一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法，该装置包括套管组件、外敷光缆、方位传感装置、振动信号解码器以及光纤振动信号采集装置，沿套管组件的轴向方向，多个方位传感器等间距布置于套管组件表面，所述方位传感器紧贴外敷光缆，利用振动信号解码器以及光纤振动信号采集装置对探测信号进行解析，可实现对井下套管外敷光缆的空间方位精准探测，避免射孔作业造成光缆发生断裂，保障压裂过程中井下光纤信号有效传输，解决水平井桥塞分压套管外敷光缆压裂监测技术关键技术难题。难题。难题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法


[0001]本专利技术属于井下测量
，涉及一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法。

技术介绍

[0002]井下桥塞分压套管外敷光缆压裂监测技术为新兴国际前沿技术，其利光纤即传感元件和传输信号介质的特征，可实时获取压裂阶段各簇进液情况，为压裂效果实时评价提供基础依据，其中套管外敷光缆空间方位精准探测是该技术关键难点之一，直接关系着后期光缆避射定向分簇射孔和监测技术实施的成败。
[0003]现有的井下套管外敷光缆探测定位方式主要有两种：1)MOT磁通量探测技术。基于套管外部金属含量的高低影响磁场分布的原理，MOT测试仪器将产生一个以端部探头为中心的低频360
°
磁场，通过定点测量不同深度、不同方位的磁通量分布情况，获取套管外部磁通量高低值变化曲线(高值即光缆位置)，结合相位曲线可直接读取光缆的相位信息。其现场主要采用电缆连续油管送入，存在施工周期长，作业费用高等问题。2)IBC套后成像技术。利用超声波原理探测套管及套管外声学变化现象，判断分析套管与水泥、水泥与地层的胶结程度。由于套管外敷光缆的介入，光缆位置处的水泥胶结将发生异常，通过对IBC探测数据进行后期处理解释，分析光缆的分布方位。但固井作业后水泥环多种介质混杂，成像干扰严重，存在光缆不易被识别、解释精度低等问题。
[0004]中国专利文献CN110454150A中公开了一种利用MOT磁通量探测技术的光纤探测方法，该方法中通过在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，该方法中需要对光缆外表面用金属细管包裹后进行通电，因此施工较为复杂，且探测时间较长，电量耗费较高。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术公布了一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法，其通过沿套管长度方向安装多个方位传感装置，并结合原有光纤进行信号传输，可有效对井下光缆方位直接探测，无需增加额外工程作业，探测成本低。
[0006]本专利技术公开了一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置，包括套管组件、外敷光缆、方位传感装置、振动信号解码器以及光纤振动信号采集装置，所述套管组件设置于井筒内部，且所述外敷光缆沿套管组件的轴向方向固定于外表面；沿套管组件的轴向方向，多个方位传感器等间距布置于套管组件表面，且所述方位传感器紧贴外敷光缆；所述光纤振动信号采集装置连接所述外敷光缆，所述光纤振动信号采集装置用于采集外敷光缆中传输
的振动信号；所述振动信号解码器与光纤振动信号采集装置电连接，所述振动信号解码器用于解码振动信号并转换为方位角信息。
[0007]所述方位传感装置中包括第一堵头、护套、陀螺仪、编码系统、电源系统、振动电机以及第二堵头，所述陀螺仪、编码系统、电源系统、振动电机内置于护套内部，所述陀螺仪连接所述编码系统，所述陀螺仪探测外敷光缆的方位角，所述编码系统根据陀螺仪探测获得的方位角转换为对应的二进制编码；所述电源系统分别与陀螺仪、编码系统、振动电机电连接，所述电源系统提供电力；所述编码系统根据二进制信息控制电源系统与振动电机的电流强度，所述振动电机产生振动信号，所述外敷光缆将探测到的振动信号传输至光纤振动信号采集装置中；所述第一堵头和第二堵头位于护套的端部位置，所述第一堵头和第二堵头保持护套内部处于密封状态。
[0008]进一步的，所述套管组件包括多个套管、套管接箍以及光纤扶正器，所述套管依次首尾连接，且相邻套管之间通过套管接箍进行连接，每个套管接箍位置均设有一个光纤扶正器，所述光纤扶正器用于避免套管接箍位置的外敷光缆扭断。
[0009]进一步的，所述方位传感装置分别固定于套管接箍位置，且所述方位传感装置分别紧贴套管接箍位置的外敷光缆。
[0010]进一步的，所述套管组件的外表面还设有一条用于供电的电源线，所述电源线依次电连接套管组件上的方位传感装置。
[0011]进一步的，本专利技术还公开了一种用于井下套管外敷光缆的方位监测方法，其包括如下步骤：
[0012]S1.套管组件在入井前首先对井下进行通井作业，确保套管组件入井通畅；
