井底組件光纖形狀感測的制作方法
【專利摘要】可使用監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測地下地層的熱機(jī)械特性中的一個(gè)或多個(gè)。示例性監(jiān)測系統(tǒng)包括信號(hào)處理模塊、可視化模塊、信號(hào)源模塊、信號(hào)檢測模塊、和一條或多條光纖。每條光纖包括一個(gè)或多個(gè)傳感器。所述信號(hào)源模塊將光信號(hào)發(fā)射至一條或多條光纖中。沿所述光纖的所述一個(gè)或多個(gè)傳感器與所述光信號(hào)交互，并且響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)檢測到的熱機(jī)械特性改變所述光信號(hào)。所得的光信號(hào)由所述信號(hào)檢測模塊檢測?；谒鰴z測到的光信號(hào)，所述信號(hào)處理模塊確定由所述傳感器檢測到的所述一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性。操作員可使用所述可視化模塊來觀察和監(jiān)測所述檢測到的熱機(jī)械特性。
【專利說明】
井底組件光纖形狀感測
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及井構(gòu)造，并且更具體地，涉及在井的構(gòu)造期間監(jiān)測井下工具的特性。
【背景技術(shù)】
[0002] 井通常用于進(jìn)入地球的地面下的區(qū)域以及從這些區(qū)域獲取材料，例如在從地下位 置定位和提取石油烴期間。井的構(gòu)造通常包括鉆探鉆孔以及在所述鉆孔內(nèi)構(gòu)建管道結(jié)構(gòu)。 在完成時(shí)，管道結(jié)構(gòu)進(jìn)入地下位置，并且允許將材料傳送至地面。
[0003] 各種工具在井構(gòu)造期間常規(guī)地使用，并且監(jiān)測系統(tǒng)可用于評(píng)估工具在使用時(shí)的完 整性。例如，帶有井底組件(BHA)的鉆柱可用于鉆探鉆孔，并且監(jiān)測系統(tǒng)可用于在鉆探期間 監(jiān)測與BHA的完整性相關(guān)的參數(shù)，以便確保BHA當(dāng)承受極端環(huán)境條件(例如，高溫和/或高壓） 時(shí)不發(fā)生故障。這些監(jiān)測系統(tǒng)允許操作員將井下工具保持在安全操作極限內(nèi)。
[0004] 附圖簡述
[0005] 圖1示出用于鉆探鉆孔的示例性系統(tǒng)。
[0006] 圖2為示例性監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。
[0007] 圖3為帶有布拉格光柵的示例性光纖的示意圖。
[0008] 圖4示出由于示例性光纖中的反射而導(dǎo)致的光干涉。
[0009] 圖5A-D示出示例性BHA和光纖的不同視圖。
[0010] 圖6不出另一個(gè)不例性BHA和光纖。
[0011]圖7A-C示出示例性耦接構(gòu)件的不同視圖。
[0012] 圖8A示出示例性鉆鋌。
[0013 ]圖8B-C示出鉆鋌和耦接構(gòu)件的示例性布置。
[0014]在各圖中，類似的參考符號(hào)指示類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 井構(gòu)造通常包括鉆探鉆孔以及在所述鉆孔內(nèi)構(gòu)建管道結(jié)構(gòu)。例如，如圖1所示，操 作員可使用隨鉆測量(MWD)或隨鉆測井(LWD)系統(tǒng)100來鉆探鉆孔102。系統(tǒng)100包括地面控 制單元110和鉆柱120。
[0016] 鉆柱120包括沿其下部分的井底組件(BHA) 122,以及在BHA122與地面控制單元110 之間延伸的鉆桿128。
[0017] BHA 122為允許鉆桿120鉆探通過周圍介質(zhì)130,并且提供對(duì)于執(zhí)行鉆探操作必要 的機(jī)械力和結(jié)構(gòu)支撐的部件。BHA 122包括一個(gè)或多個(gè)部件以便提供此功能性。例如，BHA 122包括一個(gè)或多個(gè)鉆頭124。鉆頭124定位在BHA 122的端部，并且包括一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng) 的鉆探元件。在操作期間，鉆頭124通過其鉆探元件的重?fù)艋蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來粉碎、刮削、或切削 周圍介質(zhì)130。
[0018] BHA 122還包括一個(gè)或多個(gè)鉆鋌126。鉆鋌126定位在鉆頭124與鉆桿128之間，并且 為鉆頭124和BHA 122的其他部件提供結(jié)構(gòu)支撐。鉆鋌126通常具有管狀形狀，并且允許從鉆 桿128到鉆頭124的通過內(nèi)部通道的流體通路。鉆鋌126還在鉆頭124上施加重量，并且通過 其重量提供鉆頭124有效地鉆探至周圍介質(zhì)130中所需的向下力。
[0019] BHA 122還可包括支撐鉆柱120的操作的其他部件。例如，BHA 122可包括一個(gè)或多 個(gè)電機(jī)(未示出）以便操作鉆頭和/或以便使鉆井液循環(huán)。
[0020] BHA 122通過鉆桿128連接至地面。鉆桿128提供用于在BHA 122與地面控制單元 110之間傳輸電力、流體和/或通信信號(hào)的導(dǎo)管，并且還提供通過其地面控制單元100升高、 降低、和旋轉(zhuǎn)BHA 122的連接。使用地面控制單元110,操作員可沿三維路徑(例如，可變地鉆 探垂線、水平線或相對(duì)于地面處于中間角度）引導(dǎo)BHA 122,從而創(chuàng)建鉆孔102。
[0021] 在鉆探過程期間，系統(tǒng)100的部件通常承受苛刻的環(huán)境條件，例如力、壓力、溫度和 其他外部緊張性刺激。當(dāng)系統(tǒng)100的部件暴露于這些緊張性刺激時(shí)，這可導(dǎo)致部件溫度變 化、部件形狀變化(例如，由于壓力和/或加熱的對(duì)形狀的扭曲）、和/或由這些部件經(jīng)歷的應(yīng) 變、應(yīng)力或壓力變化。在一個(gè)實(shí)例中，周圍介質(zhì)130可將物理力施加至BHA 122,這可增加由 BHA 122經(jīng)歷的應(yīng)變或應(yīng)力。在另一個(gè)實(shí)例中，周圍介質(zhì)130可以是比BHA 122更熱或更冷 的，并且可導(dǎo)致BHA 122在其橫穿周圍介質(zhì)130時(shí)變熱或冷卻。在另一個(gè)實(shí)例中，周圍介質(zhì) 130可將物理力施加至BHA 122,這可導(dǎo)致BHA 122變形。由于BHA 122在經(jīng)歷極端應(yīng)變、應(yīng) 力、壓力和溫度時(shí)，或BHA 122在經(jīng)歷形狀的極端變化時(shí)，BHA 122可被損害，操作員使用監(jiān) 測系統(tǒng)來監(jiān)測BHA在操作期間的熱機(jī)械特性(例如，由BHA 112經(jīng)歷的應(yīng)變、應(yīng)力和壓力、BHA 的形狀、或BHA的溫度），以便將BHA 122保持在安全操作極限內(nèi)。這些操作極限通常限定在 其下BHA 122可安全操作，以便避免損害或破壞的條件。一般來講，操作極限在不同的BHA之 間可不同，并且可基于特定BHA的理論安全極限來確定，或可基于先前獲得的性能信息來以 經(jīng)驗(yàn)為主地確定。