CN1011827B - 在油井中安放地震传感器的方法 - Google Patents

Abstract

在具有水泥套管的石油生产井里安装地震传感器的方法。它主要包括：在将套管(2a，2b)降入钻井(1)以前先沿其外表面安装好地震传感器(10)，用水泥浇灌一个环状空间以便使传感器与周围地层保持声连接；传感器(10)以及将其与地面相连的电缆(11)均固定在控制套管下降的对中装置或所述套管的外壁之上，这可以通过涂上一层阻尼材料而得以实现。传感器可插入固定在套管外面的衬套内。本方法及装置用于对油井的地震监控。

Description

本发明涉及一种方法，该方法旨在将地震传感器安装在石油生产井中以便能对有关井的状态进行范围极其广泛的测量，并能对井中的流量以及特别是能对产油区石油逸出测定的地震读数进行监控。

行家们都熟悉在生产用井中使用传感器。比如，使用传感器通过声学方法确定与侧壁外部管道柱或预先安装在其中的套管相连接的井眼水泥胶结（灌浆）的质量。在钻井的完工阶段有一个常规的操作过程，该操作过程包括：将一套管降入井中并将水泥灌入环状空间以防止井所产生的流体逃逸或沿这一通道徙移;水泥胶结（灌浆）的质量决定了环状空间的不渗透性，灌浆质量是通过诸如将一含有安装在不同深度的声接收器发送器的一长长的传感器放入管状套管之内而加以测定的。发出的声波在环状区尤其是在水泥中传插后被不同的接收器接收。对接收到的信号所进行的比较使人们可以获诸如哪个分布是完全均匀的。

另一种人所共知的应用的例子是：将一探测器降入管状井中，所述探测器包括许多能探测到各种待测量的参数（特别是声音噪声、天然放射性，温度、压力等）的传感器。

欧洲专利申请号为第55463或98778、以及美国专利第4，390，878号的专利中描述了在管状井中使用传感器的一些方法的实例。

管状竖井中设置传感器适合于对附近环状区进行局部测量或适合于对管道中的流量进行监控。但它却并不适合于诸如通过使用地震方法来确定在操作过程中所发生的油的逸漏。地震记录主要是通过垂直地震剖面方法（VSP）来进行的，该方法包括：通过安装在钻井中的不同深度的许多地音探测器接收来自各地下反射器所反射的回波，这些波由一个地震发生器发射，该发生器安装在地面或者也可以安装在另一个井中。由于地音探测器是通过套管与周围地层相连接的，因此这种使用地音探测器降入打好的石油生产井中的方法的实施就变得非常困难。

根据本发明的方法，允许在一个用于生产石油液体的钻井中安装地震传感器，井中包括一个用水泥胶结（密封）的套管。其特征在于，传感器安装在套管外面并且嵌入水泥中，所述水泥确保套管的胶结。

不同的地震传感器，比方说，安装在套管外的不同深度，并由导电线与地面相连。在每一深度处，都装有一个或一组传感器。当套管外部与控制（guidance）装置形成一体时，则传感器固定在这些控制装置之上，导线围绕用环状物固定在套管的外壁上。控制装置可包括诸如软的对中装置。为便于传感器的安装，最好采用非对称控制装置，该装置将套管在它的长度的一部分的距离上移向井的一侧，传感器安装在套管的对面一侧。也可以使用其横截面至少在它们的长度的一部分上是缩小的套管，传 感器安装在套管的减小了的截面上，紧挨着套管本身。为了连接传感器，在传感器和套管之间插入一层阻尼材料。

本发明的方法的一个优点在于传感器通过水泥直接地与周围的地质层相连接，因此，它们可以用来接收在油井的生产期间内这些地层里面所产生的微小地震信号或地面上某一发射点所传播开来的信号，这一位置或点可发生在井的垂线上或甚至与井的轴线相对的某一确定的方向上或者井的方向上，如果后者被弯曲的话。此外，还有一可能的应用是在一个井中接收发自安装在另一个井中的一个噪声源的地震信号。

