CN103061746A - 油气井井下套管串分布式光缆全程在线应力检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井井下套管柱应力检测装置技术领域，是一种油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其包括布里渊光时域分析仪、联入式检测短节和至少四根的套管；在其中至少两对相邻套管之间固定安装有联入式检测短节，剩余相邻套管通过接箍固定安装在一起。本发明在对井下套管柱进行应力测试的过程中，具有能够检测弹性范围内的变形量、能够对正常服役的套管柱进行在线应力检测和能够对井下全井深套管柱上的应力进行检测的特点，极大地提高了检测效率和检测范围，从而帮助技术人员能够根据所获得的应力信息，优化区块井下套管实际需求的钢级和壁厚，有利于人们有效判断井下服役套管柱的安全性，最终降低了油气井开发与生产的综合成本。

Description

油气井井下套管串分布式光缆全程在线应力检测装置

技术领域

本发明涉及油气井井下套管柱应力检测装置技术领域，是一种油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置。

背景技术

目前，油气井井下套管柱的应变与应力检测技术主要包括MFC多臂井径检测技术、超声波井下成像检测技术和磁法检测技术，以上检测技术只能对井下油气井套管柱永久性的塑性变形量进行检测，而对于套管柱在弹性范围内的变形量无法进行检测，并且无法应用于正常服役油气井套管柱的应变检测与应力检测。同时，采用以上检测技术必须在油气井眼内下入仪器，从而中断了油气井的正常生产，传统套管柱应力检测技术具有以下特点：“点式”测量、无法精确定位、采用电测传感器易受电磁干扰、测量距离短、后期维护工作量大。较新的应力检测技术为井下套管柱光缆-光栅测试技术，它是以光栅为系统检测元件，以光缆为信息传输通道，对井下服役套管柱的应力进行检测，其特点是通过光栅只能检测到光栅安装点的套管柱应力信息，无法检测井下全井深套管柱上的应力信息，造成技术人员不能根据所获得的应力信息，优化区块井下套管实际需求的钢级和壁厚，从而影响人们对井下服役的套管柱安全性的有效判断，只能在井下套管柱设计时大幅提高套管的钢级和壁厚，这样就增加了油气井开发与生产的综合成本。

发明内容

本发明提供了一种油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有油气井井下套管柱应力检测装置在实际使用过程中存在的无法检测弹性范围内的变形量、无法对正常服役的套管柱进行在线应力检测、无法对井下全井深套管柱上的应力进行检测的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，包括布里渊光时域分析仪、联入式检测短节和至少四根的套管；在其中至少两对相邻套管之间固定安装有联入式检测短节，剩余相邻套管通过接箍固定安装在一起，在套管、联入式检测短节和接箍外侧固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，其中一根轴向光缆的一段呈螺旋状缠绕固定在套管上，每根轴向光缆的一端与布里渊光时域分析仪的泵浦光端口连接在一起，每根轴向光缆的另一端与布里渊光时域分析仪的连续光端口连接在一起。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述轴向光缆可为两根，一根轴向光缆与另一根轴向光缆间隔九十度分布在套管、联入式检测短节和接箍上。

上述一根轴向光缆的一段呈螺旋状缠绕并通过固结剂固定在套管上，其旋升角可为四十五度。

上述联入式检测短节可包括本体；在本体的内侧有通孔，在本体的中部有外凸台，在外凸台上圆周分布有至少四个的轴向检测光缆埋入槽，轴向光缆通过固结剂固定安装在轴向检测光缆埋入槽内。

上述在本体的上端可有锥形内螺纹，在本体的下端有锥形外螺纹，外凸台的上部呈上窄下宽的锥台形，外凸台的下部呈上宽下窄的锥台形，轴向检测光缆埋入槽的底部呈圆弧状。

上述在接箍外侧可有光缆过接箍保护器，该光缆过接箍保护器包括左半环和右半环；左半环和右半环通过紧固装置固定安装在一起，左半环和右半环的中部内壁上分别有径向并且能够相互连通的接箍环槽，在左半环和右半环组成的圆环内壁上间隔分布有至少四个的与轴向检测光缆埋入槽对应的轴向光缆槽。

上述左半环和右半环的上端前侧和后侧分别可有凹槽，左半环和右半环的下端前侧和后侧分别有凹槽，与凹槽对应的左半环和右半环通过紧固装置固定在一起，紧固装置为紧固螺栓，与凹槽对应的左半环和右半环上分别有螺纹安装孔，紧固螺栓固定安装在螺纹安装孔内，左半环和右半环的前端外侧和后端外侧分别有倒角。