在一些實(shí)施方案中，安全操作極限用于建立熱機(jī)械特性中的一個(gè)或多個(gè) 的閾值，例如，限定每個(gè)熱機(jī)械特性的最大和/或最小安全值。可使用光纖監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測 BHA 122的這些熱機(jī)械特性中的一個(gè)或多個(gè)，從而在超過BHA的損害閾值之前允許操作員停 止或修改BHA 122的操作。圖2示意性地示出示例性光纖監(jiān)測系統(tǒng)200。監(jiān)測系統(tǒng)200包括信 號(hào)處理模塊202、可視化模塊212、信號(hào)源模塊204、信號(hào)檢測模塊206、和一條或多條光纖 208。每條光纖208包括一個(gè)或多個(gè)傳感器210。信號(hào)源模塊204產(chǎn)生光信號(hào)，并且將所述光信 號(hào)發(fā)射至一條或多條光纖208中。沿光纖208的一個(gè)或多個(gè)傳感器210與光信號(hào)交互，并且基 于傳感器210的熱機(jī)械特性改變光信號(hào)。所得的光信號(hào)由信號(hào)檢測模塊206檢測?；跈z測 到的光信號(hào)，信號(hào)處理模塊202確定關(guān)于傳感器210的一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性的信息。使用 可視化模塊212向操作員顯示此信息。
[0022] 當(dāng)光纖208定位抵靠BHA 122,以使得光纖208符合BHA 122的形狀并且承受與BHA 122類似的環(huán)境緊張性刺激時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)200提供對(duì)于BHA 122的熱機(jī)械特性的估計(jì)。因此， 操作員可使用監(jiān)測系統(tǒng)200來在鉆柱120的操作期間觀察和監(jiān)測關(guān)于BHA 122的熱機(jī)械特性 的信息。
[0023]信號(hào)源模塊204產(chǎn)生光并且調(diào)節(jié)所述光以便產(chǎn)生光信號(hào)。信號(hào)源模塊204耦接至光 纖208,所以產(chǎn)生的光信號(hào)發(fā)射至光纖208中。信號(hào)源模塊可產(chǎn)生單波長的光信號(hào)，或它可產(chǎn) 生由多于一個(gè)波長構(gòu)成的光信號(hào)。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，信號(hào)源模塊204包括可在一個(gè) 波長范圍上產(chǎn)生光信號(hào)的光譜的一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光發(fā)射器可產(chǎn) 生帶有變化的數(shù)據(jù)傳輸速率的光信號(hào)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，信號(hào)源模塊204與信號(hào)處理模塊 202通信，并且信號(hào)源模塊204的操作可被信號(hào)處理模塊202控制。
[0024]信號(hào)源模塊204包括光發(fā)射器以便產(chǎn)生光信號(hào)。示例性光發(fā)射器包括半導(dǎo)體裝置， 諸如發(fā)光二極管(LED)和激光二極管。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光發(fā)射器包括例如部分地由磷化 砷鎵銦或砷化鎵制成的LED。
[0025]信號(hào)檢測模塊206檢測由光纖208引導(dǎo)的光信號(hào)，并且允許系統(tǒng)200解釋光信號(hào)。信 號(hào)檢測模塊可檢測在一個(gè)波長范圍上以及在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率范圍上的光信號(hào)。在一些實(shí) 現(xiàn)方式中，信號(hào)源模塊204與信號(hào)處理模塊202通信，并且由信號(hào)檢測模塊206采集的信息可 由信號(hào)處理模塊202解釋。
[0026]信號(hào)檢測模塊206包括光接收器。光接收器使用光電效應(yīng)將光轉(zhuǎn)換成電，并且允許 電氣系統(tǒng)檢測和解釋光信號(hào)。示例性光接收器包括光電探測器或其他光電轉(zhuǎn)換器。在一些 實(shí)現(xiàn)方式中，光電探測器包括例如部分地由銦鎵砷化物制成的基于半導(dǎo)體的光電二極管。 [00 27]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，信號(hào)源模塊204和信號(hào)檢測模塊206的功能可結(jié)合。例如，收發(fā) 器可用于將信號(hào)源模塊204的光信號(hào)傳輸功能與信號(hào)檢測器模塊206的光信號(hào)檢測功能結(jié) 合。在一個(gè)實(shí)例中，收發(fā)器包括光發(fā)射器和光接收器。光發(fā)射器和光接收器可共享通用部 件，例如通用電路或通用外殼。
[0028] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)200可在鉆探過程之前、期間或之后測量BHA 122的 一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性。例如，監(jiān)測系統(tǒng)200可在鉆探操作期間監(jiān)測由BHA 122經(jīng)歷的壓力、 應(yīng)力或應(yīng)變，BHA 122的形狀或M1A 122的溫度。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)或近實(shí) 時(shí)采集關(guān)于這些特性中的一個(gè)或多個(gè)的信息，并且向操作員（例如，使用地面控制單元110 的操作員）顯示此信息，以使得操作員能夠連續(xù)地監(jiān)測鉆柱120的操作。在一些實(shí)現(xiàn)方式中， 監(jiān)測系統(tǒng)可保留信息，使得可在稍后的時(shí)間查看所述信息。
[0029]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)200可確定與熱機(jī)械特性相關(guān)的空間信息。即，監(jiān)測 系統(tǒng)200可測量熱機(jī)械特性，并且確定所述測量相對(duì)于鉆柱120的位置、方向和/或定向。例 如，監(jiān)測系統(tǒng)200可測量由BHA 122經(jīng)歷的局部應(yīng)變，并且可進(jìn)一步識(shí)別BHA 122上的經(jīng)歷所 述局部應(yīng)變的位置、以及應(yīng)變測量的定向（例如，應(yīng)變是否從位于BHA 122的頂部上、BHA 122底部上、BHA 122側(cè)面上等的傳感器測量）。
[0030]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)200可監(jiān)測鉆柱120的一個(gè)或多個(gè)部件的形狀。例如， 監(jiān)測系統(tǒng)200可檢測BHA 122(例如，一個(gè)或多個(gè)鉆鋌126)和/或鉆桿128的形狀。這允許操作 員觀察鉆柱120的部件的形狀和相對(duì)定向，使得操作員可確定鉆柱120的部件是否如預(yù)期的 定位和布置。這還允許操作員確定一個(gè)或多個(gè)部件在鉆探操作期間是否是彎曲或屈曲的， 并且允許操作員確定鉆柱120是否是以可能損害或禁用鉆柱120的方式彎曲或屈曲的。以此 方式，操作員可使用監(jiān)測系統(tǒng)200來安全地引導(dǎo)鉆柱120的操作。
