-Smith曲線圖中壓力的逐漸增加，這種逐漸增加一般僅用表面基礎(chǔ)壓力測量不能識別。因此，本發(fā)明提供有用的信息來識別壓力的逐漸增加，使操作員能夠調(diào)整處理參數(shù)，諸如速度和沙石濃度，以避免或使篩選條件的影響最小。
通常，在特殊地下地層的處理液的正確放置非常重要。在本發(fā)明的一個可替換實施例中，傳感器607是可用于確定撓性管設(shè)備在井600中的位置、并且還用于傳輸表示光纜211位置的必要數(shù)據(jù)的傳感器。傳感器例如是套筒接箍定位器(CCL)。由于實時地將撓性管的深度傳輸?shù)降孛婵刂茊卧?19，將壓裂儀器傳送到地面設(shè)備，有可能保證壓裂深度對應(yīng)于理想?yún)^(qū)域或孔間距。
淤積清除是另一項井眼操作，其中經(jīng)常采用撓性管。本發(fā)明具有這些優(yōu)點，在淤積清除時，在光纜211上實時提供信息，諸如淤積層高度和在沖洗噴嘴的砂石濃度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供撓性管壓縮的井下測量可以改善操作，因為隨著撓性管端部進(jìn)一步推入堅硬的淤積這種壓縮會增加。根據(jù)本發(fā)明的有些實施例，井下傳感器可用于測量流體性能和影響流體性能的井眼參數(shù)，并通過電纜211將這些性能傳送到地面設(shè)備。在淤積清除操作期間，期望測量的流體性能和相關(guān)參數(shù)包括但不限于粘度和溫度。這些性能的監(jiān)控用于優(yōu)化在淤積清除操作中使用的流體的化合或混合。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，光學(xué)激活撓性管系統(tǒng)200用于提供清除參數(shù)，這些參數(shù)在Rolovic等人的美國專利申請“Apparatus and Methods for Measurement of Solids in aWellbore(測量井眼中固體的裝置和方法)”描述，它的美國專利申請?zhí)柺荖o.11/101,116，其整個內(nèi)容在此并入作為參考。
現(xiàn)在來看圖7，表示采用本發(fā)明的光纖激活撓性管套提高淤積清除操作的示意圖。撓性管601用于將沖洗液送入井600中并施加到淤積703上。撓性管的井下端配備某種形式的噴嘴701。傳感器705連接光纜211。傳感器705可以測量用于淤積清除操作的各種性能，包括螺旋壓縮、壓力、溫度、粘度和密度。然后，這些性能通過光纜211上傳到地面設(shè)備，用于進(jìn)一步分析和清除過程的可能優(yōu)化。
在另一實施例中，噴嘴701可以配備多個可控制端口。在清除操作期間，噴嘴會堵塞或阻塞。通過選擇性地打開可控制端口，選擇性地沖洗可控制端口可以清洗噴嘴。對于這種操作，采用光纜將來自地面的控制信號傳送到噴嘴701，指令噴嘴選擇性地沖洗一個或多個可控制端口。光信號可以激勵可控制端口，利用用電池操作的電激勵器激勵每個可控制端口，光信號用于控制電致動器。另外，激勵器可以是光啟動閥，其中通過光纖傳送的光強(qiáng)度激勵閥，產(chǎn)生合成的動作，特別是選擇性地開啟或關(guān)閉一個或多個可控制端口。
在本發(fā)明有些實施例中，光纖激活撓性管裝置200的儀器或傳感器607包括照相機(jī)或用于清除氧化層的探測裝置。氧化層沉積在生成管的內(nèi)部，起限制作用，從而降低井的產(chǎn)量和/或增加采油成本。連接光纜211的照相機(jī)或探測裝置用于檢測生成管中存在的氧化層。在用照相機(jī)的情況下是攝影圖像，或者在用探測裝置的情況下是表示存在氧化層的數(shù)據(jù)，這些圖像或數(shù)據(jù)用光纜211從井下的照相機(jī)或探測裝置傳輸?shù)娇梢赃M(jìn)行分析的地面。
在另一可替換實施例中，儀器或傳感器607包括光纖控制閥。光纖控制閥連接光纜211，并且響應(yīng)地面設(shè)備的控制信號，該閥可用于混合或釋放化學(xué)藥品，以去除或抑制氧化層沉積。
在撓性管操作中，例如，激勵、水控制、和測試，經(jīng)常期望隔離井眼中特殊的開放區(qū)，以保證所有泵送或產(chǎn)生的流體來自隔離的目的層。在本發(fā)明的一個實施例中，光纖激活撓性管裝置200用于激勵區(qū)域控制設(shè)備。光纜211讓操作員用地面設(shè)備控制區(qū)域隔離設(shè)備，比利用現(xiàn)有技術(shù)的推挽和液壓命令可能更精確。區(qū)域隔離操作也獲益于實時獲得壓力、溫度和位置(例如，距離CCL)。
由于采用沿光纜211的光纖通信，區(qū)域隔離操作和測量有較大提高，因為通信系統(tǒng)不受使用螺旋泵送流體的干擾。而且，由于減少需要泵送的量，操作員利用在此所述的光纖通信來區(qū)域隔離預(yù)期能降低成本和節(jié)約時間。
