基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法，金属套管外布设特殊铠装光缆；特殊铠装光缆采用连续金属细管和外包的绝缘材料细管封装光纤；在井口处给连续金属细管加载交流电；井口地面测井车通过铠装测井电缆控制井下三分量电磁感应探测仪器；井下三分量电磁感应探测仪器包括陀螺仪、三分量感应磁场传感器。本发明专利技术采用对连续金属细管上加载交流电使其产生交变感应磁场，通过陀螺仪和三分量感应磁场传感器探测沿特殊铠装光缆分布的感应磁场，从而确定金属套管外铠装光缆沿套管延伸的具体深度位置和地理方位，以保证在直井、斜井和水平井的金属套管外侧安装的永久性特殊铠装光缆不会在射孔时被射孔弹射断。

Directional system and data acquisition method of armored optical cable outside casing based on electromagnetic induction

The invention provides a directional system and a data acquisition method of armored optical cable outside the casing based on electromagnetic induction, and a special armored optical cable is arranged outside the metal casing; the special armored optical cable adopts the continuous metal thin tube and the wrapped insulating material thin tube to encapsulate the optical fiber; the continuous metal thin tube is loaded with alternating current at the wellhead; the wellhead ground logging vehicle controls the three components of underground electricity through the armored logging cable The downhole three component electromagnetic induction detector includes gyroscope and three component induction magnetic field sensor. In the invention, the alternating induction magnetic field is generated by loading alternating current on the continuous metal thin tube, and the induction magnetic field distributed along the special armored optical cable is detected by gyroscope and three component induction magnetic field sensor, so as to determine the specific depth position and geographical orientation of the armored optical cable extending along the sleeve, so as to ensure that the metal sleeve outside the vertical well, inclined well and horizontal well is installed The permanent special armored optical cable will not be broken by perforating.