[0031]可視化模塊212通過操作員界面向操作員顯示有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)200的信息。顯示的信 息可包括例如由監(jiān)測系統(tǒng)200測量的一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性、監(jiān)測系統(tǒng)200的特征(例如，監(jiān) 測系統(tǒng)200和/或其部件中的一個(gè)或多個(gè)的操作狀態(tài)、或監(jiān)測系統(tǒng)200的操作參數(shù)）、或與系 統(tǒng)200的操作相關(guān)的其他信息。信息可被顯示作為文本信息、圖形信息、或文本信息和圖像 信息的組合。例如，操作員界面可以表格(例如，熱機(jī)械特性的表格）、圖表(例如，隨時(shí)間推 移的熱機(jī)械特性的圖表）、或圖像(例如，示出關(guān)于一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性的位置信息的圖 像、或示出鉆柱的部件的形狀的圖像)的形式顯示信息。
[0032]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)測量的特性跨越特定閾值(例如，已知的安全閾值)時(shí)，信號(hào) 處理模塊202向操作員界面發(fā)送信號(hào)以便警告操作員。例如，如果測量的特性未跨越閾值， 信號(hào)處理模塊202向操作員界面發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)，并且操作員界面提供BHA 122正安全操作 的指示。如果測量的特性接近跨越閾值，信號(hào)處理模塊202向操作員界面發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)， 并且操作員界面提供BHA 122正接近其安全極限的指示。如果測量的特性跨越閾值，信號(hào)處 理模塊202向操作員界面發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)，并且操作員界面提供BHA 122已超過其安全極限 的指示。例如，如果BHA 122的所測量形狀跨越特定閾值(例如，如果它的曲率超過特定的曲 率閾值），信號(hào)處理模塊202向操作員界面發(fā)送信號(hào)，并且操作員界面提供BHA 122的形狀已 經(jīng)超過其安全極限的指示。
[0033]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，信號(hào)處理模塊202向操作員界面提供建議，所述建議協(xié)助將 BHA 122保持在安全操作極限內(nèi)。例如，如果測量的特性接近于跨越安全閾值，信號(hào)處理模 塊202向操作員界面提供關(guān)于如何避免不安全操作的建議(例如，縮回鉆柱120、停止或減速 鉆探操作、或改變鉆柱120的操作的其他方面的建議）。如果測量的特性跨越安全閾值，信號(hào) 處理模塊202向操作員界面提供關(guān)于如何避免進(jìn)一步的不安全操作的建議。這些建議可向 用戶顯示用于查看。
[0034]信號(hào)處理模塊202和操作員界面可基于最近獲得的測量值、或基于多個(gè)測量值的 歷史趨勢來提供安全指示和建議。在一個(gè)實(shí)例中，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)信號(hào)處理模塊202 確定特性正以在特定時(shí)間段內(nèi)將把它帶到閾值下的速率下降時(shí)，信號(hào)處理模塊202和操作 員界面提供BHA 122正返回安全操作極限的指示，并且提供繼續(xù)當(dāng)前操作的建議。在另一個(gè) 實(shí)例中，如果信號(hào)處理模塊202確定特性正以在特定時(shí)間段內(nèi)將超過閾值的速率上升時(shí)，信 號(hào)處理模塊202和操作員界面提供BHA 122正以不安全方式操作的指示，并且提供停止當(dāng)前 操作的建議。
[0035] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)超過安全閾值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)（即，沒有來自操作員的另外 輸入)關(guān)閉或另外修改BHA的操作。
[0036] 可視化模塊212可包括用于向操作員表示信息的一個(gè)或多個(gè)顯示裝置，例如狀態(tài) 指示器(例如，照明以便指示信息的光），或視頻顯示器，諸如平板顯示器(例如，液晶顯示器 (LCD)監(jiān)測器）。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可視化模塊212位于地面控制系統(tǒng)110處，使得操作員可 在鉆柱120的操作期間觀察有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)200的信息。
[0037]監(jiān)測系統(tǒng)200可以各種方式檢測熱機(jī)械特性。例如，傳感器210可以是可提供在沿 光纖208的一個(gè)或多個(gè)離散點(diǎn)處的測量的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器。參見圖3,不例性 FGB傳感器210包括多個(gè)布拉格光柵302，其沿單一模式光纖208(即傳送單一光線的光纖）的 長度以周期（即FBG傳感器的波長)定位。A
[0038] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖208包括較小的內(nèi)芯(例如，直徑為大約4至9wn)和具有較 大直徑（例如，直徑為大約125wii)的外部部分（即包層）。內(nèi)芯例如可由玻璃（Si〇2)制成，并 且具有由高元素?fù)诫s(例如，鍺摻雜）導(dǎo)致的高折射指數(shù)。在內(nèi)芯與包層之間的折射指數(shù)的 差異導(dǎo)致光僅在內(nèi)芯內(nèi)傳播。
[0039]每個(gè)布拉格光柵302具有一個(gè)帶有不同于光纖208的折射指數(shù)的折射指數(shù)的區(qū)域， 并且因此，在其條紋（即在光柵302與光纖208之間的界面)處反射特定帶寬的光。例如，參見 圖3,由信號(hào)源模塊204發(fā)射的具有1和&的波長的光不被反射，并且由光纖208引導(dǎo)至信號(hào) 檢測模塊206。然而，具有波長A。的光的一部分被每個(gè)布拉格光柵302的條紋反射回信號(hào)源 模塊204,同時(shí)所述光的一部分繼續(xù)反射到信號(hào)檢測模塊206上。反射率（即，由每個(gè)布拉格 光柵條紋反射的光的部分)可以是相當(dāng)小的，例如在0.001%與0.1%之間。
