用光纤分布式声感测(DAS)组合检测横向声信号制造技术

本公开涉及用光纤分布式声感测(DAS)组合检测横向声信号。一种分布式光纤声感测系统包括具有外表面的延长体、在所述外表面上以第一预定缠绕角布置的光纤，以及光连接到所述光纤的光发射和接收装置。延长体可以包括至少一个基本上平的表面和/或围绕所述体的可膨胀弹性体层，以及/或者围绕所述弹性体层的弹性体外管。有至少一个传感器垫被布置在外层中，传感器垫包括硬衬以及附着其上或嵌入其中的至少一个纵向光纤。围绕所述管可以有保护材料体，所述保护材料体可以具有包括至少一个基本上平的表面的外表面和布置在所述体中的至少一个传感器垫。

Combined detection of transverse sound signals using fiber distributed acoustic sensor (DAS)

The present disclosure relates to the combination of optical fiber distributed acoustic sensing (DAS) for detecting transverse acoustic signals. A distributed optical fiber acoustic sensing system consists of an elongated body with an outer surface, an optical fiber arranged on the outer surface at a first predetermined winding angle, and a light emitting and receiving device connected to the optical fiber. The lengthening body may include at least one basically flat surface and / or the expansible elastic body layer around the body, and / or an elastic external tube around the elastic body layer. At least one sensor pad is disposed in the outer layer, and the sensor pad includes a rigid liner and at least one longitudinal optical fiber attached to or embedded therein. The material may have a protective material body around the tube, and the protective material body can have at least one outer surface including at least one basically flat surface and at least one sensor pad arranged in the body.

