基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法，涉及钻井与技术，油气藏开发技术领域，其可至少部分解决对下到井下的套管进行实时质量检测的问题，本发明专利技术实施例的一种基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，包括具有分布式光纤传感信号端口的复合调制解调仪、用于布设在裸眼钻孔内的套管，至少一根沿套管延伸方向固定于套管外的铠装光缆，以及用于将不同通道的光信号从固定轴传递到旋转端的光纤旋转连接器或光滑环，铠装光缆通过光纤旋转连接器或光滑环与复合调制解调仪相连。制解调仪相连。制解调仪相连。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法


[0001]本专利技术属于钻井与技术，油气藏开发
，具体涉及基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法。

技术介绍

[0002]固井，向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。是钻井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。固井技术是多学科的综合应用技术，具有系统性、一次性和时间短的特点。固井的主要目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。
[0003]固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一，其主要目的是封隔井眼内的油层、气层和水层，保护油气井套管、增加油气井寿命以及提高油气产量。在钻井作业中一般至少要有两次固井(生产井)，多至4～5次固井(深探井)。最上面的固井是表层套管固井，它起的是“泥浆通路，油气门户”的作用。在下一次开钻之前，表层套管上要装防喷器预防井喷。防喷器之上要装泥浆导管，是钻井液返回泥浆池的通路。钻井过程中往往要下技术套管固井，它起的是“巩固后方，安全探路”的作用。和公路的隧道、煤矿中的巷道一样，钻井过程中也会遇到井塌、高压和不稳定的地层，同时也是为了在向前“探路”中遇险有个退路，起到“救助”的作用。
[0004]套管有不同的尺寸和钢级。表层固井通常使用20～13 3/8英寸的套管，多数是采用钢级低的“J”级套管。技术套管通常使用13 3/8～7英寸的套管，采用的钢级较高。油层套管固井通常使用7～5英寸的套管，钢级强度与技术套管相同。根据用途、地层预测压力和套管下入深度设计套管的强度，确定套管的使用壁厚，钢级和丝扣类型。
[0005]套管与钻杆不同，是一次性下入的管材，没有加厚部分，长度没有严格规定。为保证固井质量和顺利地下入套管，要做套管柱的结构设计。
[0006]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。目前有多种地面和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、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用套管水泥进行永久性固定等布设方法。
[0007]井作业是向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，它包括下套管和注水泥。井下套管和固井质量不好易导致井下油水乱窜，不但影响后续作业，而且还将破坏一个区域的地应力平衡，引起大面积的套管损坏。因此，对下到井下的套管进行的实时质量检测是非常必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是公开一种基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统及监测方法，通过在套管外侧固定与复合调制解调仪连接的铠装光缆，实时采集测量的套管外铠装
光缆的DAS、DTS、DSS和DPS数据，实现对下到井下的套管进行的实时质量检测。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案为：
[0010]本申请提出的一种基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，包括具有分布式光纤传感信号端口的复合调制解调仪、用于布设在裸眼钻孔内的套管，至少一根沿套管延伸方向固定于套管外的铠装光缆，以及用于将不同通道的光信号从固定轴传递到旋转端的光纤旋转连接器或光滑环，铠装光缆通过光纤旋转连接器或光滑环与复合调制解调仪相连。
[0011]在一些可选的实施方式中，所述铠装光缆包括一根用于测量井下套管的震动噪声和温度的复合传感光单元，一根用于测量井下套管应变的应变敏感光单元，以及一根用于测量地下岩石或岩石孔隙内流体压力的流体压力传感光单元；
[0012]所述复合调制解调仪用于在作业时对接收到的DAS/DTS/DSS/DPS信号的进行实时解调，具有DAS/DTS/DSS/DPS传感信号端口；
[0013]铠装光缆的复合传感光单元与复合调制解调仪的DAS传感信号端口、DTS传感信号端口相连，应变敏感光单元与DSS传感信号端口相连，流体压力传感光单元与DPS传感信号端口相连。
[0014]在一些可选的实施方式中，所述复合传感光单元包括一根单模光纤、两根多模光纤，以及不锈钢细管，单模光纤和多模光纤分别与复合调制解调仪的DAS传感信号端口和DTS传感信号端口相连，单模光纤和多模光纤均安置于不锈钢细管内，不锈钢细管内还填充有耐高温光纤膏。