[0040] 此外，因?yàn)槊總€(gè)布拉格光柵302反射帶有不同相移的光，干涉發(fā)生并且大部分的反 射光被抵消。然而，帶有相等相移的反射積累到強(qiáng)反射峰值。這在圖4中示出。圖4的頂部示 出帶有10條紋布拉格光柵402的光纖208。光從光纖208的左側(cè)進(jìn)入。以下，存在帶有不同波 長的三個(gè)光束404a_c。上部光束404a精確地具有光柵周期的波長并且所有的單一條紋 反射被同相反射，并且因此合計(jì)達(dá)十倍于單一條紋反射的反射能量水平406a。下一個(gè)光束 4〇6b具有10%更高的頻率，使得11個(gè)光周期A Q+1具有10個(gè)柵格周期的長度。所有的單一條 紋反射因此具有不同的相位和抵消，從而導(dǎo)致〇的反射能量水平406b。類似的抵消效果在最 低光束404c的情況下發(fā)生，所述光束404c具有10%更低的頻率，使得9個(gè)光周期具有10 個(gè)柵格周期h的長度，并且導(dǎo)致0的反射能量水平406c。
[0041] 這樣，反射帶寬和所得的反射能量函數(shù)取決于FBG傳感器的波長A。此波長A取決于 由光纖208經(jīng)歷的各種熱機(jī)械特性。例如，應(yīng)變和溫度與波長A相關(guān)，根據(jù)以下方程式：
[0043] 其中
[0044] A入=波長偏移，
[0045] A〇 =基本波長開始，
[0046] k = 1-p,
[0047] p =光測彈性系數(shù)，
[0048] k =應(yīng)變系數(shù)，
[0049] A T=以K計(jì)量的溫度變化，
[0050] as =折射指數(shù)的改變變化，
[0052]在示例性實(shí)現(xiàn)方式中，光測彈性系數(shù)p為0.22,應(yīng)變系數(shù)k為0.78,并且折射系數(shù)的 變化as為
[0053] 等式的第一表達(dá)式(k*e)描述由力（em)和溫度(eT)引起的應(yīng)變影響的方程式。第二 表達(dá)式(as* A T)描述僅由溫度引起的玻璃折射指數(shù)n的變化。
[0054] 另外，
[0055] e = em+eT，
[0056] 其中
[0057] em=機(jī)械引起的應(yīng)變，
[0058] eT=溫度引起的應(yīng)變，
[0059] ￡T=asp*AT，
[0060] asp =試樣的每K膨脹系數(shù)。
[0061 ]這產(chǎn)生描述在應(yīng)變和溫度的影響下的FBG傳感器的行為的以下方程式：
[0063] 以及
[0065] 在純溫度傳感器的情況下，布拉格光柵未產(chǎn)生應(yīng)力。FBG傳感器A A/A〇信號(hào)隨后僅 隨溫度而變化。在這種情況下，a是熱膨脹系數(shù)，a是光纖的熱膨脹系數(shù)。
[0067]或
[0069] 產(chǎn)生用于溫度測量FBGS的方程式：
[0071 ]光纖的膨脹系數(shù)a班g是非常低的。例如，在不例性實(shí)現(xiàn)方式中，a班g=〇 .55*1(T6/K。 最大的影響由溫度相關(guān)的折射指數(shù)as的變化導(dǎo)致。當(dāng)將光纖固定至樣本時(shí)，F(xiàn)BG傳感器信號(hào) AV%隨試樣的應(yīng)變（em+eT)而改變，并且因此熱膨脹系數(shù)隨后是a sp并且不是a鵬。因此，
[0073] 產(chǎn)生用于應(yīng)變測量FBG傳感器的方程式：
[0075]當(dāng)FBG傳感器在沒有機(jī)械應(yīng)變（em = 0)的區(qū)域上固定至樣本時(shí)，它作為溫度補(bǔ)償 FBG傳感器工作。它的信號(hào)根據(jù)以下方程式計(jì)算：
[0078]這樣，F(xiàn)GB傳感器可使用以上關(guān)系基于反射的傳感器信號(hào)的測量來確定沿著光纖 的離散點(diǎn)處的應(yīng)變和溫度的信息?；诖诵畔ⅲ€可確定關(guān)于沿著光纖的離散點(diǎn)處的應(yīng)力 的附加信息。例如，對(duì)于帶有已知的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的材料，關(guān)于應(yīng)力的信息可作為所測量 應(yīng)變的函數(shù)被確定。
[0079] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，一個(gè)或多個(gè)波長的光可被引導(dǎo)通過光纖208，并且FGB傳感器 可與每個(gè)波長的光不同地交互。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，包括光的光譜的光信號(hào)被引導(dǎo)通過光 纖208,并且分析反射光譜以便同時(shí)測量多個(gè)FBG信號(hào)。可例如使用干涉儀來分析反射光譜， 以便根據(jù)其分量光線的波長分離光譜。
[0080] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，F(xiàn)BG傳感器可用于確定光纖208的形狀。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式 中，光纖208包括兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的芯，其中每個(gè)芯包括多個(gè)傳感器210。如上所述，光 纖208的每個(gè)芯的傳感器210可用于確定關(guān)于光纖208的應(yīng)變信息。如果安裝芯以使得它們 是非共面的，當(dāng)光纖208彎曲時(shí)，每個(gè)芯將經(jīng)歷不同的應(yīng)變。在每個(gè)芯之間的應(yīng)變的差異可 用于確定沿著離散點(diǎn)(沿著光纖）的曲率，并且可用于確定光纖208的形狀。通過檢測沿著多 個(gè)非共面芯的應(yīng)變，可確定多維差分應(yīng)變矢量。使用此差分應(yīng)變矢量，可確定關(guān)于光纖208 的曲率和形狀的信息。在示例性實(shí)現(xiàn)方式中，帶有三個(gè)非共面芯的光纖208可用于確定關(guān)于 光纖208的三維形狀信息。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可代替帶有多個(gè)芯的單一光纖208使用各自 帶有單一芯的多條光纖208。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可使用可商購獲得的工具來實(shí)施形狀感 測，諸如使用Luna Innovations Incorporated(Roanoke，VA)的光分布傳感器詢問器、分布 式感測系統(tǒng)、或光反向散射反射計(jì)產(chǎn)品線。
[0081]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)200可確定與測量中的每一個(gè)相關(guān)的空間信息。即， 監(jiān)測系統(tǒng)200可測量熱機(jī)械特性，并且確定所述測量相對(duì)于鉆柱120的位置、方向和/或定 向。這可以用各種方式來實(shí)施。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)測系統(tǒng)200可提供來自光纖208 的離散點(diǎn)的測量。如果光纖208的空間布置是已知的，監(jiān)測系統(tǒng)200可使用此信息來確定測 量的源的具體位置和/或定向。作為實(shí)例，如果已知光纖208圍繞BHA 122螺旋卷繞，那么來 自光纖208的離散點(diǎn)的測量可與沿此螺旋線的具體點(diǎn)相關(guān)。此點(diǎn)可用于確定測量相對(duì)于鉆 柱120的位置、方向和定向。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可部分地基于光纖208的所測量形狀來確定 空間信息。