根据本发明的方法所得的传感器与套管内部的声连接，同样也使它们能被用于探测由井内的流动的流体所产生的噪声和振动。

本方法还有一重要的优点在于这样一个事实，即地震传感器的安装很简易，适合于使用在油井中的设备和方法，水泥浇灌方法也用于将地震传感器与周围地层相连接。

本方法的其它特征及优点将通过结合附图对下面一些实施例的描述而加以阐明，这些实施例仅作为说明的例子而决不是对本发明的限制。

附图中：

-图1用极为简化的方式描述了一个用于生产的油井，其套管外部与许多嵌在水泥里面的地震传感器相连接;

-图2为将地震传感器固定在外部套管外面的装置的示意图;

-图3为一个能使套管沿测边移动某一长度以使安装传感器的空间变大的不对称对中装置的示意图;

-图4为在偏离中心区的套管中的传感器的安排的示意图;

-图5为一个实施例的示意图，其中，传感器安装在一个通过收缩套管而增大的环状空间中;

-图6为图5的一个变形，其中，对套管的收缩为非对称的;

-图7为另一个实施例的示意图，其中，在每一地震探测器和套管的外壁之间有一层阻尼材料;

-图8为一个能在产油区内进行地震探测的发射/接收装置的略图;

-图9描述了另一个实施例，其中，可使用安装在不同层深度的有向（方向性）传感器;

-图10所示为包括三个传感器，分别安装在套管的周围并相互隔开120°角的一种安排（结构）;

-图11为一个公知的装置的示意图，该装置被降入管状井里以便灌入水泥;

-图12为与套管外部形成一体并具有地震传感器插座的衬套的示意图;

-图13为地震传感器安装在它的插座中的示意图。

图1所示的井（1），以第一直径钻至某一深度。通过产油区，再钻成比第一直径小的第二直径。井有一通常的外壳，它由两部分（2a）和（2b）组成，对应于钻井直径的不同的截面。具有较小直径的部分（2b）装有一体积可变的压紧器封口（Packer    sealing）装置（4），该装置（4）在它自身和另一具有较大直径的部分（2a）之间的环状空间扩展，并紧挨它们的端头之一。在套管内直至它的具有较小直径的部分（2b）安装有一个管道（5）。另一个压紧器封口（Packer    sealing）装置（6）安装在管道（5）的内端附近，以便在一个延伸的位置上得以将它和套管的较低部分（2b）之间的环状空间围住。一个由供电部分（8）供电的泵元件（7）安装在导管（5）中。套管的部分（2b）穿过产油区P并具有许多小孔（9），管道头（27）上装有阀，可将套管的上端关闭。

根据本发明的方法，包括在将套管降入井内之前将一个或多个地震传感器安装在套管内的具有较大直径的部分（2a）上（或者，如果外部环状空间的体积允许的话，安装在其直径缩小的部分2b上）。这些地震传感器通过一根或多根传送电缆（11）与地面相连。下一步是用水泥浇灌套管，正如业已知道的那样，为达到此目的，一个其一端有一特制的灌注连接段（injection    joining    piece）（25）并含有一个反向锁定（reverse-valve）阀的管道（24）被尽可能深地降入套管（2）直至它的下端。管道（24）被一个压紧器封口装置（26）固定住，然后注入水泥。水泥渐渐通过升高套管（2）和洞（1）之间的环状空间而充满，在水泥浇注阶段结束时，所有安装在环状空间内的地震传感器（10）均嵌入在水泥之中。

为便于套管（2）的下降，在其周围装有人所熟知的类型的对中元件（12）（图2），这些元件（12）具有诸如柔软的叶片或径向叶片。根据另一实施例，地震传感器（10）固定在对中元件（12）上。连接导线（11）（或几根导线，如有的话）通过夹紧环（13）保持紧贴着套管（2）的外壁。

当装有所使用的地震传感器（10）的盒子的体积与钻井与套管（2）之间的环状空间的大小不一致时，可以用非对称控制元件（14）（图3）将套管（2）沿着装有传感器的长度部分（图4）移出中心。地震传感器可固定在控制元件（14）上，或者，最好是如图3所示，通过连接电缆（11）的固定夹（13）将其紧贴在套管（2）的外壁上。同样也可使用包括至少一段其直径缩小的部分（15）的套管（见图5或6），直径缩小的部分可以是对称的（见图5）或者，如果所有传感器均安装在套管的同一侧上，则甚至可以是不对称的（见图6）。

