CN100516460C - 在导管内安装双端分布式传感光纤组件的方法 - Google Patents
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Abstract
在例如地下钻孔中的小直径控制管这样的导管(1)内安装双端分布式传感光纤组件(2)的方法，包括：提供一个鼻状部分(3)，其外宽(W)小于1cm，优选小于5mm，该鼻状部分(3)使分布式传感光缆的两段(4A和4B)的近端(4C和4D)互相连接，以使沿着光缆的一段(4A)的长度传输的光通过鼻状部分(3)传输到光缆的另一段(4B)；将鼻状部分(3)插入导管(1)，以使鼻状部分(3)穿过在由此而互相连接的分布式传感光缆的所述两段(4A和4B)前面的导管(1)；以及将分布式传感光缆段的远端(4E和4F)与光传输和接收单元(7)连接，该单元(7)被构造成将从光缆的不同点反向散射的光谱转换成分布的温度、压力和/或其它物理数据。
Description
技术领域
本发明涉及在导管内安装双端分布式光纤组件的方法。
背景技术
从欧洲专利申请EP 0424120、日本专利申请JP 2001124529A和国际专利申请WO 00/49273中可了解到这种方法。
在从日本专利申请JP 2001124529A了解的方法中，分布式应变和位移传感光缆弯曲成U形，并通过悬挂在光纤的U形鼻状部分上的重物下放到地下井孔里。
在从国际专利申请WO 00/49273了解的方法中，将光缆的U形中部连接到大头插塞上，通过泵送流体经过管道来将塞子和光缆带到钻井的底部，使U形分布式温度传感光缆插入地下钻井内的螺旋管中。
将已知的U形双头分布式传感光纤组件插入由钻井套筒和螺旋井管构成的导管中，螺旋井管的内宽典型地为几公分，并且这些组件不被构造成安装在小直径导管内。
本发明的目的是提供在小直径导管内安装双端分布式传感光纤组件的方法。
发明内容
根据本发明在导管内安装双端分布式传感光纤组件的方法，包括：
-提供一个鼻状部分，该鼻状部分使分布式传感纤维光缆的两段的近端互相连接，以使沿着一段光缆的长度传输的光通过所述鼻状部分传输到另一段纤维光缆；
-将所述鼻状部分插入所述导管中，以使所述鼻状部分穿过在由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的所述两段前面的所述导管；
-将分布式传感纤维光缆段的远端与光传输和接收单元连接；和
-其中，所述鼻状部分的外宽(W)小于1cm，所述鼻状部分和由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的两段由单根纤维光缆构成，该单根光缆在鼻状部分区弯曲成U形状态，并且光缆在所述区内拉伸，以使在鼻状部分区的纤维光缆宽度比纤维光缆大多数其它部分要小。
在这种情况下，优选的是光缆在它拉伸时被加热，并且拉伸后的纤维光缆的弯曲段埋入鼻子形状(nose-shaped)的材料体内。这种材料的光反射率小于埋入其中的被拉伸的纤维光缆。所述鼻子形状体呈大致圆柱形，外径小于3mm。将纤维光缆弯曲成U形状态的适用方法已被美国专利5138676中公开。
在根据本发明的方法的一个可选实施例中，分布式传感纤维光缆的两段通过鼻状部分互相连接。该鼻状部分包括一个反光元件，例如反光镜。该反光元件被构造成将从分布式传感纤维光缆的一段的近端射出的光传输到分布式传感纤维光缆的另一段的近端。
在根据本发明的方法的这两个实施例中，优选的是光传输和接收单元被构造成，将光脉冲交替传输到分布式传感纤维光缆的所述两段的每一段的每个远端，以及从沿着光脉冲传输到其中的纤维光缆的长度从不同点反向散射到远端的光中，获得分布式传感数据。