[0082]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，代替FBG傳感器，監(jiān)測系統(tǒng)200可包括其他類型的傳感器210， 諸如微彎曲傳感器、干涉測量傳感器、偏振計(jì)傳感器、或兩種或更多種不同類型的傳感器組 合。例如，傳感器210可以是微彎曲傳感器。在示例性實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)光纖208承受小變形（即 "微彎曲"）時(shí)，在光纖的內(nèi)芯中的光線可超過內(nèi)芯的臨界角。這導(dǎo)致能量在內(nèi)芯與包層模之 間的的重新分布。所引導(dǎo)的較高階內(nèi)芯模聯(lián)接至包層模，從而導(dǎo)致在光纖中傳播的光減少。 例如通過放置光纖與一系列周期性定位的變形接觸，可獲得此模耦接。因此，由于光泄漏到 包層中，微彎曲導(dǎo)致光強(qiáng)度減少。通過監(jiān)測和關(guān)聯(lián)光強(qiáng)度的損失，可設(shè)計(jì)不同類型的微彎曲 傳感器，所述微彎曲傳感器可給出作用在其上的力的測量值。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，微端傳感 器比其他類型的光纖傳感器更容易實(shí)施，并且可潛在地以更低的成本實(shí)施。
[0083]光纖208和其傳感器210可定位在系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)部件上，以便監(jiān)測由這些 部件經(jīng)歷的熱機(jī)械特性。例如，參見圖5A，光纖208可定位在BHA 122的鉆鋌126上。光纖208 可圍繞鉆鋌126(例如以螺旋圖案)纏繞，以使得在所述光纖沿鉆鋌126的長度延伸時(shí)，它圍 繞鉆鋌126的圓周周邊連續(xù)卷繞。這允許監(jiān)測系統(tǒng)200沿著鉆鋌126的軸向長度連續(xù)采集信 息，以及在圍繞鉆鋌126的徑向方向上連續(xù)采集信息。光纖208符合鉆鋌126的形狀并且相對(duì) 于通道固定，以使得鉆鋌126的任何變形導(dǎo)致光纖208的對(duì)應(yīng)變形。
[0084] 光纖208可定位在通道502內(nèi)，以使得它從鉆鋌126的外周邊凹進(jìn)。這在圖5B中示 出，所述圖5B更詳細(xì)地示出圖5A的虛線區(qū)域。類似光纖208,通道502可沿鉆鋌126的長度延 伸，并且可圍繞鉆鋌126螺旋地纏繞。
[0085] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖208由包層504保護(hù)。例如，參見圖5C-D，包層504圍繞通道 502內(nèi)的光纖208,保護(hù)光纖208免于外部環(huán)境影響，并且確保光纖208相對(duì)于鉆鋌126固定。 包層504可通過在光纖208上添加硬質(zhì)材料的任何過程來添加，例如焊接或等離子轉(zhuǎn)移弧 (PTA)技術(shù)。
[0086]光纖208可以各種方式連接至監(jiān)測系統(tǒng)200和系統(tǒng)100的其他部件。例如，參見圖6， 示例性BHA 122可包括一個(gè)或多個(gè)鉆鋌126,同時(shí)光纖208定位在沿鉆鋌126的長度延伸的通 道502內(nèi)。鉆鋌126在一個(gè)軸向端上連接至源接頭602,所述源接頭602容納系統(tǒng)200的信號(hào)源 模塊204(未示出）。源接頭602沿BHA 122的下部分連接至鉆鋌126,并且在光纖208與信號(hào)源 模塊204之間提供連接點(diǎn)，以使得沿著光纖208的長度朝向BHA 122的上端引導(dǎo)由信號(hào)源模 塊204產(chǎn)生的光信號(hào)。
[0087] 信號(hào)檢測模塊206可定位在與信號(hào)源模塊204相對(duì)的端上，例如在MWD/LWD鉆鋌604 中，在鉆柱120的另一個(gè)部分上，或在地面上(例如，在地面控制單元110處）。信號(hào)源模塊204 在與信號(hào)源模塊204相對(duì)的端處連接至光纖208,并且可提供關(guān)于光信號(hào)在其穿過光纖208 時(shí)的反射行為的信息。
[0088]信號(hào)處理模塊202可放置在各種位置中，例如沿鉆柱120或在地面處(例如，在地面 控制單元110處）。信號(hào)處理模塊202通過一個(gè)或多個(gè)信號(hào)發(fā)射器(例如，有線或無線信號(hào)傳 輸連接)連接至信號(hào)源模塊204和信號(hào)檢測模塊206。信號(hào)處理模塊202控制信號(hào)源模塊204 和信號(hào)檢測模塊206的操作，并且處理光信號(hào)以便確定關(guān)于一個(gè)或多個(gè)特性和其沿光纖208 的相關(guān)聯(lián)的位置或定向的信息。
[0089] 如圖6所示，鉆柱120的兩個(gè)或更多個(gè)部件（例如，BHA 122)可通過耦接構(gòu)件606來 連接。耦接構(gòu)件606在兩個(gè)相鄰部件之間提供牢固連接，并且允許光纖208在兩個(gè)部件之間 經(jīng)過。例如，MWD/LWD鉆鋌604可使用耦接構(gòu)件606a連接至鉆鋌126a。在另一個(gè)實(shí)例中，可使 用耦接構(gòu)件606b來連接兩個(gè)鉆鋌126a-b。在又一個(gè)實(shí)例中，可使用耦接構(gòu)件606c來連接鉆 鋌126b和源接頭602。在這些實(shí)例中的每一個(gè)中，光纖208連續(xù)穿過兩個(gè)連接的部件。
[0090]耦接構(gòu)件606在圖7A-C中更詳細(xì)地示出。耦接構(gòu)件606為大體管狀的，并且在一個(gè) 軸向端處包括突出部702,以及在另一個(gè)軸向端處包括凹槽704。突出部702和凹槽704允許 耦接構(gòu)件606牢固地插入到相應(yīng)地帶有對(duì)應(yīng)凹槽或突出部的部件中。耦接構(gòu)件606包括兩個(gè) 通道706和708。通道706定位在耦接構(gòu)件606的軸向中心處，并且允許材料在兩個(gè)互連的部 件之間流動(dòng)。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)親接構(gòu)件606b在兩個(gè)鉆鋌126a_b之間連接時(shí)，通 道706允許鉆井液在鉆鋌126a-b中的每一個(gè)之間流動(dòng)。通道708沿耦接構(gòu)件606的徑向周邊 定位，并且允許光纖208在兩個(gè)互連的部件之間經(jīng)過。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)耦接構(gòu)件 606b在兩個(gè)鉆鋌126a-b之間連接時(shí)，通道708允許光纖208在第一鉆鋌126a的通道502與第 二鉆鋌126b的通道502之間經(jīng)過。耦接構(gòu)件606還可包括一個(gè)或多個(gè)套筒710,所述一個(gè)或多 個(gè)套筒710可在耦接構(gòu)件606的端部上滑動(dòng)，以便將連接點(diǎn)固定在耦接構(gòu)件606與連接的部 件之間。