【技术实现步骤摘要】
基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法
本专利技术属于测井
，具体涉及一种基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统及数据采集方法。
技术介绍
光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种井下铠装光缆的布设方法，比如安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。当铠装光缆捆绑固定在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定后，如果要在储层段进行射孔作业，则需要探测铠装光缆在套管外的不同深度位置的具体地理方位，在射孔时采用定向射孔技术，在射孔段避开套管外的铠装光缆。英国Silixa公司利用声学原理，在铠装光缆旁边安放一个由电池驱动的声音发生器，在电池的驱动下定时发出声音信号，然后将铠装光缆的首端连接到放置在井口的分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器上，通过测量沿井下铠装光缆分布的声波信号，通过计算井下声音发生器在井下的深度位置和地理方位，可以基本上确定安放在井下声音发生器旁边的铠装光缆在井下的具体深度位置和地理方位。虽然Silixa公司利用井下声音发生器能够基本上确定井下铠装光缆在声音发生器安装点的具体深度位置和地理方位，但是有以下几点缺点：(1)井下声音发生器里面的电池容量有限，只能连续工作30天左右，一旦电池的电能耗尽，井下声音发生器将立即停止工作。因为井下声音发生器与铠装光缆同时被固井水泥永久性的固定在了套管外，无法给声音发生器进行充电或更换电池，井下声音发生器将永久性失效。一旦因为井下固井或完井作业超过30天，则无法利用井下声音发生器来测定套管外铠装光缆的具体深度位置和地理方位；(2)井下声音发生器成本较高，如果沿铠装光缆布设密集的声音发生器，则会造成井下装备成本太高；(3)如果沿铠装光缆布设的声音发生器太少，虽然可以降低井下装备的总体成本，但是对每两个井下声音发生器之间的铠装光缆的定位和定向将会出现较大的误差或无法定位定向。中国专利技术专利申请“套管外铠装光缆定位定向系统及其数据采集方法”(201910618067.4)提供一种套管外铠装光缆定位定向系统及其数据采集方法，金属套管外布设特殊铠装光缆；所述的特殊铠装光缆外部设有永磁体；井下磁性探测仪器通过铠装测井电缆与井口地面测井车连接，井口地面测井车通过铠装测井电缆控制井下磁性探测仪器；井下磁性探测仪器包括陀螺仪、三分量磁场传感器。本专利技术采用带有永磁体的特殊铠装光缆，在金属套管内使用陀螺仪和三分量磁场传感器探测永磁体具体深度位置和地理方位，从而确定铠装光缆沿套管延伸的具体深度位置和地理方位，以保证在直井、斜井和水平井的套管外侧安装的永久性特殊铠装光缆不会在射孔时被射孔弹射断。此方法虽然简单易行，但是如果在安装井下套管和铠装光缆的过程中，不小心造成了永磁体和铠装光缆的分离，或者永磁材料在井下的高温高压环境下发生了退磁现象，会造成井下磁力探测仪器无法准确的探测套管外铠装光缆的位置和地理方位。
技术实现思路
为了保证在直井、斜井和水平井的套管外侧安装的永久性铠装光缆不会在射孔时被射孔弹射断，需要在实施定向射孔前事先测量好套管外铠装光缆的具体深度位置和地理方位，为定向射孔作业提供避射井段铠装光缆的具体深度和地理方位数据。鉴于现有的利用铠装光缆旁边安置声音发生器或永久性磁性材料来探测套管外铠装光缆位置和地理方位的缺点，需要一种低成本、长周期、高精度、高可靠性探测套管外铠装光缆的具体深度位置和地理方位的方法和技术。本专利技术提出了采用连续金属细管和外套的绝缘材料细管来封装单模或多模或特种光纤来制作铠装光缆，通过安放在井口的交流电源给封装光纤的连续金属细管加载交流电(I)，根据电磁感应原理，沿封装光纤的连续金属细管流动的交流电(I)，会使其产生沿铠装光缆分布的电磁感应磁场(B)，通过在金属套管内使用陀螺仪和三分量感应磁场传感器探测沿特殊铠装光缆分布的感应磁场(B)，即可以探测确定套管外永久布设的特殊铠装光缆沿套管延伸的具体深度位置和地理方位。通电的直导体周围的磁场由导体向外呈同心圆状分布，且越远离导体强度越弱，具体公式为B＝μI/(2πr)(无限长直导体)(μ真空磁导率，μ＝4π*10-7T·m/A，I为沿导体传导的电流，r为待测点与导体的距离)。磁场的强弱与电流的大小有关；电流越大，产生的磁场越强，磁场的方向则取决于电流的方向，一般用右手定则(也称安倍定则、右手螺旋定则、安培右手定则)辨别通电导线的电流方向及其产生的磁场方向。本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种采用连续金属细管和外包的绝缘材料细管封装单模或多模或特种光纤来制作铠装光缆，在给铠装光缆内的连续金属细管加载交流电源(I)时，通过在金属套管内使用陀螺仪和三分量感应磁场传感器探测沿特殊铠装光缆分布的感应磁场(B)，从而确定套管外永久布设的铠装光缆沿套管延伸到不同深度位置的地理方位的定向系统和方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种套管外铠装光缆定向系统，包括金属套管、井口地面测井车、井口安放的交流电供电装置、井下三分量电磁感应探测仪器；金属套管外布设特殊铠装光缆；所述的特殊铠装光缆采用连续金属细管和外包绝缘材料细管封装单模或多模或特种光纤。所述的井下三分量电磁感应探测仪器通过铠装测井电缆与井口地面测井车连接，井口地面测井车通过铠装测井电缆控制井下磁性探测仪器的数据采集作业、仪器的下井与提升；地面井口附近同时安放给铠装光缆内的连续金属细管加载交流电源的供电装置；所述的井下三分量电磁感应探测仪器包括采用无磁性金属或复合材料制造的耐高温耐高压外壳，内部包括陀螺仪、三分量感应磁场传感器、低频信号放大及模数转换模块、数据存储模块和数据遥传模块，陀螺仪固定在三分量感应磁场传感器上方。所述陀螺仪可以为机械陀螺仪，或者是电子陀螺仪，或者是光纤陀螺仪。所述三分量感应磁场传感器可以是三个相互正交的感应线圈式磁场传感器，或者是三个相互正交的磁通门式感应磁场传感器，或者是三个相互正交的光纤感应磁场传感器。放大及模数转换模块、数据存储模块和数据遥传模块，分别对陀螺仪和三分量感应磁场传感器信号进行放大、模数转换、存储和数据遥传，井下三分量电磁感应探测仪器在作业时同步向地面测井车里面的控制和记录计算机系统实时传输仪器采集的陀螺仪三分量姿态数据和三分量磁场数据。放大及模数转换模块的多通道信号放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统，其特征在于，包括特殊铠装光缆(1)、井口地面测井车(2)、金属套管(3)、井下三分量电磁感应探测仪器(7)；/n所述的特殊铠装光缆(1)内的导电金属细管(4)连接井口交流电的供电装置(6)，特殊铠装光缆(1)布设在金属套管(3)外壁上；/n所述的井下三分量电磁感应探测仪器(7)通过铠装测井电缆(8)与井口地面测井车(2)连接，井口地面测井车(2)通过铠装测井电缆(8)控制井下三分量电磁感应探测仪器(7)及其在井中的深度位置；/n所述的井下电磁感应探测仪器(7)包括采用无磁性金属或复合材料制造的耐高温耐高压外壳，内部包括陀螺仪(11)、三分量感应磁场传感器(12)、放大及模数转换模块(13)、数据存储模块(14)和数据遥传模块(15)，陀螺仪(11)固定在三分量感应磁场传感器(12)的上方。/n