本發(fā)明的實施例用于利用撓性管鉆孔。當(dāng)鉆孔時，關(guān)鍵是有良好的深度控制。然而，由于撓性管進(jìn)入井眼時剩余的彎曲和彎曲的路徑，撓性管操作的深度控制很困難。在現(xiàn)有技術(shù)的撓性管傳送操作中，通過與伸展預(yù)測程序或分離測量裝置結(jié)合使用的一系列存儲運行，控制液壓激勵引爆頭引爆的深度。存儲方法既貴又費時，利用分離裝置會增加時間和勞動成本。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的撓性管傳送鉆孔系統(tǒng)的示意圖，其中光線激活撓性管裝置200適于進(jìn)行鉆孔。套管接箍定位器801連接撓性管601，并且連接光纜211。還連接撓性管的是鉆孔工具803，例如，引爆頭。套管接箍定位器801將表示套管接箍位置的信號通過光纜傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。鉆孔工具803也可以直接或間接地連接光纜211，從而當(dāng)套管接箍定位器測量到理想深度時，通過在光纜211上傳輸來自地面設(shè)備的光信號來激勵鉆孔工具803。
參照圖9，示出井下流量控制的示意圖，其中光纖控制閥901和901’用于控制井眼和儲油層流體的流量。例如，控制閥901可以用于直接沿?fù)闲怨芟蛳卤盟土黧w到儲油層，或控制閥901’用于將流體向上流回圍繞撓性管601的環(huán)形空間。這種技術(shù)經(jīng)常稱為“測定點位”，用于適量的流體增加儲油層的情況，但是，事實上，太多的流體不利于地下地層的形成。在有些實施例中，本發(fā)明包括控制流量的特殊機(jī)構(gòu)，包括連接放大電路903或903’產(chǎn)生光信號并且將檢測的光變成電壓或電流源的感光檢測，其反過來驅(qū)動閥901和901’的激勵器。小功率的電源可用于驅(qū)動電放大電路903或903’。
一種通用的撓性管操作用于操縱井下完井附件，諸如滑動套筒。一般這要操作具有完整部件的特殊設(shè)計的儀器來實現(xiàn)，操縱撓性管，獲得完井部件的操縱。本發(fā)明用于部件的選擇操縱或在單程多于一個操縱。例如，如果操作員需要清潔井，并且具有激勵的完井部件，光纜211可以用于控制控制系統(tǒng)119的信號，以選擇性地在清除結(jié)構(gòu)和操縱結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換。類似地，盡管有不相干的干擾，本發(fā)明用于檢驗井眼中的設(shè)備的狀態(tài)或位置。
采用撓性管的另一井眼操作時捕撈遺失在井眼中的設(shè)備。一般說來，捕撈需要特殊尺寸的抓具或尖端刀來閂住留在井眼中的最上部分，最上部分稱為魚(fish)。在有些實施例中，儀器或傳感器209是連接光纜的傳感器，用于證實魚被閂在打撈工具上。例如，傳感器是傳感魚的正確閂住的機(jī)械裝置或電裝置。傳感器連接光接口，光接口將正確閂住魚的檢測轉(zhuǎn)換成光信號，并在光纜211上傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。在另一實施例中，儀器或傳感器209可以是連接光纜的成像裝置(例如，照相機(jī)，從加利福尼亞的奧克斯納德的DHVInternational可以買到)，用于精確地確定魚的尺寸和形狀。成像裝置拍攝的圖像在光纜211上傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備。在另一實施例中，可調(diào)整捕撈工具連接光纜211，使得捕撈工具通過在光纜211上傳輸?shù)墓庑盘?、可以由地面設(shè)備來控制，從而讓所需的捕撈工具大大地減少。在這個實施例中，儀器或傳感器209是光激勵裝置，類似于上述光激勵閥和端口。
在有些實施例中，本發(fā)明涉及測井或確定井眼性能的方法，包括將光纜伸入撓性管中，將撓性管上的測量儀器伸入井眼中，利用測量儀器測量性能，利用光纜傳送所測量的性能。撓性管和測量儀器可以從井眼折返，在折返時進(jìn)行測量，或者在井處理操作的同時進(jìn)行測量。測量的性能可以實時傳送到地面設(shè)備。
在電纜測井中，一個或多個傳感器(例如，測量地層電阻率的傳感器)組合儀器，已知為探測器。探測器在電纜上降到井眼中，隨后，從井眼中抽回，同時采集測量值。電纜用于提供電力給探測器和采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)自動記錄。利用撓性管裝置也進(jìn)行測井測量，其中電纜安裝到撓性管內(nèi)。本發(fā)明的光纖激活撓性管裝置具有這樣的優(yōu)點，光纜211比電線更容易在撓性管中延伸。在光纖撓性管裝置的測井應(yīng)用中，儀器或傳感器209是測量井眼的物理性能或儲油層附近的巖石的測量裝置。在應(yīng)用時，儀器或傳感器209需要電力來測井或測量，這種電力可以用電池組或渦輪機(jī)來提供。然后，在有些應(yīng)用中，這種方法可以減小地面電源的尺寸和復(fù)雜性。
盡管已經(jīng)描述和圖示具體的實施例，本發(fā)明不限于所述和所示零件的具體形式或布置。一旦完全理解上述公開，許多變化和變型對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。應(yīng)該注意，本發(fā)明應(yīng)解釋為包含所有這些變化和變型。
本申請要求基于2004年5月28日申請的美國臨時專利申請序列號no.60/575,327的在先權(quán)益。
權(quán)利要求