【技术实现步骤摘要】
用光纤分布式声感测(DAS)组合检测横向声信号本申请是申请号为201280061525.5、申请日为2012年12月13日、专利技术名称为“用光纤分布式声感测(DAS)组合检测横向声信号”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2011年12月15日提交的美国申请序列号61/576,192的优先权，其内容在此引用作为参考。
本专利技术涉及光纤器件，确切地说，涉及光纤分布式声感测(DAS)组合，它适于感测声信号，尤其是与所述器件成角度或基本上垂直行进的信号的幅度和方向。
技术介绍
为了提供在石油勘探、生产和监视的语境中的感测能力，已经作出了很多尝试，成功程度各有不同。近来，这些尝试已经包括使用光纤线缆检测声能。因为线缆典型情况下包括沿着纤维的长度包含多处反向散射不均匀的光导纤维，这样的系统通过测量从激光脉冲输入到光纤中的反向散射光允许沿着光纤进行光路长度变化的分布式测量。因为这样的系统允许分布式感测，所以它们可以被称为“分布式声感测”即“DAS”系统。DAS系统的一种用途是在地震应用中，其中在已知位置的地震源把声信号传送到地层中以及/或者被动地震源发射声能。这些信号在穿过和/或反射通过地层后在地震传感器接收。可以处理接收的信号以给出它们穿过的地层的有关信息。这种技术能够用于记录多种地震信息。另一种应用是在井中应用和流体声监视的领域中。DAS系统典型情况下检测来自光纤中杂质或不均匀的短(1-10米)激光脉冲的反向散射。如果入射地震波使光纤变形，那么1)杂质之间的距离改变以及2)激光脉冲的速度改变。这两种结果都影响反向散射过程。通过观察反向散射信号中的变化有可能重建地震波振幅。以上结果的第一种只有在光纤被轴向拉伸或压缩时才显现。第二种结果在轴向以及径向光纤变形的情况下出现。不过第二种结果比第一种结果弱几倍。不仅如此，光纤的径向变形被光纤周围的材料显著地抑制。结果，具有直光纤的常规DAS系统主要对沿着线缆轴极化的地震波敏感，比如沿着线缆传播的压缩(P)波或者垂直于线缆传播的剪切(S)波。信号强度近似随cos2θ而变，其中θ是光纤轴与波传播方向(P波)之间的夹角。因此，虽然现有的各种各样已面市的DAS系统具有变化的灵敏度、动态范围、空间分辨率、线性度等，但是所有这些系统主要对轴向应变敏感。垂直于光纤轴行进的声信号往往被称为“横向”信号，并且对于P波导致对光纤的径向应变。因此，当声信号的行进方向与光纤轴之间的夹角逼近90°时，DAS线缆对信号的灵敏度变得低得多，甚至可能无法检测到它。因此，期望提供一种改进的线缆，对垂直于其轴向行进的信号更敏感，并且能够区分径向应变与轴向应变。对横向波的灵敏度对于线缆在地表或井下的地震或微地震应用尤其重要。除了横向灵敏度之外，也期望提供三分量(3C)感测，能够从中判断出感测信号的行进方向。
技术实现思路
本专利技术提供用于分布式声感测的改进的光纤线缆系统，该光纤线缆系统对垂直于其轴向行进的信号更敏感，从而能够更好地区分对系统的径向应变与轴向应变。垂直于线缆轴行进的声信号往往被称为“横向”信号，并且导致对光纤的径向应变。本专利技术还提供了三分量(3C)感测，从中能够确定感测信号的行进方向。根据某些实施例，分布式光纤声感测系统包括具有外表面的延长体、在所述外表面上以第一预定缠绕角布置的光纤，以及光连接到所述光纤的光发射和接收装置，用于分别把光信号发射到所述光纤中和接收来自所述光纤的反向散射的信号分量。所述系统可以进一步包括在所述外表面上以第二预定缠绕角布置的第二光纤。可以关于垂直于所述体的轴的平面测量所述缠绕角，并且其中所述第一缠绕角可以为90°而所述第二缠绕角可以小于45°。所述系统可以进一步包括在所述外表面上以90°与45°之间的缠绕角布置的第三光纤。所述光纤的至少一个可以包括布拉格光栅。所述体可以具有圆形横截面或椭圆形横截面，并且可以包括围绕所述体的可膨胀弹性体层。感测杆可以布置在延长体中，并且可以含有至少一个附加光纤。所述附加光纤可以基本上是直的、螺旋形的或正弦曲线形的。所述系统可以进一步包括在所述感测杆与所述延长体之间的可膨胀弹性体层。作为补充或作为替代，所述系统可以包括在所述体外部并覆盖所述光纤的第一铠装层。所述第一铠装层可以具有椭圆形外部横截面。所述延长体可以具有非圆形横截面，所述非圆形横截面具有长半轴，并且所述第一铠装层可以被配置为使得其长半轴垂直于所述延长体的长半轴。所述系统可以包括缠绕在所述第一铠装层外部的第二光纤。所述第一光纤和所述第二光纤可以界定不同的缠绕角。所述系统可以包括在所述第一铠装层外部并覆盖所述第二光纤的第二铠装层。所述铠装层的至少一个优选情况下包括聚酰胺或具有类似弹性阻抗的材料。分布式光纤声感测系统的其他实施例包括具有包括至少一个基本上平的表面的外表面的延长体、在所述体中容纳的第一光纤以及光连接到所述光纤用于把光信号发射到所述光纤中和接收来自所述光纤的反向散射的信号分量的光发射和接收装置。所述体可以具有多边形或三角形横截面。所述第一光纤可以是正弦曲线形的并且所述系统可以包括正弦曲线形的第二光纤，界定的平面垂直于所述第一光纤的平面。所述系统可以包括第三光纤，它可以是基本上直的或螺旋形的，并且可以关于垂直于所述体的轴的平面界定缠绕角。所述缠绕角可以小于45°或小于30°。在优选实施例中，所述基本上平的表面可以具有与所述外表面的其余部分的外貌不同的视觉外貌。本专利技术的更多其他实施例包括分布式光纤声感测系统，包括内管、围绕所述内管的可膨胀弹性体层、围绕所述弹性体层并界定其中环形空间的可膨胀弹性体管以及在所述弹性体管中布置的至少一个传感器垫或条，每个传感器垫都包括硬衬以及附着其上或嵌入其中的至少一个纵向光纤。所述系统可以包括在所述弹性体管中布置的至少四个传感器垫。在所述内管中可以容纳至少一个光纤。所述内管可以包括钢管和所述弹性体层，并且所述弹性体管可以被配置为使得当其膨胀时使所述环形空间消失。所述弹性体层进一步被配置为使得当其不受约束地膨胀时，其直径超过选择为对应于地下井孔的内径的预定值。所述弹性体管可以进一步被配置为使得当其在井孔中膨胀时，使所述传感器垫被布置在所述弹性体管的外表面。在每个传感器垫中的所述纵向光纤可以是正弦曲线形的，并且/或者每个传感器垫都可以包括一条正弦曲线形的纵向光纤和一条直的纵向光纤。所述光纤的至少一个可以包含布拉格光栅。在地表使用的分布式光纤声感测系统的更多其他实施例包括容纳至少一个光纤的内管、围绕所述管的保护材料体，所述保护材料体具有包括至少一个基本上平的表面的外表面，以及在所述体中布置的至少一个传感器垫或条，所述传感器垫包括硬衬以及附着其上或嵌入其中的至少一个纵向光纤。所述至少一个传感器垫还可以包括附着其上或嵌入其中的至少一个正弦曲线形光纤。所述系统可以包括至少两个传感器垫，每个都包括附着其上或嵌入其中的至少一个正弦曲线形光纤，并且所述两个传感器垫可以相互垂直。至少一个传感器垫可以与所述平的表面相邻。所述内管还可以容纳至少一个输电线。所述系统可以进一步包括被配置为覆在所述体的上面并且包括至少一个臂的锚，所述臂用于把所述锚和体锚定到地表。所述臂可以是直的也可以是弯曲的。正如本文所用，短语“沿着光纤传播”和“垂直于光纤传播”用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式声感测方法，所述方法包括以下步骤：提供光纤分布式声感测系统，该系统包括具有线缆长度的线缆，所述线缆包括具有外表面的延长体、沿着所述线缆长度平行于所述线缆的纵轴延伸的第一直光纤、以及沿着所述线缆长度延伸并且具有第一预定缠绕角的第一螺旋缠绕光纤；把光信号发射到所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个中；接收来自所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个的反向散射信号，该信号包含所述光信号的分量，该分量已经被从所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个中的杂质或不均匀反向散射；观察由入射波造成的所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个的轴向拉伸和压缩导致的反向散射信号中的变化；比较所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤的反向散射信号；以及基于反向散射信号的比较确定入射波相对于线缆的所述纵轴的波传播方向，用于区别地检测横向波和轴向波。