按照根据本发明的方法安装的分布式传感光纤组件可以构造成分布式温度和/或分布式压力传感器组件，并且分布式传感纤维光缆的每一段可以穿过一个基准区。在该基准区内，纤维光缆暴露在已知的温度和/或液压下。在这种情况下，所述基准区可由温度和压力受到监测的腔室构成，在该腔室内，选定长度的每一段分布式传感光纤绕成卷。
合适的是，从导管的一端向着另一端泵送流体，将鼻状部分和由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的至少大部分插入导管中。
导管可以安装在细长的流体传输流动管内或其附近，例如油和/或气开采井的地下内流区。
本发明还涉及开采油和/或气的方法，其中流经油和/或气开采井的至少一部分内流区的流体温度和/或压力，由根据本发明的方法安装的双端分布式传感光纤组件来监测。
附图说明
将参照附图用实例对根据该发明的方法的几个实施例予以更加详细的说明，其中：
图1描绘包含双端分布式传感纤维光缆组件的导管，该组件有一个光缆的U形段埋入其中的鼻状部分；和
图2描绘包含双端分布式传感纤维光缆组件的导管，该组件有一个鼻状部分，在该鼻状部分，从一段纤维光缆射出的光被反射到另一段纤维光缆。
具体实施方式
图1描绘包含双端光纤传感组件2的细长的导管1，该光纤传感组件2有一个鼻状部分3，光纤的U形鼻状部分4C埋入在该鼻状部分3中。U形鼻状部分4C使光纤的两个细长段4A和4B互相连接。U形鼻状部分4C被加热到1000摄氏度以上的温度，并且在弯曲过程中伸展。于是，炽热弯曲的U形鼻状部分被埋入材料体5中，该材料的反射率小于光纤的U形鼻状部分4C，因此在U形鼻状部分4C中形成光连续性。将光缆弯曲成U形状态的适用方法被公开在美国专利5138676中。鼻状部分3包含一个耐冲击外覆层6，并且大体上呈圆柱形。鼻状部分3的外宽W小于1cm。在根据本发明的方法的一个优选实施例中，导管1的内宽小于1cm，鼻状部分3的外宽小于5mm。在根据本发明的方法的一个特别优选实施例中，导管1的内宽小于5mm，而鼻状部分3的外宽W小于3mm。导管1的小的内、外宽产生一个分布式传感组件，该组件是紧凑的和非干挠性(non-intrusive)的，并且该组件可以容易地被插入在生产油和/或气的地下井中的狭窄通道，例如液压动力和控制管道中。
纤维光缆的细长段4A和4B包括一对被U形鼻状部分4C互相连接的近端4D和4E以及一对远端4F和4G。每个远端4F和4G提供双端分布式光纤传感组件2的一端。每个远端4F和4G可以与装有两个光源8A和/或8B的光脉冲发生和接收单元7连接，配置这两个光源的目的是将交变脉冲或同步脉冲和连续波激光脉冲9A和9B传输到纤维光缆的细长段4A和4B中。单元7还提供一个基准室，在该基准室内，细长段4A和4B的上部暴露在已知的温度和/或压力下。通过使用双端光纤温度和/或压力光纤传感组件2，可以双向引导光脉冲9A和9B通过该组件，从而当光脉冲9A和9B沿着纤维光缆的长度行进时补偿它们的任何衰减，并且消除需要使用普通单端分布式压力和/或温度传感(DPS/DTS)光纤组件所需的井下压力和/或温度基准传感器。
图2描绘根据本发明的方法的一个可选实施例，其中两个分布式传感(DPS/DTS)纤维光缆21和22的近端21A和22A通过由反射镜24以及透镜25和26组成的鼻状部分23互相连接，反射镜和透镜将光从第一条纤维光缆21反射到第二条纤维光缆22，反之亦然，如虚线27所示。纤维光缆21和22的近端被包封在鼻状部分23内，鼻状部分23的外宽W小于1cm，最好小于5mm。鼻状部分悬挂在其内径小于2cm，最好小于1cm的导管28内。
双端纤维光缆的两段可以并排着互相平行地布置在外径(OD)优选为1-3mm的保护性不锈钢管内，并且该管与鼻状部分3被布置在其中的保护性端盖连接。端盖可以有隔片，用来引导端盖通过导管1，并且在包含光纤传感组件2的保护性不锈钢管插入导管1的过程中提供附加拖曳/流体阻力。