【技术特征摘要】
1.基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统，其特征在于，包括特殊铠装光缆(1)、井口地面测井车(2)、金属套管(3)、井下三分量电磁感应探测仪器(7)；
所述的特殊铠装光缆(1)内的导电金属细管(4)连接井口交流电的供电装置(6)，特殊铠装光缆(1)布设在金属套管(3)外壁上；
所述的井下三分量电磁感应探测仪器(7)通过铠装测井电缆(8)与井口地面测井车(2)连接，井口地面测井车(2)通过铠装测井电缆(8)控制井下三分量电磁感应探测仪器(7)及其在井中的深度位置；
所述的井下电磁感应探测仪器(7)包括采用无磁性金属或复合材料制造的耐高温耐高压外壳，内部包括陀螺仪(11)、三分量感应磁场传感器(12)、放大及模数转换模块(13)、数据存储模块(14)和数据遥传模块(15)，陀螺仪(11)固定在三分量感应磁场传感器(12)的上方。


2.根据权利要求1所述的基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统，其特征在于，所述的特殊铠装光缆(1)还包括单模或多模或特种光纤(9)、导电金属细管(4)和绝缘材料细管(5)；所述的导电金属细管(4)在井口与交流电的供电装置(6)相连接，并在作业时在其上加载有井口供电装置(6)提供的交流电，所述的单模或多模或特种光纤(9)封装在连续金属细管(4)内，所述的绝缘材料细管(5)包裹在连续金属细管(4)外。


3.根据权利要求1所述的基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统，其特征在于，还包括环形金属卡子(20)，所述的环形金属卡子(20)安装固定在金属套管(3)靴处，保护特殊铠装光缆(1)在下套管过程中不被损坏。


4.根据权利要求1所述的基于电磁感应的套管外铠装光缆定向系统，其特征在于，所述的三分量感应磁场传感器(12)为三个相互正交的感应线圈式磁场传感器，或者为三个相互正交的磁通门式感应磁场传感器，或者是三个相互正交的光纤感应磁场传感器。


5.根据权利要求1到4任一项所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，夏淑君，王熙明，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51