[0091]為確保光纖208可在兩個(gè)互連的部分之間連續(xù)經(jīng)過，一個(gè)或多個(gè)部件可包括帶有 減小的外徑的一個(gè)或多個(gè)部分。參見圖8A，示例性鉆鋌126包括帶有對(duì)應(yīng)于耦接構(gòu)件606的 凹槽704的突出部804的端部部分802。鉆鋌126還包括部分806,所述部分806帶有相對(duì)于鉆 鋌126的主延伸部808的外徑減少的外徑。如圖8B所示，當(dāng)鉆鋌126的突出部804裝配到耦接 構(gòu)件606的凹槽704中時(shí)，部分806保留在耦接構(gòu)件606的外部。此部分806允許光纖208順利 地從鉆鋌126的通道502經(jīng)過到鉆鋌606的通道708中，以使得它可在兩個(gè)部件之間連續(xù)經(jīng) 過。如圖8C所示，耦接構(gòu)件606可以此方式使用以便將兩個(gè)部件(例如，兩個(gè)鉆鋌126a-b)連 接在一起，以使得光纖208在連接的部件中的每一個(gè)之間連續(xù)經(jīng)過。
[0092] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可使用多于一個(gè)的光纖208。例如，鉆鋌126可包括沿其周邊卷 繞的兩條或更多條光纖208。光纖可被定位成使得它們彼此相等地間隔（例如，被定位成使 得它們沿鉆鋌126維持彼此恒定的距離），或它們可以其他布置來定位。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方 式中，光纖208可被定位成使得在一個(gè)或多個(gè)位置處，光纖208比在一個(gè)或多個(gè)其他位置處 更靠近彼此。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，一條或多條光纖208捆綁在一起，以使得它們沿其延伸部 的長度各自靠近平行運(yùn)行。
[0093] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖208可以不同的布置定位。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖 208可用變化的節(jié)距來卷繞，以使得它相對(duì)于其他部分更頻繁地圍繞某些部分卷繞。在一些 實(shí)現(xiàn)方式中，代替螺旋圖案，光纖208可被定位成使得它基本上平行于鉆鋌126的軸向長度 運(yùn)行。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖208可根據(jù)任何其他任意布置來定位。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光 纖208可包括這些布置中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。例如，在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光纖208可具有 帶有恒定螺旋圖案的部分、帶有平行圖案的部分、以及帶有變化螺旋圖案的部分。
[0094]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，信號(hào)源模塊204和信號(hào)檢測模塊206可放置在光纖208的相同 端上，而不是放置在相反端上。信號(hào)檢測模塊206可包括干涉儀來分析光的反射波長的光 譜，以便確定一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性。
[0095]以上描述的技術(shù)可在數(shù)字電子電路中實(shí)施，或在計(jì)算機(jī)軟件、固件或硬件(包括在 本說明書中公開的結(jié)構(gòu)和其結(jié)構(gòu)等效物）中實(shí)施，或在它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合中實(shí)施。 例如，信號(hào)處理模塊202可包括電子處理器，并且所述電子處理器可用于處理由信號(hào)檢測模 塊206檢測的光信號(hào)以便確定一個(gè)或多個(gè)熱機(jī)械特性，如以上描述的。在另一個(gè)實(shí)例中，電 子處理器可用于控制信號(hào)源模塊204、信號(hào)檢測模塊206、和/或可視化模塊212的操作。 [0096]術(shù)語"電子處理器"包括用于處理數(shù)據(jù)的所有種類的裝置、設(shè)備和機(jī)器，舉例來說， 包括可編程處理器、計(jì)算機(jī)、芯片上系統(tǒng)、或上述各者中的多個(gè)或上述各者的組合。設(shè)備可 以包括特殊用途邏輯電路，例如，F(xiàn)PGA(場可編程門陣列）或ASIC(專用集成電路）。除了硬 件，設(shè)備還可包括為所討論計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)造執(zhí)行環(huán)境的代碼，例如，構(gòu)成處理器固件、協(xié)議 堆棧、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、跨平臺(tái)運(yùn)行時(shí)環(huán)境、虛擬機(jī)或上述各者中的一個(gè)或多個(gè) 的組合的代碼。設(shè)備和執(zhí)行環(huán)境可實(shí)現(xiàn)各種不同的計(jì)算模型基礎(chǔ)設(shè)施，諸如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、分布 式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。
[0097] 適用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器以舉例的方式包括通用和專用微處理器、以及任 何種類的數(shù)字計(jì)算機(jī)的任何一個(gè)或多個(gè)處理器。通常，處理器將從只讀存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器或兩者接收指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的基本原件為用于根據(jù)指令執(zhí)行動(dòng)作的處理器、和 用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置。通常，計(jì)算機(jī)將還包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一 個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)裝置(例如，磁盤、磁光盤、或光盤），或可操作地耦接以便從其接收數(shù) 據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸至其或兩者。然而，計(jì)算機(jī)不必須具有此類裝置。此外，計(jì)算機(jī)可嵌入在另 一個(gè)裝置中，例如，移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、可移動(dòng)的音頻或視頻播放器、游戲控制 臺(tái)、全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器、或便攜式存儲(chǔ)裝置(例如，通用串行總線(USB)閃存驅(qū)動(dòng))等 等。適用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的裝置包括所有形式的非易失性存儲(chǔ)器、介質(zhì)和存 儲(chǔ)器裝置，以舉例的方式包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置（例如，EPR0M、EEPR0M和閃存裝置）；磁盤 (例如，內(nèi)部硬盤或可移動(dòng)磁盤）；磁光盤；以及CD ROM和DVD-ROM磁盤。處理器和存儲(chǔ)器可由 專用邏輯電路補(bǔ)充或結(jié)合在其中。