可选的是，该保护性不锈钢管装有许多光纤传感组件2，该光纤传感组件2监测不同物理参数，例如压力、温度、声学数据，并且该光纤传感组件2与流量、压力、温度、声学和/或地震数据监测系统连接。
使用不锈钢管保护光纤传感组件2或一些组件，避免受到机械损坏和暴露在会使光纤或多个光纤退化的水和化学物质中。这允许使用低成本光纤。光纤可以是：
(A)有丙烯酸盐被覆敷层的低成本光纤，这种被覆层允许在85℃以下工作，同时保持设计可靠性或提高可靠性；
(B)有高温被覆层的光纤，例如聚酰胺，这种被覆层允许在250-300℃的温度下工作；
(C)有金属被覆层的光纤，这种被覆层允许在650-750℃的温度下工作。
保护性不锈钢管可充填空气或阻止光缆4化学退化和/或腐蚀的物质，同时考虑到金属管内的材料和物质的热膨胀差。
1-3mm OD保护性不锈钢管可布置在较大OD不锈钢管内，例如1/4″(6mm OD)控制管线内。这提供附加机械和化学保护，并允许对用于附加传感器的传感器罩给予机械支撑。
1/4″(6mm OD)控制管线是产油井和/或产气井使用的标准尺寸控制管线，并允许使用已有的井封隔器和贯穿件。1/4″(6mm OD)控制管线还允许将新型封隔器送入穿过膨胀封隔器，而无需切割光缆。这简化了操作，同时避免现场拼接，将光纤连接器的数量减到最少，并将安装的复杂性减到最小限度。这种带有或不带有附加传感器罩的1/4″(6mm OD)控制管线可捆扎在油和/或气开采井的管道上，或者插入所需的环境中。
如果光纤传感组件2被泵入导管1，那么可以使用U形导管，或者导管1具有基本为直线的形状，并且在其下端可装有一个止回阀，当双端光纤传感组件2被泵入导管1时，泵送流体从导管1通过止回阀排放到井底部，或者排放到其它系统如用于液压套管的液压控制管线共用的管道中。
使用远距离操作的海底吊舱，将光纤传感组件2泵入导管1，将光纤传感组件2插入到延伸到海底井的导管1中，可用遥控车(ROV)将该水下吊舱可拆装式地安装在海底井口。
Claims (26)
1.一种在导管内安装双端分布式传感光纤组件的方法，该方法包括：
-提供一个鼻状部分，该鼻状部分使分布式传感纤维光缆的两段的近端互相连接，以使沿着一段光缆的长度传输的光通过所述鼻状部分传输到另一段纤维光缆；
-将所述鼻状部分插入所述导管中，以使所述鼻状部分穿过在由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的所述两段前面的所述导管；
-将分布式传感纤维光缆段的远端与光传输和接收单元相连接；和
其中，所述鼻状部分的外宽(W)小于1cm，所述鼻状部分和由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的两段由单根纤维光缆构成，该单根光缆在鼻状部分区弯曲成U形状态，并且光缆在所述区内拉伸，以使在鼻状部分区的纤维光缆宽度比纤维光缆大多数其它部分要小。
2.权利要求1的方法，其中所述鼻状部分的外宽W小于5mm，并且所述导管的内宽小于10mm。
3.权利要求1的方法，其中光缆在它拉伸时被加热，并且拉伸后的纤维光缆的弯曲段埋入鼻子形状的材料体内，这种鼻子形状的材料体的材料的光反射率小于埋入其中的被拉伸的纤维光缆。
4.权利要求3的方法，其中所述鼻子形状体呈大致圆柱形，并且外径小于3mm。
5.权利要求1的方法，其中通过从导管的一端向着另一端泵送流体，所述鼻状部分和由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的至少大部分被插入导管中。
6.权利要求1的方法，其中所述导管安装在细长的流体传输流动管内或其附近。
7.权利要求6的方法，其中所述液体传输流动管是油和/或气开采井的地下内流区。
