本发明专利技术提供的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法，把声敏热敏传感铠装光缆用金属卡子捆绑在垂直井、斜井或水平井的油气管外侧，构建了一个对油气生产井或注水井进行产液剖面或吸水剖面测量和长期动态监测系统的井下传感单元，加上井口附近的DAS和DTS调制解调仪器，共同组成井下产液剖面或吸水剖面测量和流体分布动态监测系统，对油气生产井或注水井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测。本发明专利技术为低成本、高精度、高可靠性的井下流体分布动态综合监测方法，便于在垂直井或水平井中测量和监测产液剖面或吸水剖面及其变化。其变化。其变化。
【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法
[0001]本专利技术属于测井
，具体涉及一种基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。光纤水听器具有灵敏度高，频响特性好等特点。由于采用光纤作信息载体，适宜远距离大范围监测。
[0004]常见的光纤水听器的基本结构大多为干涉型光纤水听器，技术最为成熟，其基本原理：由激光器发出的激光经光纤耦合器分为两路，一路构成光纤干涉仪的传感臂，接受声波的调制，另一路则构成参考臂，不接受声波的调制，或者接受声波调制与传感臂的调制相反，接受声波调制的光信号经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转换为电信号，由信号处理就可以获取声波的信息。
[0005]较传统水听器相比，光纤水听器具有灵敏度高，可以探测微弱信号；抗电磁干扰和信号串扰能力强，可以远距离传输；体积小，易于布放实施，且收放容易，高可靠性，并且大规模组网。光纤水听器技术也将掀起传感器改革的新篇章，为传统的测量手段带来新风向，光纤水听器阵列对空间信号进行测量，通过对每个固定位置上的水听器测量的声信号进行信号处理，确定声源位置，实现水下探测，水下目标侦测，水下/水面目标辐射噪声测量，并应用与水下安防，地震预测，海洋石油和天然气勘探等领域，是具有自主知识产权的水下探测技术，为港口防护、水声情报搜集以及目标探测提供技术支撑。
[0006]在大规模光纤水听器阵列组装过程中，面临的最大困难是当系统中存在数以千计的大量器件时，很难保证系统的光学均衡。光学系统的失衡，将影响系统的探测性能，对平衡要求提高，将大幅度增加系统的制造成本和制造难度，目前行业内已经发展了基于动态匹配的大容差光学均衡阵列设计与组装创新技术来解决这一问题。
[0007]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。
[0008]常规生产测井系列仪器可以进行套管内或油管内的生产测井，生产测井又称开发测井，指在油井(包括采油井、注水井、观察井等)投产后至报废整个生产过程中，利用各种测试仪器进行井下测试以获取相应地下信息的测井。它包括三部分：(1)通过井内温度、压
力和流体流量、持水率测定，了解产出和注入剖面，为油层改造提供依据：(2)检查和监测井身技术情况，包括固井质量、套管变形和破损等，为油井维修提供依据；(3)套管井储层评价。生产测井已成为油气藏科学管理和提高采收率不可缺少的手段。
[0009]我国大多数油田处于中高含水期，水平井找水难导致堵水更难的局面已成为制约我国油田水平井高效开发的瓶颈。如何找准水平井出水位置以便进行针对性控水措施是目前困扰我国三大石油公司十分棘手的难题。近年来随着光纤测量技术的快速发展，分布式光纤温度测试技术(DTS)逐渐成熟，它可以探测微小的温度变化，实时提供连续而准确的温度数据，于是可以通过DTS技术直接测试水平井温度分布来反演求取水平井产出剖面，获得水平井生产动态信息，实现出水位置的定量解释，避免了常规生产测井测试难度大、耗时长、误差大、成本高等诸多问题。
[0010]在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式温度(DTS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用。我们可以根据井下油气产出井段(射孔井段)测量到的温度变化或根据注水井注入井段(射孔井段)测量到的温度变化反演计算井液产出量或注水量。但是由于普通DTS调制解调仪器的空间分辨率和温度测量灵敏度有限，使得用DTS方法测量的井温变化量和准确位置有一定的误差，导致仅仅根据井温变化推算出的射孔段的井液产出量或注水量误差较大，而且无法仅仅根据井温的变化准确地推算出射孔段产出的油、气和水各是多少。
[0011]在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式声波传感(DAS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用，但是目前主要以DAS
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VSP数据采集、微地震监测和被动地震数据采集为主。行业内刚开始利用DAS技术采集井下噪音数据，利用噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况。仅仅依靠井下噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况基本上属于定性或半定量解释，误差是比较大的。
技术实现思路