[0015]在一些可选的实施方式中，所述单模光纤远离DAS传感信号端口的尾端安装有消光器；所述两根多模光纤远离DTS传感信号端口的尾端熔接成U字形，用于进行双端输入状态下的高精度DTS温度测量。
[0016]在一些可选的实施方式中，所述应变敏感光单元包括一根单模光纤、用于包裹住单模光纤的保护套，以及不锈钢细管，单模光纤和保护套均紧密的包裹于不锈钢细管内。
[0017]在一些可选的实施方式中，所述流体压力传感光单元包括一根微结构压力传感光纤和不锈钢细管，压力传感光纤安置于不锈钢细管内，不锈钢细管上开设有若干沿其轴向均匀分布的窗口。
[0018]在一些可选的实施方式中，所述流体压力传感光单元包括一根连续光栅光纤和不锈钢细管，连续光栅光纤安置于不锈钢细管内，不锈钢细管上开设有若干沿其轴向均匀分布的窗口。
[0019]在一些可选的实施方式中，其特征在于，所述不锈钢细管的内径范围为1mm至2mm。
[0020]在一些可选的实施方式中，所述铠装光缆的截面形状为矩形，铠装光缆的数量至少有一根；在铠装光缆的数量多于一根的情况下，两根或者两根以上的铠装光缆沿套管的周向均匀分布；
[0021]还包括用于将铠装光缆固定在套管外的环形卡子，环形卡子沿套管的轴向均匀布置。
[0022]本申请的另一方面提供一种基于光纤传感技术的井下套管质量监测方法，适用于以上任一所述的基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，具体包括以下步骤：
[0023]S1：在悬吊于井口上方的套管外布设沿其周向均匀分布的铠装光缆，并将铠装光
缆通过纤旋转连接器或光滑环与复合调制解调仪相连；
[0024]S2：下套管作业前启动复合调制解调仪进行试测，并判断铠装光缆内的复合传感光单元、应变敏感光单元和流体压力传感光单元是否完好无损；
[0025]S3：若铠装光缆完好，则将固定了铠装光缆的套管下放到裸眼钻孔内，并在下放过程中利用铠装光缆进行实时测量；
[0026]S4：对铠装光缆实时测量的DAS、DTS、DSS和DPS数据进行实时处理，用套管沿线实测的DTS温度数据对DSS和DPS数据进行温度漂移的校正；
[0027]S5：根据经过温度飘移校正的数据实时监测判断评估套管进行下放完井作业时套管在井下的状态、套管的完整性，以及套管下放作业过程中是否出现套管脱节、形变或损坏；若出现异常，及时报警。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术一种基于光纤传感技术的井下套管质量监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，其特征在于，包括具有分布式光纤传感信号端口的复合调制解调仪(5)、用于布设在裸眼钻孔(1)内的套管(2)，至少一根沿套管(2)延伸方向固定于套管(2)外的铠装光缆(3)，以及用于将不同通道的光信号从固定轴传递到旋转端的光纤旋转连接器(6)或光滑环，铠装光缆(3)通过光纤旋转连接器(6)或光滑环与复合调制解调仪(5)相连。2.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，其特征在于，所述铠装光缆(3)包括一根用于测量井下套管(2)的震动噪声和温度的复合传感光单元(16)，一根用于测量井下套管(2)应变的应变敏感光单元(9)，以及一根用于测量地下岩石或岩石孔隙内流体压力的流体压力传感光单元(10)；所述复合调制解调仪(5)用于在作业时对接收到的DAS/DTS/DSS/DPS信号的进行实时解调，具有DAS/DTS/DSS/DPS传感信号端口；铠装光缆(3)的复合传感光单元(16)与复合调制解调仪(5)的DAS传感信号端口、DTS传感信号端口相连，应变敏感光单元(9)与DSS传感信号端口相连，流体压力传感光单元(10)与DPS传感信号端口相连。3.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，其特征在于，所述复合传感光单元(16)包括一根单模光纤(7)、两根多模光纤(8)，以及不锈钢细管(14)，单模光纤(7)和多模光纤(8)分别与复合调制解调仪(5)的DAS传感信号端口和DTS传感信号端口相连，单模光纤(7)和多模光纤(8)均安置于不锈钢细管(14)内，不锈钢细管(14)内还填充有耐高温光纤膏(17)。4.根据权利要求3所述的基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，其特征在于，所述单模光纤(7)远离DAS传感信号端口的尾端安装有消光器(11)；所述两根多模光纤(8)远离DTS传感信号端口的尾端熔接成U字形(12)，用于进行双端输入状态下的高精度DTS温度测量。5.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的井下套管质量监测系统，其特征在于，所述应变敏感光单元(9)包括一根单模光纤(7)、用于包裹住单模光纤(7)的保护套(13)，以及不锈钢细管(14)，单模光纤(7)和保护套(13)均紧密的包裹于不锈钢细管(14)内。6.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的井下套管质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，梁兴，张少华，苟量，夏淑君，王熙明，安树杰，蔡志东，吴俊军，陈沅忠，
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：