8.权利要求7的方法，其中流经油和/或气开采井的内流区的至少一部分的流体的温度和/或压力，由分布式传感光纤组件来监测，该方法用来监测和/或控制油和/或气的开采。
9.权利要求1的方法，其中所述双端纤维光缆的两段的至少大部分并排布置在保护性不锈钢管内，该管与鼻状部分被布置在其中的保护性端盖连接，并且该管被插入到所述导管中。
10.权利要求9的方法，其中所述保护性不锈钢管的外径(OD)为1-3mm。
11.权利要求9的方法，其中多个光纤传感组件并排延伸穿过所述保护性不锈钢管，这些传感组件监测不同的物理参数，并且这些传感组件与一系列的流量、压力、温度、声学和/或地震数据监测组件连接。
12.权利要求11的方法，其中所述物理参数是压力，温度和/或声学数据。
13.权利要求1的方法，其中双端纤维光缆的两段至少大部分并排布置在套装的挠性保护管内，该保护管设置有鼻状部分布置在其中的模制端盖。
14.权利要求1的方法，其中导管有基本上为直线的形状，并且在其下端装有一个止回阀，当双端光纤和鼻状部分被泵入所述导管时，泵送流体从所述导管通过所述止回阀排放。
15.权利要求1的方法，其中用可拆装地安装在海底井口的远距离操作的海底吊舱，将所述光纤组件插入到延伸入海底井的所述导管中。
16.权利要求9的方法，其中所述保护性不锈钢管布置在较大OD不锈钢管内。
17.权利要求1的方法，其中所述导管由油和/或气开采井的套管构成，并且所述双端分布式传感光纤组件捆扎在油和/或气开采井的开采管道上，或者插入到该井内。
18.前面任一权利要求的方法，其中光传输和接收单元被构造成用于将光脉冲或脉冲的和连续的波交替或同时传输到分布式传感纤维光缆的所述两段的每一段的每个远端，并用于从沿着两段纤维光缆的长度的不同点反向散射到所述光脉冲传输到其中的远端的光中获得分布式传感数据。
19.权利要求18的方法，其中分布式传感光纤组件构造成分布式温度和/或分布式压力传感器组件，其中分布式传感纤维光缆的每一段穿过一个基准区，在该基准区内，纤维光缆暴露在已知的温度和/或液压下。
20.权利要求19的方法，其中所述基准区由其内的温度和压力受到监测的腔室构成，在该腔室内，选定长度的每一段分布式传感光纤绕成卷。
21.一种在导管内安装双端分布式传感光纤组件的方法，该方法包括：
-提供一个鼻状部分，该鼻状部分使分布式传感纤维光缆的两段的近端互相连接，以使沿着一段光缆的长度传输的光通过所述鼻状部分传输到另一段纤维光缆；
-将所述鼻状部分插入所述导管中，以使所述鼻状部分穿过在由此而互相连接的分布式传感纤维光缆的所述两段前面的所述导管；
-将分布式传感纤维光缆段的远端与光传输和接收单元相连接；和
其中，所述鼻状部分的外宽(W)小于1cm，分布式传感纤维光缆的两段通过鼻状部分互相连接，该鼻状部分包括反光元件，该反光元件被构造成将从分布式传感纤维光缆的一段的近端射出的光传输到分布式传感纤维光缆的另一段的近端。
22.权利要求21的方法，其中所述反光元件是反光镜。
23.权利要求21的方法，其中所述鼻状部分的外宽W小于5mm，并且所述导管的内宽小于10mm。
24.权利要求21-23中任一权利要求的方法，其中光传输和接收单元被构造成用于将光脉冲或脉冲的和连续的波交替或同时传输到分布式传感纤维光缆的所述两段的每一段的每个远端，并用于从沿着两段纤维光缆的长度的不同点反向散射到所述光脉冲传输到其中的远端的光中获得分布式传感数据。
25.权利要求24的方法，其中分布式传感光纤组件构造成分布式温度和/或分布式压力传感器组件，其中分布式传感纤维光缆的每一段穿过一个基准区，在该基准区内，纤维光缆暴露在已知的温度和/或液压下。
26.权利要求25的方法，其中所述基准区由其内的温度和压力受到监测的腔室构成，在该腔室内，选定长度的每一段分布式传感光纤绕成卷。
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