根据另一实施例，在每一地震传感器（10）和套管（2）的壁之间有一层弹性材料（16）（图7）以便使后者脱离与声波的耦合，层（16）可以是套管的涂层。

所有的地震传感器（10）均安装在套管（2）周围的环状空间里，以便能被用于记录地震读数，如图8所示。一地震源（17）（一振荡器或脉冲源）在地面上发出的地震波传播到地的深处。这些波被地下各种反射体（尤其是那些在产油区p中的）送回后，被各个传感器（10）接收，被探测到的地震信号由电缆（11）传送到一个记录实验室（18）。

地震传感器也可被用于进行井与井之间的地震探测操作，或甚至用于对发生在一个产油井中的现象（如在柱中环流的流体的流动噪声）或者当生产已停止时（探测到由生产或注入流体而引起的地层断裂）进行非功能的监控。

使用的地震传感器是诸如地音探测器或加速度计。使用的数量以及它们的安装根据应用情况选定。

比如，传感器根据一个或同样的套管（1）发生器来装置，如图8所示。同样，也可以使用定向传感器（见图9，10），其轴向与套管（传感器（19））相切或沿径向（传感器（20））或者甚至于沿中间方向（传感器21）。这些中间方向可包括在横截平面内，如图9所示，甚或相对于这一平面倾向顶部或底部。在一给定位置上，有可能安装一个具有3个取向为互相正交的定向传感器的盒子（22）。

同样也可能安装可以测定地震信号进来的方向的传感器。为此，在一给定的横截平面内的外壳上的周围安装几个定向传感器（23），它们彼此相隔120°角。根据图10的实施例的方式，传感器的轴置成径向的，但并不一定如此，同样可以将传感器的轴倾向横截平面，或者倾向钻井顶端或者倾向底端，倾斜角可以是任何数值。

在最通常的组合方式中，地震传感器组可包括几组沿着套管的部分划分的传感器，每一组包括多个传感器，可以是定向的，并安装在套管的周围。

举例而言，实施例的一种方式是几个定向传感器与套管相连接并包括（图12和13）与固定在包括一个或多个插座的衬套上。每一个衬套有两个母底板（28，29），所述母底板（28，29）将套管封住并用螺栓（其轴线以号码（30）表示）互相连在一起。衬套是非对称的。最厚的一块母底板（28）包括三个圆柱形插座（31），（32），（33），它们的轴线沿三个正交的方向，即，两个在一个水平面内，第三个与套管（2）的轴线相平行。每一插座由一封口盖（34）关上，一个双线导线（35）与每一地音探测器（36）相连接。常规装置（未画出）与盖（34）相连接以便保证导线过道（35）的不渗透性。

每一具有三个插座的衬套可由三个具有较短长度的衬套取代，后一种衬套每一个包括一个插座，诸如（31）或（32），它们的轴线在一个横截面内，或一个诸如（33）的插座，其轴线与套管（2）平行，在一个横截面内改变地音探测器的方向是轻而易举的，只要使衬套（28）相对于套管转动即可。

Claims (8)

1、一种在生产石油流体并包含一个用水泥嵌入的套管(2)的井(1)中安装地震传感器的方法，其特征包括，在浇注水泥之前在套管(2)与井(1)的井壁之间的套管(2)外部的不同深处安装地震传感器，通过连接导线使传感器与地面相连，在浇注水泥期间把地震传感器嵌入水泥中，由此，由水泥使所述地震传感器与周围地质构造相连，以确保监视油井的生产。

2、如权利要求1所述方法，籍此方法，套管（2）的外部具有控制装置（12，14）其特征在于，地震传感器固定在控制装置上，连接导线通过夹紧装置与套管的外壁贴紧。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，控制装置（14）是非对称的，这样，套管（2）可以至少是它的长度的几分之一的距离移向井的一侧，地震传感器安装在套管外面所述一侧的对面一侧。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，套管的横截面在它的长度的一部分（15）缩小，地震传感器安装在套管的缩小部分。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，定向传感器（19，20，21）被使用，并且在每一深度处，至少有一个定向传感器。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，每一层深处安装有几个传感器（22）以便能接收沿几个轴的方向的极性波。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于定向传感器（23）安装在套管（2）的外部周围。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在传感器和套管之间有一层阻尼材料（16）。

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