[0013]S2.将外敷光缆固定于套管组件外表面，且外敷光缆的一端随套管组件同时入井，另一端位延伸出地面；
[0014]S3.在每个套管接箍位置安装光缆扶正器以及方位传感装置，且对每个方位传感器进行编号，并记录每个方位传感器的位置信息；
[0015]S4.当套管组件入井完成后，进行固井作业；
[0016]S5.安装光纤振动信号采集装置以及振动信号解码器，且将外敷光缆中位于地面位置的一端与光纤振动信号采集装置连接；
[0017]S6.位于井下的方位传感装置周期性发出振动信号，振动信号经外敷光缆传递至光纤振动信号采集装置，并由振动信号解码器进行解码操作，获得对应方位传感装置的方位角信息；
[0018]S7.依据方位传感器的位置信息以及方位角信息，获得井下外敷光缆的空间分布信息。
[0019]进一步的，所述方位传感器的位置信息为对应方位传感器在套管组件上所处的安装位置信息。
[0020]进一步的，所述振动信号包括方位传感装置的编号信息和方位角信息，其中所述编号信息用于确认发出振动信号的设备位置。
[0021]进一步的，所述振动信号解码器进行解码的具体过程为:
[0022]将不同范围的方位角信息依照转化为对应的二进制编码信息，每个方位角范围对应一个二进制编码信息；
[0023]方位传感装置中陀螺仪探测外敷光缆的方位角信息，编码系统将判别方位角信息对应的方位角范围，并生成对应的二进制编码信息；
[0024]编码系统控制振动电机依照二进制编码信息进行振动，对应位置的外敷光缆将采集振动信息并传输至地面上的光纤振动信号采集装置，振动信号解码器依据采集的二进制编码信息反向查找对应的方位角范围。
[0025]进一步的，所述S7步骤中依据方位传感器的位置信息以及方位角信息获得井下外敷光缆空间分布信息的具体方法为：
[0026]以井口位置为极点构建极坐标系，依据套管组件伸入井下的长度信息以及对应方位传感装置的方位信息，以井口位置为起点，以每根套管的长度作为极径，以套管上对应方位传感装置的方位角为极角，依次连线，此连线为外敷光缆沿套管组件的空间分布状态。
[0027]本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：
[0028]1)本专利技术中的用于井下套管外敷光缆的方位监测装置及方法，其通过沿套管长度方向安装多个方位传感装置，并结合原有光纤进行信号传输，可实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于井下套管外敷光缆的方位监测装置，包括套管组件、外敷光缆、方位传感装置、振动信号解码器以及光纤振动信号采集装置，所述套管组件设置于井筒内部，且所述外敷光缆沿套管组件的轴向方向固定于外表面；沿套管组件的轴向方向，多个方位传感器等间距布置于套管组件表面，且所述方位传感器紧贴外敷光缆；所述光纤振动信号采集装置连接所述外敷光缆，所述光纤振动信号采集装置用于采集外敷光缆中传输的振动信号；所述振动信号解码器与光纤振动信号采集装置电连接，所述振动信号解码器用于解码振动信号并转换为方位角信息，其特征在于，所述方位传感装置中包括第一堵头、护套、陀螺仪、编码系统、电源系统、振动电机以及第二堵头，所述陀螺仪、编码系统、电源系统、振动电机内置于护套内部，所述陀螺仪连接所述编码系统，所述陀螺仪探测外敷光缆的方位角，所述编码系统根据陀螺仪探测获得的方位角转换为对应的二进制编码；所述电源系统分别与陀螺仪、编码系统、振动电机电连接，所述电源系统提供电力；所述编码系统根据二进制信息控制电源系统与振动电机的电流强度，所述振动电机产生振动信号，所述外敷光缆将探测到的振动信号传输至光纤振动信号采集装置中；所述第一堵头和第二堵头位于护套的端部位置，所述第一堵头和第二堵头保持护套内部处于密封状态。2.根据权利要求1所述的方位监测装置，其特征在于，所述套管组件包括多个套管、套管接箍以及光纤扶正器，所述套管依次首尾连接，且相邻套管之间通过套管接箍进行连接，每个套管接箍位置均设有一个光纤扶正器，所述光纤扶正器用于避免套管接箍位置的外敷光缆扭断。3.根据权利要求2所述的方位监测装置，其特征在于，所述方位传感装置分别固定于套管接箍位置，且所述方位传感装置分别紧贴套管接箍位置的外敷光缆。4.根据权利要求1所述的方位监测装置，其特征在于，所述套管组件的外表面还设有一条用于供电的电源线，所述电源线依次电连接套管组件上的方位传感装置。5.一种用于井下套管外敷光缆的方位监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.套管组件入井前首先对井下进行通井作业，确保套管组件入井通畅；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁博，谢斌，董小卫，田志华，栾海军，纪拥军，李一强，刘帅，褚浩元，赵田，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：