上述在套管外侧可通过光缆固定器固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，该光缆固定器为应力测试光缆固定保护器，应力测试光缆固定保护器包括两个半环体和固定装置，半环体通过固定装置固定在一起，半环体内侧沿圆周分布有不少于四个的与轴向检测光缆埋入槽对应的轴向光缆固定槽。

上述固定装置可为螺栓和螺母或固定螺栓，在两个半环体的上端前侧和后侧分别有环体凹槽，在两个半环体的下端前侧和后侧分别有环体凹槽，半环体的两个端部均外侧有倒角。  

上诉在套管外侧可通过光缆固定器固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，该光缆固定器为固定式应力测试卡箍，固定式应力测试卡箍包括左半卡环和右半卡环；左半卡环和右半卡环分别为开口相对的半圆形环体，左半卡环与右半卡环的上端和下端分别固定连接在一起并形成圆环，在左半卡环与右半卡环的内侧前部分别有相互对应的内凸台，在圆环的内侧圆周分布有至少四个的与轴向检测光缆埋入槽对应的的轴向光缆安装槽。

上述在左半卡环的上端和下端分别可有左水平卡槽，与左水平卡槽对应的右半卡环的上端和下端分别有右水平卡槽，在左水平卡槽右侧的左半卡环上和右水平卡槽左侧的右半卡环上分别有相互对应的连接通孔，在左水平卡槽内分别安装有连接螺栓，连接螺栓的右端分别穿过连接通孔并通过连接螺母固定在右水平卡槽内。

上述固结剂可为聚酯胶，固结剂为耐高温胶。

本发明在对井下套管柱进行应力测试的过程中，具有能够检测弹性范围内的变形量、能够对正常服役的套管柱进行在线应力检测和能够对井下全井深套管柱上的应力进行检测的特点，极大地提高了检测效率和检测范围，从而帮助技术人员能够根据所获得的应力信息，优化区块井下套管实际需求的钢级和壁厚，有利于人们有效判断井下服役套管柱的安全性，最终降低了油气井开发与生产的综合成本。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中A-A向的套管柱和光缆的剖视结构示意图。

附图3为联入式检测短节的主视半剖视结构示意图。

附图4为附图3中B-B向的剖视结构示意图。

附图5为光缆过接箍保护器的主视局部剖视结构示意图。

附图6为附图5的右视局部剖视结构示意图。

附图7为应力测试光缆固定保护器的主视局部剖视结构示意图。

附图8为附图7的右视局部剖视结构示意图。

附图9为固定式应力测试卡箍主视结构示意图。

附图10为附图9中的C-C向局部剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为布里渊光时域分析仪，2为套管，3为联入式检测短节，4为光缆过接箍保护器，5为光缆固定器，6为轴向光缆，7为轴向检测光缆埋入槽，8为本体，9为通孔，10为外凸台，11为左半环，12为右半环，13为接箍环槽，14为轴向光缆槽，15为凹槽，16为紧固螺栓，17为半环体，18为轴向光缆固定槽，19为固定螺栓，20为环体凹槽，21为连接螺母，22为左半卡环，23为右半卡环，24为内凸台，25为轴向光缆安装槽，26为连接螺栓。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所示，该油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置包括布里渊光时域分析仪1、联入式检测短节3和至少四根的套管2；在其中至少两对相邻套管2之间固定安装有联入式检测短节3，剩余相邻套管2通过接箍固定安装在一起，在套管2、联入式检测短节3和接箍外侧固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆6，其中一根轴向光缆6的一段呈螺旋状缠绕固定在套管2上，每根轴向光缆6的一端与布里渊光时域分析仪1的泵浦光端口连接在一起，每根轴向光缆6的另一端与布里渊光时域分析仪1的连续光端口连接在一起。根据实际需要将联入式检测短节3联入到井下套管2中的任意位置；轴向光缆6和呈螺旋状的轴向光缆6能够获得井下套管2上测试段上的轴向应力值、环向应力值和径向应力值。

可根据实际需要，对上述油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，轴向光缆6为两根，一根轴向光缆6与另一根轴向光缆6间隔九十度分布在套管2、联入式检测短节3和接箍上。

如附图1、2所示，一根轴向光缆6的一段呈螺旋状缠绕并通过固结剂固定在套管2上，其旋升角为四十五度。

如附图3、4所示，联入式检测短节3包括本体8；在本体8的内侧有通孔9，在本体8的中部有外凸台10，在外凸台10上圆周分布有至少四个的轴向检测光缆埋入槽7，轴向光缆6通过固结剂固定安装在轴向检测光缆埋入槽7内。埋入轴向检测光缆埋入槽7的轴向光缆6直接检测到井下环境中套管2的应力值，这样检测到的套管2的应力值为最精确的应力值，以此值为基准，对套管2外侧铺设光缆的检测值进行修订，这样就提高了井下光缆对套管2应力的检测精度。