【技术特征摘要】
2011.12.15 US 61/576,1921.一种分布式声感测方法，所述方法包括以下步骤：提供光纤分布式声感测系统，该系统包括具有线缆长度的线缆，所述线缆包括具有外表面的延长体、沿着所述线缆长度平行于所述线缆的纵轴延伸的第一直光纤、以及沿着所述线缆长度延伸并且具有第一预定缠绕角的第一螺旋缠绕光纤；把光信号发射到所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个中；接收来自所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个的反向散射信号，该信号包含所述光信号的分量，该分量已经被从所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个中的杂质或不均匀反向散射；观察由入射波造成的所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤中的每一个的轴向拉伸和压缩导致的反向散射信号中的变化；比较所述第一直光纤和所述第一螺旋缠绕光纤的反向散射信号；以及基于反向散射信号的比较确定入射波相对于线缆的所述纵轴的波传播方向，用于区别地检测横向波和轴向波。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过观察反向散射信号中的变化来重建地震波振幅。3.根据权利要求1所述的方法，其中，入射波包括穿过地下的地震波。4.根据权利要求3所述的方法，包括将所述线缆布置在地表上的步骤。5.根据权利要求3所述的方法，包括将所述线缆布置在地层内的步骤。6.根据权利要求3所述的方法，包括将所述线缆布置在地层中的井孔内的步骤。7.根据权利要求1的方法，其中，所述第一预定缠绕角相对于垂直于所述延长体的轴的平面被测量，并且其中所述第一预定缠绕角小于45°。8.根据权利要求1的方法，进一步包括提供在所述延长体外部并覆盖所述延长体和所述第一直光纤的第一铠装层。9.根据权利要求1的方法，其中，所述线缆包括缠绕在第一铠装层外侧周围的第二螺旋缠绕光纤。10.根据权利要求1的方法，其中，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·邓·波尔，A·A·马特瓦，J·G·皮尔瑟，J·J·梅斯塔耶尔，W·伯奇，J·L·洛佩兹，K·霍尔曼，B·N·库弗史诺夫，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL