CN1006920B - 小型井的温度测量方法 - Google Patents

Abstract

在本测量温度方法中，通过将一根细长的测量装置导管延伸到井内并延伸到被测区内；在很深的地下区内进行自动控制的温度测量。设置一个电的响应温度传感装置和一个用于盘绕金属铠装遥测温度响应的电缆的盘绕装置，依靠重力使传感部件在测量装置导管内下降，依靠盘绕电缆使其在管内上升。传感部件的温度与被测区间的温度基本保持热平衡，高温测量可在长度大于60米、深度大于600米、温度高于600℃的区内进行。

Description

本发明涉及测量井地下区内或周围温度的方法。

具体地说，本发明涉及包括以下步骤的测量井地下区内或周围温度的方法。

将一个电气上响应温度的传感装置、一条用以遥测该温度传感装置的响应的热稳定电缆和一个用以卷绕该遥测电缆的装置与一个测量装置互联;

操作该卷绕装置以使温度传感装置依靠重力下降，和依靠重新卷绕该遥测电缆而提升，并且在所希望的程度上与被测区间内各部位处的温度基本平衡时，由温度传感装置产生温度响应电信号;和

指示出对应于遥测信号的温度值和对应于卷绕装置的遥测电缆的未卷绕程度的温度测量部位。

这样的方法从第3，410，136号美国专利中知道，该专利文件还揭示了信号处理和温度数据显示的几种途径。然而，用于井内特别是在具有被测加热区的井内的上述方法所用的装置的详细操作根本未提。

其它的温度测量方法已在第2，676，489号美国专利中公开，该专利文件描述了测量沿垂线的一些部位处的温度梯度和差值，以确定混凝土区顶部的位置。第3，026，940号美国专利揭示了用以去除石蜡或沥青或刺激性的石油产物的加热井的必要，描 述了懂得和控制加热器周围温度的重要性。该专利使用了置于正由次表面加热器加热的石油加热部分的表面就位加热器，因而该控制必须取得正被施与次表面加热器的表面就位加热器处的所需温度。

涉及井内所用的、特定的、不同类型的传感和指示装置的各种温度测量系统已在一些美国专利中得到描述。例如第2，099，687、3，489，690、3，540，279、3，609，731、3，595，082和3，633，423号美国专利描述了声学温度计装置，利用声脉冲通过固体材料例如钢的通行时间效应来测量温度。第4，430，974号美国专利描述了一个测量系统，在该系统中多个长电阻元件平面灌浆在井内并被连接到一个电阻测量单元，以测量温度或流质流量。

第3，090，233号美国专利描述一种测量装置，用以测量小反应区例如用于一个小规模试验性工厂的小反应区的温度。一种链状驱动机构推拉一个测量装置例如一个热电偶在一个延伸到反应区的管子里进入和出来，同时提供该管内温度和位置的指示。

在某些方面，本发明相当于第3，090，233号美国专利描述的系统的一种修改。该先有系统机械地推拉一个相当硬的测量部件，其中没有提到一个温度传感装置例如热电偶可以在井内移上移下显著的距离。

为此，本发明的一个目的是测量井的地下区内或周围温度，以保证所用设备的可靠运行。

本发明的另一个目的是在一个相当极端的环境里测量温度，例如在高温测量条件下测量温度的方法。

鉴于申请人利用元件的某种组合发现在地下地构区间内可以进行 测量，所述的区间相当深、相当长并且相当热。这需要如下部件的组合，亦即一根长的测量装置导管、沿着一条具有热稳定性能的、金属鎧装遥测电缆遥测电气响应的电气响应温度传感装置。在该传感装置下面连接的挠性的加重装置以及用以卷绕该遥测电缆的装置;并且要求被安置在那些部件具有合适互相有关的、物理和化学特性。此外，申请人还发现，与前面描述的、用以测量井内次表面温度的方法相比，现在描述的部件相互有关的组合是特别有利的，能够从地下地构的一段长区间的所有点提供出基本平衡的温度测量，不涉及计算机打印的快速扫描所需时间还要多的人为时间。在相比中，先有的、用以获得这样温度记录的方法要求连续的出现和在几天或几星期内延续井的操作。

为此，本发明的上述用以在井的地下区内或周围测量温度的方法的特征在于：将测量装置用的一根测量装置导管和至少一条电加热电缆延伸至井内，该加热电缆依附在该导管上，并且延伸到整个被加热区;在该区内测量温度时使加热电缆工作来给被加热区加热;将一个挠性加重部件与所述的测量装置连接，所述的加重部件能够把温度传感装置在测量装置导管内向下拉;不卷绕遥测电缆并且将由于卷绕产生的弯曲基本上拉直，以避免该遥测电缆出现明显的应变。

有利的是，高温温度可在这样的区内得到测量，亦即长度大于60米、深度为600米、温度高于600℃的区内。

更有利的是，温度传感装置起初以较高的速率经过所述区循环检测任何发热点，然后以使其在与周围温度保持基本上热平衡状态的速率循环检测。

现在参照以下附图详细地描述本发明：

图1是安装在一小型井或测量装置内的本发明的系统的简图;

图2是那个小型井的断面放大图。

图3是控制图1中盘绕部件操作的电路方块图。

图4是另一种安排的示意图。图中本发明的测量部件导管即可当作小型井使用，也可当作加热器电缆的导向管柱使用。

图1示出一眼井膛1，在井膛内安装一条套管2，并用水泥3浇灌。例如，这样的井可以是一眼温度观测井。在井内操作一台加热器使粘滞的石油流通，或使油储层的一部分石油焦结以形成砂状的凝固带，或形成一个电极，使电流通过油储层或与之类似的油层流到该电极上。

一根细长的测量部件导管4沿着套管2向下延伸，进入并通过被测的“测井”区间Z。导管4最好能盘绕并且绑到管带上，例如，套管2上，周围用水泥浇灌成为一体，例如用水泥3浇灌。水泥包住套管确保充分均匀地将热从地层构造传出或传入，还避免液体从套管里流出或流入。测量部件导管的底部最好用密封装置5紧紧地封住。例如，密封装置5可以是管帽、塞子、堵头、水泥块或类似物。

由一个挠性加重部件或称“挠性沉锤棒”6、一个热电偶的热接头7和一条遥测热电偶电信号的遥测电缆8（在图2中画得更清楚）组成的温度传感组件装配在测量部件导管4内。这个挠性的加重部件或称挠性的沉锤棒6是由一串沉锤珠（即短小的重物）6A组成的，这串沉锤珠在其周围滑动地与挠性线6B连接，并且用珠栓6C使它们互相分开，珠栓挠性地连接到挠性线6B上。

为了传送来自热电偶的热接头输出的传感电信号而采用的遥测电缆8最好由热电偶丝或由传导线组成，它们有相似的热电特性，并由不导 电的热稳定性适合于温度测量的固体材料绝缘。就象熟练地掌握这门技术的那些人所周知的那样，虽然热电偶首先发展于高温测量，但是对于测量较低的温度范围，现在热电偶已与电阻式温度计及各种膨胀压缩型温度计互相竞争;对于测量很高的温度范围，它已与辐射方法相竞争。

在被测区间内，温度传感部件7的位置与电缆8从电缆盘绕部件9起未被盘绕的程度相对应。电缆盘绕部件控制器10控制着温度传感部件在被测区间内运动的速率。

通常，设置这些控制是为了调整盘绕驱动电动机的速度和转矩。运动的速率是可变的，最好是每秒8到5000厘米。当然，松绕的速率应该保持足够慢，以避免遥测电缆绕成螺旋形或打结。最适合温度测量的记录速率是每分钟约6英吋，即横越90米长的地下地层构造区间大约需要10小时。感温电信号被传送到测量指示单元（例如用水银滑环组件）。

测量部件导管最好是可连续盘绕的、不锈钢管，最好内径为0.8到1.4厘米，最好是316号不锈钢，或相当于316号不锈钢。测量部件导管最好用绑扎方法系在管道的外壁或管带上。绑扎点应该位于这种管带的最大直径处，例如，在管颈处，以使测量部件导管尽量直，尤其要注意避免将这个测量部件导管绑扎在套管或管道周围有螺旋圈的地方。

在最佳尺寸的导管内所用的沉锤珠，如棒珠6A，最好外径为0.5到1.1厘米左右，长度为2.5到20厘米左右。在这样的结构中，挠性的沉锤线6B最好是一条挠性线，如0.15厘米的航空钢丝线，珠栓6C最好是一小段细管，例如0.30厘米细管，每个棒珠相距约1.25厘米，它们牢固地栓在沉锤线上。

通常，由一个挠性的加重部件如挠性的沉锤棒6、一个感温传感部件如热电偶接头7、一条金属鎧装的遥测电缆8和一个盘绕遥测电缆部件如盘绕部件9组成的一种部件组合应该具有多种的物理和化学特性，并且要配备得互相关联，以使作用在沉锤棒上的重力能够把传感部件经过被测区间向下拽，同时靠盘绕部件的滚轴转动把弯曲了的电缆部分拉直。通过许多次井内试验，申请人发现采用以下规格的部件就能使这样的结构和多种特性相关成为一个典型的范例，即测量部件导管是由内径为0.9厘米、外径为1.25厘米的316号不锈钢管所组成，挠性的沉锤棒是由80个棒珠组成的，每个棒珠长2英吋、直径0.6厘米（以提供总质量约为0.9公斤、总长度约为5米）。测遥感温电信号所用的电缆是一条钢带鎧装、直径为0.15厘米的电缆，它被盘绕在直径约为50厘米的滚轴的盘绕部件上。

鉴于部件这样的组合，遥测电缆的应变（由于盘绕部件滚轴上电缆的弯曲）大约只有0.3%。在那里测量部件导管与一般垂线的偏差（由于螺旋盘绕或反向转动，如“死弯”）实际为零，温度传感部件不仅随着重力平滑地向下运动（没有由于摩擦而阻碍运动的迹象），而且当用盘绕部件的滚轴盘绕而使该系统上升时，没有出现由于摩擦而产生的明显负荷。许多次试验表明这些部件同样的组合，而所用的测量部件导管与垂线有一些螺旋形的偏差时，尽管向下运动也许是另人满意的，但是在该系统上升时由于摩擦力会在遥测电缆上产生负荷，此负荷值比其抗拉强度还大。

图3示出了用于控制电缆盘绕部件如图1中部件9的主要电路部件。正如熟练掌握这门技术的人们所能看出的那样，所有这些标明的部件都能买得到。设置一台数据记录器20来接收深度和温度信号，并把 编码的控制指令送给测井速率和方向控制电路21，接着触发电动机控制电路22，来发出方向和速率信号给盘绕部件的电动机23。深度解码器24根据遥测电缆8未盘绕的程度得出热电偶位置的指示信号。然后在转换器25中把二一十进制的深度信号26转换为十六进制的深度信号，并把该信号与来自热电偶的温度信号27一起送入数据记录器20。

数据记录器20是用来经过电话式调制解调器28给计算机29输入数据和接收来自计算机29的输出指令。可以得到的计算机29的键盘指令包括测井方向控制、测井速度和有关深度和温度的数据。这样，该系统可以以连续的或周期性的速率自动地累加温度测量值，该速率很慢，能够确保在传感单元和环境温度之间保持真正的平衡，而不中断井的操作或增加人为的操作时间。

在被加热的地下区间加热温度较高时本方法可能具有特殊的优点。测量部件导管贯穿整个被测区间并延伸到所用的加热器附近。当操作加热器使其温度向予定的加热温度升高时，调整温度传感部件的测井速度使其以较快速度横越该区间，以便在任何明显的伤害发生之前沿着该区间各点检测任一发热点的发生。当加热器的温度到达或接近予定的加热温度时，测井速度可以降低到维持传感部件与井膛温度之间热平衡的速率。