1.一種處理井眼橫穿的地下地層的方法，包括以下步驟將光纜伸入撓性管中；將撓性管伸入井眼中；進(jìn)行井處理操作；測量井眼中的性能；和利用光纜傳送所測量的性能。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中井處理操作至少包括一個可調(diào)整參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括調(diào)整所述井處理操作的所述至少一個參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在測量性能的同時，進(jìn)行井處理操作。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在測量性能的同時，調(diào)整所述井處理操作的所述至少一個參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中井處理操作包括將至少一種流體注入井眼中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中井處理操作包括將至少一種流體注入撓性管中。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中井處理操作包括將至少一種流體注入撓性管外面的井眼環(huán)形空間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中井處理操作包括將至少一種流體注入撓性管中，和將至少一種流體注入撓性管外面的井眼環(huán)形空間。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中測量性能和利用光纜傳送所測量的性能實時進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所測量的性能選自由壓力、溫度、pH值、沉淀量、流體溫度、深度、存在的氣體、化學(xué)發(fā)光、伽馬射線、電阻率、鹽度、流體流動、流體可壓縮性、儀器位置、套筒接箍定位器的存在、儀器狀態(tài)和儀器方向組成的組。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所測量的性能是壓力，井處理操作還包括將所述壓力保持在預(yù)定限度以下的步驟。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述至少一個參數(shù)選自由流體注射量、一組注射流體中每種流體的相對比例、一組注射材料中每種材料的化學(xué)濃度、泵入環(huán)形空間的流體與泵入撓性管的流體的相對比例、要釋放的催化劑的濃度、聚合物的濃度、支撐劑的濃度、和撓性管的位置組成的組。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所測量的性能由井間隔上測量值的分布范圍組成。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中井間隔是在多邊井的分支內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中撓性管定位成將流體提供到地下地層，井處理操作激勵地層的碳?xì)浠衔锏牧髁俊?br> 17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中撓性管定位成將流體提供到地下地層，井處理操作阻止地層的水的流動。
18.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述流體中的至少一種起泡。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中井處理操作包括經(jīng)由光纜與井眼中的儀器通信。
20.一種進(jìn)行在地下井眼中操作的方法，包括將光纜延伸到撓性管中；將撓性管延伸到井眼中；和進(jìn)行選自下面的至少一個處理步驟通過光纜將控制系統(tǒng)的控制信號傳輸?shù)竭B接撓性管的井眼設(shè)備；通過光纜將井眼設(shè)備的信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)；通過光纜將由光纜測量的性能傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括從井眼收回?fù)闲怨堋?br> 22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括將光纜留在井眼中。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過將流體泵入撓性管中，將光纜伸入撓性管。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括測量性能。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述性能實時測量。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所測量的性能選自底孔壓力、底孔溫度、分布溫度、流體電阻率、pH值、壓縮/拉緊、力矩、井下流體流動、井下流體可壓縮性、儀器位置、伽馬射線、儀器方向、堅硬層高度、和套筒接箍位置的組。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述性能選自分布溫度、儀器位置和儀器方向，井眼是多邊井。