如附图3、4所示，在本体8的上端有锥形内螺纹，在本体8的下端有锥形外螺纹，外凸台10的上部呈上窄下宽的锥台形，外凸台10的下部呈上宽下窄的锥台形，轴向检测光缆埋入槽7的底部呈圆弧状。

如附图5、6所示，在接箍外侧有光缆过接箍保护器4，该光缆过接箍保护器4包括左半环11和右半环12；左半环11和右半环12通过紧固装置固定安装在一起，左半环11和右半环12的中部内壁上分别有径向并且能够相互连通的接箍环槽13，在左半环11和右半环12组成的圆环内壁上间隔分布有至少四个的与轴向检测光缆埋入槽7对应的轴向光缆槽14。通过光缆过接箍保护器4对光缆的保护作用，使得固定安装在接箍处的光缆与井壁隔离，免受损坏。套管2接箍处有凸台，通过设计接箍环槽13，当左半环11和右半环12安装在套管2上的接箍处时，使凸台位于接箍环槽13内，采用接箍环槽13的结构与套管2接箍卡装，使得光缆过接箍保护器4与套管2接箍定位、连接的结构简单，功能可靠；通过将轴向光缆槽14布置在左半环11和右半环12的内壁上，使套管2接箍处铺设的光缆与井壁完全隔离，确保了下套管2过程中，接箍处光缆的安全。

如附图5、6所示，左半环11和右半环12的上端前侧和后侧分别有凹槽15，左半环11和右半环12的下端前侧和后侧分别有凹槽15，与凹槽15对应的左半环11和右半环12通过紧固装置固定在一起，紧固装置为紧固螺栓16，与凹槽15对应的左半环11和右半环12上分别有螺纹安装孔，紧固螺栓16固定安装在螺纹安装孔内，左半环11和右半环12的前端外侧和后端外侧分别有倒角。

如附图7、8所示，在套管2外侧通过光缆固定器5固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆6，该光缆固定器5为应力测试光缆固定保护器，应力测试光缆固定保护器包括两个半环体17和固定装置，半环体17通过固定装置固定在一起，半环体17内侧沿圆周分布有不少于四个的与轴向检测光缆埋入槽7对应的轴向光缆固定槽18。通过光缆固定器5的固定作用能够保证光缆的铺设方位、旋升角等参数符合设计要求。

如附图7、8所示，固定装置为螺栓和螺母或固定螺栓19，在两个半环体17的上端前侧和后侧分别有环体凹槽20，在两个半环体17的下端前侧和后侧分别有环体凹槽20，半环体17的两个端部均外侧有倒角。

如附图9、10所示，在套管2外侧通过光缆固定器5固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆6，该光缆固定器5为固定式应力测试卡箍，固定式应力测试卡箍包括左半卡环22和右半卡环23；左半卡环22和右半卡环23分别为开口相对的半圆形环体，左半卡环22与右半卡环23的上端和下端分别固定连接在一起并形成圆环，在左半卡环22与右半卡环23的内侧前部分别有相互对应的内凸台24，在圆环的内侧圆周分布有至少四个的与轴向检测光缆埋入槽7对应的的轴向光缆安装槽25。在套管2从井口下入时，可在任意需要测量的部位安装左半卡环22和右半卡环23，通过圆环前部的内凸台24卡固在套管2外侧，测试光缆套装在轴向光缆安装槽25内，使用方便；当套管2在圆环的后部内发生弹性弯曲变形时，测试光缆能够测量出套管2的弹性弯曲变形，为套管2的变形提供早期的判断和维护。

如附图9、10所示，在左半卡环22的上端和下端分别有左水平卡槽，与左水平卡槽对应的右半卡环23的上端和下端分别有右水平卡槽，在左水平卡槽右侧的左半卡环22上和右水平卡槽左侧的右半卡环23上分别有相互对应的连接通孔9，在左水平卡槽内分别安装有连接螺栓26，连接螺栓26的右端分别穿过连接通孔9并通过连接螺母21固定在右水平卡槽内。