在无线电通讯或人工监测都困难甚至是不可能实现的山区，电话式调制解调器28的应用也具有许多特殊的优点。本系统可以用于野外作业的大量热喷射器的中央控制。

依照本发明的原理，图4示出测量部件导管布局及应用的另一种安排。图4所示的系统是用于长地下区间在高温下均匀加热的特定装置。

如图4所示，测量部件导管40当作加热器电缆的导向管柱使用。由于导向管柱下面的沉锤棒44的重量拉动导向管柱，从导向管柱盘绕装置41经过固定滚筒42的内部进入井内套管43。盘绕装置41是由一台航空电动机驱动。一对加热器电缆45其中每条电缆都是由一根导电的金属芯线、其外包矿物绝缘、最外层是不锈钢钢带鎧装所组成的。这对加热器电缆45与一对金属鎧装、矿物绝缘的电源电缆46相连接。为使加热器电缆经过套管延伸到被加热区间，这两对截然不同的电缆的全长都绕在转动的电缆导向器47上，该导向器47装在固定的滚筒42上，管状的导向管柱经过固定滚筒42向下延伸。加热器电缆连接在终端连接片48上，该连接片又与导向管柱连接。随着导向的导管40向下运动进入套管，加热器电缆圈之后接着电源电缆圈也向下运动，并以螺旋线圈的形式进入套管，该螺旋线圈具有合适的波长L。当导管40向下运动结束时，电缆45的螺旋线圈向外压向套管43的内壁，这些线圈的重量中不是全部就是其中大部分往往是靠它们与套管内壁之间的摩擦力支撑着。

在按照本方法的这种安排中，在本发明的测量部件导管所组成的导向管柱进入套管以后，它最好挂在井口的钩子上，该钩子就象挂连续的管节带通用的钩子一样。如果在内含有测量部件导管的套管里产生的压力大于大气压力，本发明的温度传感部件可以通过一个润滑器进入套管，该润滑器与常用的润滑器一样。当然，设置了该润滑器，靠它产生的摩擦力是不能阻止温度传感部件在重力作用下向运动的。

Claims (9)

1、一种测量井的地下区内或周围温度的方法，包括：

将一个电气上响应温度的传感装置、一条用以遥测该温度传感装置响应的热稳定电缆和一个卷绕该遥测电缆的装置与一个测量装置互联；

操作该卷绕装置以使温度传感装置依靠重力下降，依靠重新卷绕该遥测电缆而上升，并且在所希望的程度上与被测区间内各部位处的温度基本平衡时，由温度传感装置产生温度响应信号；和

指示出对应于遥测信号的温度值和对应于卷绕装置的遥测电缆的未卷绕程度的温度测量部位，其特征在于，将测量装置用的一根测量装置导管和至少一条电加热电缆延伸至井内，该加热电缆依附在该导管上，并且延伸到整个被加热区；在该区内测量温度时使加热电缆工作来给被加热区加热；将一个挠性的加重部件与所述的测量装置连接，所述的加重部件能够把温度传感装置在测量导管内向下拉；不卷绕该遥测电缆，并将由于卷绕产生的弯曲基本上拉直，以避免该遥测电缆出现明显的应变。

2、根据权利要求1中所述的方法，其中高温测量是在这样的区内进行，亦即该区为长度大于60米、深度600米、温度约高于600℃。

3、根据权利要求1中所述的方法，其中测量部件导管的内径大约为0.8到1.4厘米。

4、根据权利要求1中所述的方法，其中温度传感部件是一个热电偶。

5、根据权利要求1中所述的方法，其中挠性的加重部件包括系在一条挠性线上的一串重物。

6、根据权利要求1中所述的方法，其中测量部件导管被连接在一个管带上。

7、根据权利要求6中所述的方法，其中管带和测量装置导管都用水泥包住。

8、根据权利要求1中所述的方法，其中测量部件导管的底部是防液体密封的。

9、根据以上各权利要求中的任一个所述的方法，其中温度传感部件起初以较高的速率在上述区内循环检测任一发热点，然后以与周围环境温度能保持基本上热平衡的速率循环检测。