28.一種用于進(jìn)行在井眼中操作的裝置，包括適于設(shè)置在井眼中的撓性管；地面控制設(shè)備；至少一種連接撓性管的井眼裝置；裝在撓性管中并且連接井眼裝置和地面控制設(shè)備的每一個的光纜，該光纜至少包括一根光纖，從而可以傳輸光信號a)從至少一個井眼裝置到地面控制設(shè)備，b)從地面控制設(shè)備到至少一個井眼裝置，或c)從至少一個井眼裝置到地面控制設(shè)備和從地面控制設(shè)備到至少一個井眼裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中井眼裝置包括測量性能和產(chǎn)生輸出的測量裝置，和將測量裝置的輸出轉(zhuǎn)換成光信號的接口裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其中性能測量選自壓力、溫度、分布溫度、pH值、沉淀量、流體溫度、深度、化學(xué)發(fā)光、伽馬射線、電阻率、鹽度、流體流動、流體可壓縮性、粘度、壓縮、應(yīng)力、張力、儀器位置、儀器狀態(tài)、儀器方向的組及其組合。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置，還包括進(jìn)入多邊井預(yù)定分支的裝置。
32.如權(quán)利要求28所述的裝置，還包括響應(yīng)光信號調(diào)整操作的裝置，光信號由地面控制設(shè)備從至少一個井眼裝置接收。
33.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中光纜包括多于一根的光纖，其中光信號可以通過光纖從地面和控制設(shè)備傳輸?shù)街辽僖粋€井眼裝置，光信號可以通過不同的光纖從至少一個井眼裝置傳輸?shù)降孛婵刂圃O(shè)備。
34.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中井眼裝置選自照相機(jī)、測徑器、探針、套筒接箍定位器、傳感器、溫度傳感器、化學(xué)傳感器、近程傳感器、壓力傳感器、電傳感器、激勵器、測流裝置、光學(xué)激活儀器、化學(xué)分析器、閥激勵器、引爆頭激勵器、儀器激勵器、換向閥、檢測閥、和流體分析器。
35.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中光纜包括圍繞至少一根光纖的金屬管。
36.如權(quán)利要求28所述的裝置，還至少包括光纜的地面終端和井下終端中的至少一個。
37.一種利用權(quán)利要求28所述的裝置、在井眼中操作的方法，選自基層激勵、淤積清除、壓裂、氧化層清除、區(qū)域隔離、鉆孔、井下流動控制、井下完井操縱、測井、捕撈、鉆井、選礦、測量物理性能、在井中定位一臺設(shè)備、在井眼中定位具體特征、控制閥、和控制儀器。
38.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中光纜包括多于一根光纖，還包括至少連接兩根光纖的井下終端。
39.一種確定井眼性能的方法，包括以下步驟將光纜伸入撓性管中；將測量儀器伸入撓性管中；利用測量儀器測量性能；和利用光纜傳送所測量的性能。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括從井眼收回?fù)闲怨芎蜏y量儀器。
41.如權(quán)利要求39所示的方法，還包括測量性能的同時，從井眼收回?fù)闲怨芎蜏y量儀器。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所測量的性能實時傳送。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中在進(jìn)行井處理操作的同時，測量性能。
44.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括為了測量儀器的深度和移動調(diào)整所測量的性能。
45.一種在井眼中工作的方法，包括以下步驟將光纜伸入撓性管中；將撓性管伸入井中；和執(zhí)行操作；其中所述操作由通過光纜傳輸?shù)男盘柨刂啤?br> 全文摘要
一種具有光纜的裝置，其中光纜設(shè)置在撓性管中、用于在井下儀器和傳感器與地面設(shè)備之間通信信息，和操作這種設(shè)備的方法。利用光纜激活撓性管進(jìn)行的井眼操作包括通過光纜、將地面設(shè)備的控制信號傳輸?shù)骄略O(shè)備，通過光纜將從至少一個井下傳感器收集的信息傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備，或通過測量在光纜上觀察的光學(xué)性能采集信息。連接光纜的井下儀器或傳感器包括直接操縱或響應(yīng)光信號的裝置，或包括根據(jù)常規(guī)原理操作的儀器或傳感器。
文檔編號E21B47/12GK1993533SQ200580025574
公開日2007年7月4日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者約翰·R·洛弗爾, 邁克爾·G·蓋伊, 薩爾馬德·阿德南, 基恩·澤姆萊克 申請人:施藍(lán)姆伯格技術(shù)公司