[0012]为了在油气井(包括采油井、采气井、注水井、观察井等)投产后至报废整个生产过程中，利用各种测试仪器进行井下测试以获取相应地下信息。它包括通过井内温度、压力和流体流量、持水率测定，了解产出(产液)和注入(吸水)剖面，为油层改造提供依据。生产测井已成为油气藏科学管理和提高采收率不可缺少的手段。由于常规生产测井仪器装备在高温高压井内作业的局限性，需要一种低成本、高精度、高可靠性手段了解油气井产出(产液)和注入(吸水)剖面的方法和技术。
[0013]以基于分布式光纤声波传感和分布式光纤温度传感测试的垂直或水平井产出剖面解释理论研究为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应(热膨胀、热传导、热对流、粘性耗散等)和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒温度变化的多相流垂直或水平井温度模型。由于压差的存在，流体在多孔介质中流动时，会产生粘滞耗散和热膨胀等热效应，所以在流体流入的这一点的温度会与原始地层温度不同。相反，如果地层中没有流体流动，那么此时测量到的油气藏流入温度就会与地层温度非常接近，从而可以用于确定温度剖面。通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式等因素对温度分布的影响规律，获得出水
位置与温度分布关系的解释图版。以建立的水平井温度剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg
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Marquardt(L
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M)和马尔科夫链蒙特卡洛算法(MCMC)反演方法为基础的反演模型，在实现与温度测试数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿水平井的地层渗透率分布和产出剖面。依照提出的垂直或水平井产出剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产出剖面解释，解释分析不同出水形式(比如一种形式为底水油藏本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，包括放置在井段(3)内的表层金属套管(1)，表层金属套管(1)内设有金属油套管(2)，金属油套管(2)内设有油气管(4)，油气管(4)从井口到井底，油气管(4)外侧固定有声敏热敏传感铠装光缆(5)；所述的井段(3)为产油或产气井段的裸眼完井段或被射孔的井段(3)，所述的油气管(4)为连续油管或气管；还包括放置于井口附近的DAS调制解调仪器(11)和DTS调制解调仪器(12)；DAS调制解调仪器(11)和DTS调制解调仪器(12)分别与声敏热敏传感铠装光缆(5)连接；所述的DAS调制解调仪器(11)为基于相干相位型Φ
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OTDR原理的分布式光纤声波传感调制解调仪器，DTS调制解调仪器(12)为分布式光纤温度传感调制解调仪器。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，所述的声敏热敏传感铠装光缆(5)内包括耐高温抗弯曲单模光纤(7)和耐高温多模光纤(9)，耐高温抗弯曲单模光纤(7)紧密缠绕在声敏材料芯棒(6)上，耐高温多模光纤(9)设在声敏材料芯棒(6)内部；耐高温抗弯曲单模光纤(7)的尾端安装有消光器(8)，两根耐高温多模光纤(9)的尾端熔接成U字形。3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，所述的DAS调制解调仪器(11)测量沿分布式光纤水听器的声波数据，DTS调制解调仪器(12)测量沿耐高温多模光纤分布的温度传感数据，DAS调制解调仪器(11)与耐高温抗弯曲单模光纤(7)相连接，DTS调制解调仪器(12)通过双端输入方式与耐高温多模光纤(9)连接。4.根据权利要求2所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，声敏热敏传感铠装光缆(5)的直径为10mm到20mm之间，均匀缠绕在每米的声敏材料芯棒(6)上的耐高温抗弯曲单模光纤(7)长度为5m到10m之间。5.根据权利要求2所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，所述的声敏材料芯棒(6)由声敏材料制成，声敏热敏传感铠装光缆(5)外设有透声护套(10)。6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，还包括环形金属卡子(13)，所述的环形金属卡子(13)安装固定在油气管(4)外侧，环形金属卡子(13)将声敏热敏传感铠装光缆(5)固定并贴合在油气管(4)上。7.根据权利要求1到6任一项所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)、把油气管(4)和声敏热敏传感铠装光缆(5)同步缓慢的下入固井完井的金属油套管(2)井里；(b)...
【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，苟量，安树杰，吴俊军，王熙明，夏淑君，冉曾令，
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：
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