[0098] 一般來講，在一方面，系統(tǒng)包括井底組件(BHA)，所述井底組件(BHA)包括一個(gè)或多 個(gè)鉆鋌以及連接至所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌的鉆頭。系統(tǒng)還包括用于監(jiān)測BHA的傳感器系統(tǒng)。傳 感器系統(tǒng)包括沿一個(gè)或多個(gè)鉆鋌螺旋纏繞和延伸的一個(gè)或多個(gè)長度的光纖、被布置來將光 信號(hào)發(fā)射至一個(gè)或多個(gè)長度的光纖中的信號(hào)源模塊、被布置來檢測由一個(gè)或多個(gè)長度的光 纖從信號(hào)源模塊引導(dǎo)的光信號(hào)的信號(hào)檢測模塊、與檢測模塊通信的信號(hào)處理模塊、以及與 信號(hào)處理模塊通信的操作員界面。信號(hào)處理模塊被編程以便在系統(tǒng)的操作期間，基于檢測 的光信號(hào)確定當(dāng)BHA用于鉆井時(shí)，關(guān)于在一個(gè)或多個(gè)鉆鋌上的多個(gè)不同位置處的熱機(jī)械特 性的測量信息。信號(hào)處理模塊還被編程以便在系統(tǒng)的操作期間，當(dāng)測量信息超過閾值時(shí)向 操作員界面發(fā)送信號(hào)。
[0099]此方面的實(shí)現(xiàn)方式可以包括下述特征中的一或多個(gè)特征。信號(hào)處理模塊可被進(jìn)一 步編程以便在系統(tǒng)的操作期間，基于測量信息和閾值向操作員界面提供建議。熱機(jī)械特性 可以是應(yīng)變。熱機(jī)械特性可以是溫度。熱機(jī)械特性可以是壓力。熱機(jī)械特性可以是BHA的形 狀。BHA可包括通過耦接器彼此連接的至少兩個(gè)鉆鋌，其中所述耦接器包括從第一端和第二 端延伸的管形壁以及在第一端與第二端之間的通道，并且其中一個(gè)或多個(gè)長度的光纖穿過 通道以便連續(xù)延伸橫跨至少兩個(gè)鉆鋌和耦接器。一個(gè)或多個(gè)長度的光纖可設(shè)置在沿BHA螺 旋地延伸的一個(gè)或多個(gè)通道中。系統(tǒng)還可包括設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)通道中的保護(hù)包層。信號(hào) 源模塊可定位在一個(gè)或多個(gè)鉆鋌與鉆頭之間。系統(tǒng)還可包括與信號(hào)處理模塊通信的可視化 模塊，其中可視化模塊被編程以便在系統(tǒng)的操作期間顯示測量信息和對(duì)應(yīng)于測量信息的位 置的指示。
[0100] 通常，在另一個(gè)方面中，監(jiān)測井底組件(BHA)的方法包括將光信號(hào)引導(dǎo)至圍繞BHA 一個(gè)或多個(gè)鉆鋌螺旋地纏繞以及沿其延伸的一個(gè)或多個(gè)長度的光纖中；在光信號(hào)由一個(gè)或 多個(gè)長度的光纖引導(dǎo)之后檢測光信號(hào);基于檢測的光信號(hào)確定當(dāng)BHA用于鉆井時(shí)，關(guān)于在一 個(gè)或多個(gè)鉆鋌上的多個(gè)不同位置處的熱機(jī)械特性的測量信息；以及當(dāng)測量信息超過閾值時(shí) 向操作員界面發(fā)送信號(hào)。
[0101] 此方面的實(shí)現(xiàn)方式可以包括下述特征中的一或多個(gè)特征。方法還可包括基于測量 信息和閾值向用戶提供建議。熱機(jī)械特性可以是應(yīng)變。熱機(jī)械特性可以是溫度。熱機(jī)械特性 可以是壓力。熱機(jī)械特性可以是BHA的形狀。方法還可包括顯示測量信息和對(duì)應(yīng)于測量信息 的在BHA上的位置的指示。
[0102] 通常，在另一個(gè)方面中，用于監(jiān)測井底組件（BHA)的傳感器系統(tǒng)包括被適配成沿 BHA螺旋地纏繞和延伸的一個(gè)或多個(gè)長度的光纖、被布置來將光信號(hào)發(fā)射至一個(gè)或多個(gè)長 度的光纖中的信號(hào)源模塊、被布置來接收由一個(gè)或多個(gè)長度的光纖從信號(hào)源模塊引導(dǎo)的光 信號(hào)的信號(hào)檢測模塊、與檢測模塊通信的信號(hào)處理模塊、以及與信號(hào)處理模塊通信的操作 員界面。信號(hào)處理模塊被編程以便在系統(tǒng)操作期間，確定關(guān)于在BHA上的多個(gè)不同位置處的 熱機(jī)械特性的測量信息，并且當(dāng)測量信息超過閾值時(shí)，向操作員界面發(fā)送信號(hào)。
[0103]此方面的實(shí)現(xiàn)方式可以包括下述特征中的一或多個(gè)特征。信號(hào)處理模塊可被進(jìn)一 步編程以便在系統(tǒng)的操作期間，基于測量信息和閾值向操作員界面提供建議。熱機(jī)械特性 可以是應(yīng)變。熱機(jī)械特性可以是溫度。熱機(jī)械特性可以是壓力。熱機(jī)械特性可以是BHA的形 狀。信號(hào)源模塊可定位在鉆鋌與鉆頭之間。系統(tǒng)還可包括與信號(hào)處理模塊通信的可視化模 塊，其中可視化模塊被編程以便在系統(tǒng)的操作期間顯示測量信息和對(duì)應(yīng)于測量信息的在 BHA上的位置的指示。系統(tǒng)還可包括將BHA的第一部分連接至BHA的第二部分的耦接器，其中 耦接器包括從第一端和第二端延伸的管形壁以及在第一端與第二端之間的通道，并且其中 一個(gè)或多個(gè)長度的光纖穿過通道以便連續(xù)延伸橫跨至少兩個(gè)鉆鋌和耦接器。
[0104]已描述了多個(gè)實(shí)施方案。其它實(shí)施方案在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種系統(tǒng)，其包括： 井底組件(BHA)，其包括一個(gè)或多個(gè)鉆鋌以及連接至所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌的鉆頭；以及 傳感器系統(tǒng)，其用于監(jiān)測所述BHA，其包括： 一個(gè)或多個(gè)長度的光纖，其沿所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌螺旋地纏繞和延伸； 信號(hào)源模塊，其被布置來將光信號(hào)發(fā)射至所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖中； 信號(hào)檢測模塊，其被布置來檢測由所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖從所述信號(hào)源模塊引導(dǎo) 的所述光信號(hào)； 信號(hào)處理模塊，其與所述檢測模塊通信；以及 操作員界面，其與所述信號(hào)處理模塊通信， 其中所述信號(hào)處理模塊被編程以便在所述系統(tǒng)的操作期間： 基于所述檢測的光信號(hào)確定當(dāng)所述BHA用于鉆井時(shí)，關(guān)于在所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌上的 多個(gè)不同位置處的熱機(jī)械特性的測量信息，并且 當(dāng)測量信息超過閾值時(shí)，向所述操作員界面發(fā)送信號(hào)。