如附图1、2、3、4所示，固结剂为聚酯胶，固结剂为耐高温胶。

根据需要，布里渊光时域分析仪1与轴向光缆6之间安装有光缆接线盒。

根据需要，内凸台24为环形内凸台，圆环的外侧呈中间宽两边窄的锥台形。便于套管2在安装左半卡环22和右半卡环23形成的圆环的情况下通过井口下入井内。

本发明应用于油气井井下服役套管柱的应力在线检测，相比目前使用的MFC多臂井径、超声波井下成像和磁法检测技术，无需中断油气井的正常生产作业，具有在线、实时和全过程的特点，检测的井下套管柱应力数据更完整、全面。相比最新发展的井下套管柱光缆-光栅测试技术，分布式光缆井下服役套管柱应力检测可以获得全井深套管柱的应力检测数据，比井下套管柱光缆-光栅测试技术获得的点状套管柱应力数据具有更好的使用价值。

Claims (10)

1.一种油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于包括布里渊光时域分析仪、联入式检测短节和至少四根的套管；在其中至少两对相邻套管之间固定安装有联入式检测短节，剩余相邻套管通过接箍固定安装在一起，在套管、联入式检测短节和接箍外侧固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，其中一根轴向光缆的一段呈螺旋状缠绕固定在套管上，每根轴向光缆的一端与布里渊光时域分析仪的泵浦光端口连接在一起，每根轴向光缆的另一端与布里渊光时域分析仪的连续光端口连接在一起。

2.根据权利要求1所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于轴向光缆为两根，一根轴向光缆与另一根轴向光缆间隔九十度分布在套管、联入式检测短节和接箍上。

3.根据权利要求1或2所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于一根轴向光缆的一段呈螺旋状缠绕并通过固结剂固定在套管上，其旋升角为四十五度。

4.根据权利要求1或2或3所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于联入式检测短节包括本体；在本体的内侧有通孔，在本体的中部有外凸台，在外凸台上圆周分布有至少四个的轴向检测光缆埋入槽，轴向光缆通过固结剂固定安装在轴向检测光缆埋入槽内。

5.根据权利要求4所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于在本体的上端有锥形内螺纹，在本体的下端有锥形外螺纹，外凸台的上部呈上窄下宽的锥台形，外凸台的下部呈上宽下窄的锥台形，轴向检测光缆埋入槽的底部呈圆弧状。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于在接箍外侧有光缆过接箍保护器，该光缆过接箍保护器包括左半环和右半环；左半环和右半环通过紧固装置固定安装在一起，左半环和右半环的中部内壁上分别有径向并且能够相互连通的接箍环槽，在左半环和右半环组成的圆环内壁上间隔分布有至少四个的与轴向检测光缆埋入槽对应的轴向光缆槽。

7.根据权利要求6所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于左半环和右半环的上端前侧和后侧分别有凹槽，左半环和右半环的下端前侧和后侧分别有凹槽，与凹槽对应的左半环和右半环通过紧固装置固定在一起，紧固装置为紧固螺栓，与凹槽对应的左半环和右半环上分别有螺纹安装孔，紧固螺栓固定安装在螺纹安装孔内，左半环和右半环的前端外侧和后端外侧分别有倒角。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于在套管外侧通过光缆固定器固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，该光缆固定器为应力测试光缆固定保护器，应力测试光缆固定保护器包括两个半环体和固定装置，半环体通过固定装置固定在一起，半环体内侧沿圆周分布有不少于四个的与轴向检测光缆埋入槽对应的轴向光缆固定槽；或/和，固定装置为螺栓和螺母或固定螺栓，在两个半环体的上端前侧和后侧分别有环体凹槽，在两个半环体的下端前侧和后侧分别有环体凹槽，半环体的两个端部均外侧有倒角。

9.根据权利要求1至7中的任意一项所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于在套管外侧通过光缆固定器固定安装有至少二根分别呈U形并轴向对称的轴向光缆，该光缆固定器为固定式应力测试卡箍，固定式应力测试卡箍包括左半卡环和右半卡环；左半卡环和右半卡环分别为开口相对的半圆形环体，左半卡环与右半卡环的上端和下端分别固定连接在一起并形成圆环，在左半卡环与右半卡环的内侧前部分别有相互对应的内凸台，在圆环的内侧圆周分布有至少四个与轴向检测光缆埋入槽对应的轴向光缆安装槽；或/和，左半卡环的上端和下端分别有左水平卡槽，与左水平卡槽对应的右半卡环的上端和下端分别有右水平卡槽，在左水平卡槽右侧的左半卡环上和右水平卡槽左侧的右半卡环上分别有相互对应的连接通孔，在左水平卡槽内分别安装有连接螺栓，连接螺栓的右端分别穿过连接通孔并通过连接螺母固定在右水平卡槽内。

10.根据权利要求3至11中的任意一项所述的油气井井下套管柱分布式光缆全程在线应力检测装置，其特征在于固结剂为聚酯胶，固结剂为耐高温胶。

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