2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)處理模塊可被進(jìn)一步編程以便在所述系統(tǒng) 的操作期間，基于所述測量信息和所述閾值向所述操作員界面提供建議。3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為應(yīng)變。4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為溫度。5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為壓力。6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為所述BHA的形狀。7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述BHA包括通過耦接器彼此連接的至少兩個(gè)鉆鋌； 其中所述耦接器包括從第一端和第二端延伸的管形壁，以及在所述第一端與所述第二 端之間的通道； 其中所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖穿過所述通道，以便連續(xù)延伸橫跨所述至少兩個(gè)鉆鋌 和所述耦接器。8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖設(shè)置在沿所述BHA螺旋地 延伸的一個(gè)或多個(gè)通道中。9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其還可包括設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)通道中的保護(hù)包層。10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)源模塊定位在所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌與所述 鉆頭之間。11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還可包括與所述信號(hào)處理模塊通信的可視化模塊，其 中所述可視化模塊被編程以便在所述系統(tǒng)的操作期間顯示所述測量信息和對(duì)應(yīng)于所述測 量信息的位置的指示。12. -種監(jiān)測井底組件(BHA)的方法，其包括： 將光信號(hào)引導(dǎo)至圍繞所述BHA的一個(gè)或多個(gè)鉆鋌螺旋地纏繞以及沿其延伸的一個(gè)或多 個(gè)長度的光纖中； 在所述光信號(hào)由所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖引導(dǎo)之后，檢測所述光信號(hào)； 基于所述檢測的光信號(hào)確定當(dāng)所述BHA用于鉆井時(shí)，關(guān)于在所述一個(gè)或多個(gè)鉆鋌上的 多個(gè)不同位置處的熱機(jī)械特性的測量信息；以及 當(dāng)所述測量信息超過閾值時(shí)，向操作員界面發(fā)送信號(hào)。13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其還包括基于所述測量信息和所述閾值向所述用戶提 供建議。14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述熱機(jī)械特性為應(yīng)變。15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述熱機(jī)械特性為溫度。16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述熱機(jī)械特性為壓力。17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述熱機(jī)械特性為所述BHA的形狀。18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其還可包括顯示所述測量信息和對(duì)應(yīng)于所述測量信息 的在所述BHA上的所述位置的指示。19. 一種用于監(jiān)測井底組件(BHA)的傳感器系統(tǒng)，其包括： 一個(gè)或多個(gè)長度的光纖，其被適配來沿BHA螺旋地纏繞和延伸； 信號(hào)源模塊，其被布置來將光信號(hào)發(fā)射至所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖中； 信號(hào)檢測模塊，其被布置來接收由所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖從所述信號(hào)源模塊引導(dǎo) 的所述光信號(hào)； 信號(hào)處理模塊，其與所述檢測模塊通信；以及 操作員界面，其與所述信號(hào)處理模塊通信， 其中所述信號(hào)處理模塊被編程以便在所述系統(tǒng)的操作期間： 確定關(guān)于在所述BHA上的多個(gè)不同位置處的熱機(jī)械特性的測量信息，并且 當(dāng)所述測量信息超過閾值時(shí)，向所述操作員界面發(fā)送信號(hào)。20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)處理模塊被進(jìn)一步編程以便在所述系統(tǒng) 的操作期間，基于所述測量信息和所述閾值向所述操作員界面提供建議。21. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為應(yīng)變。22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為溫度。23. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為壓力。24. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述熱機(jī)械特性為所述BHA的形狀。25. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)源模塊定位在鉆鋌與鉆頭之間。26. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其還包括與所述信號(hào)處理模塊通信的可視化模塊，其中 所述可視化模塊被編程以便在所述系統(tǒng)的操作期間顯示所述測量信息和對(duì)應(yīng)于所述測量 信息的在所述BHA上的所述位置的指示。27. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其還包括將所述BHA的第一部分連接至所述BHA的第二 部分的耦接器； 其中所述耦接器包括從第一端和第二端延伸的管形壁，以及在所述第一端與所述第二 端之間的通道； 其中所述一個(gè)或多個(gè)長度的光纖穿過所述通道，以便連續(xù)延伸橫跨所述至少兩個(gè)鉆鋌 和所述耦接器。
【文檔編號(hào)】E21B47/06GK105849364SQ201380080219
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日
【發(fā)明人】B·加吉, A·普羅希特, R·S·卡戴姆, R·R·蓋克維德
【申請(qǐng)人】哈里伯頓能源服務(wù)公司