CN105051326B - 结合萨尼亚克干涉仪的高数据速率遥测脉冲探测 - Google Patents

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Abstract

一种示例性遥测信号探测设备可包括分光器、光学耦合至所述分光器的光源和光学耦合至所述分光器的光探测器。所述设备可进一步包括光学耦合至所述分光器的参照环和光学耦合至所述参照环和所述分光器的传感器环。所述参照环可容纳在参照环外壳内。所述传感器环和所述参照环可包括具有折叠光纤或双光纤电缆构造的零面积萨尼亚克环。

Description

结合萨尼亚克干涉仪的高数据速率遥测脉冲探测
相关申请案的交叉参考
本申请案要求标题为“Improved Sagnac Pulse Detection System”且于2013年5月2日申请的美国临时申请案第61/818,683号的优先权，其完整内容为了所有目的以引用的方式并入本文中。
背景技术
地下钻井系统可使用遥测系统来将遥测数据从地下工具传输至定位于地面的信息处置系统。这些遥测系统可包括泥浆脉冲遥测系统，所述泥浆脉冲遥测系统在钻井流体流中产生压力脉冲。压力脉冲可在地面探测。在特定实例中，遥测系统可能需以高数据速率传输，其可能要求来自遥测系统的高比特率传输和地面的高效脉冲探测。一个示例性脉冲探测机构是萨尼亚克(Sagnac)干涉仪，其可通过产生具有预定波长的光信号，使光信号传输穿过光纤环并且探测所产生的相干光相移而提供有关光纤环中的干扰或振动的信息。但是，其典型的萨尼亚克干涉仪对环境噪声和振动敏感，其可能降低它们探测高比特率压力脉冲的能力。
附图说明
可通过部分参考下文描述和附图了解本公开的一些具体示例性实施方案。
图1是图示根据本公开的方面的示例性钻井系统的图。
图2是图示根据本公开的方面的萨尼亚克环干涉仪的示例性光学架构的图。
图3是根据本公开的方面的示例性参照环的图。
图4示出根据本公开的方面的光纤折叠环隆起的示例性原型。
图5A图示根据本公开的方面的萨尼亚克环干涉仪的实例。
图5B图示根据本公开的方面的萨尼亚克环干涉仪的实例。
虽然已参考本公开的示例性实施方案描绘和描述并且定义本公开的实施方案，但是这种参考不暗示对本公开的限制，且不推断这种限制。如相关领域技术人员且受益于本公开的技术人员将想到，所公开标的能够具有形式及和功能上的大修改、更改和等效物。所描绘和描述的本公开的实施方案只是实例，且并非详尽叙述本公开的范围。
具体实施方式
本公开涉及在钻井操作期间引致的动态不稳定存在的情况下将萨尼亚克干涉仪用于探测传感环的小长度或介电常数变动，且更具体地涉及使用萨尼亚克干涉仪的高数据速率遥测脉冲探测。
为了本公开的目的，信息处置系统可包括任何仪器或仪器的集合，其可操作以计算、分类、处理、传输、接收、检索、起源、切换、存储、显示、证明、探测、记录、再现、处置或利用任何形式的信息、智能或数据用于商业、科学、控制或其它目的。例如，信息处置系统可为个人计算机、网络存储装置或任何其它适当装置且可在大小、形状、性能、功能和价格上变动。信息处置系统可包括随机访问存储器 (RAM)、一个或更多个处理资源，诸如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑、ROM和/或其它类型的非易失性存储器。信息处置系统的额外组件可包括一个或更多个磁盘驱动器、用于与外部装置以及各种输入和输出(I/O)装置(诸如键盘、鼠标和视频显示器) 通信的一个或更多个网络端口。信息处置系统也可包括一个或更多个总线，其可操作以在各种硬件组件之间传输通信。它也可包括能够将一个或更多个信号传输至控制器、致动器或类似装置的一个或更多个接口单元。
为了本公开的目的，计算机可读媒体可包括任何仪器或仪器的集合，其可保持数据和/或指令达一定时间段。计算机可读媒体可包括例如，但不限于存储媒体，诸如直接访问存储装置(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序访问存储装置(例如，磁带磁盘驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)和/或快闪存储器；以及通信媒体，诸如电线、光纤、微波、无线电波和其它电磁和/或光学载体；和/或上述项目的任何组合。任一个上述计算机可读媒体可存储一组指令，所述执行在被可通信地耦合至媒体的处理器执行时导致所述处理器执行行动的特定步骤。
本文中详细描述本公开的说明性实施方案。为简明起见，可不在本说明书中描述实际实施的所有特征。当然将了解在任何这种实际实施方案的开发中，必须作出许多实施特定决策以实现特定实施目标，所述实施目标将随实施而变动。此外，将了解这样一种开发努力可能是复杂且耗时的，但只是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规职责。
为了方便更好地理解本公开，给出特定实施方案的下列实例。下列实例绝不应被解读为限制或界定本公开的范围。本公开的实施方案可适用于钻井操作，其包括但不限于任何类型的地下地层中的目标 (诸如相邻井)跟踪、目标交叉、目标定位、钻双井(诸如在SAGD (蒸汽辅助重力排水)井结构中)、用于井喷井的钻井减压井、过江、施工穿隧以及水平、垂直、斜、分支、u管连接、交叉、旁路(绕过中等深度卡钻钻且返回至下方井中)或其它非线性井筒。实施方案可适用于注入井、增产井和生产井，包括自然资源生产井，诸如硫化氢、烃类或地热井；以及用于过江穿隧和用于近地面施工目的的其它这种穿隧钻孔或用于运送诸如烃类的流体的钻孔u管管线的钻孔施工。下文参考一个实施描述的实施方案不旨在限制。
现代石油钻井和生产操作需要有关井下参数和条件的信息。存在用于井下信息收集的数种方法，包括随钻测井(“LWD”)和随钻测量 (“MWD”)。在LWD中，数据通常在钻井过程期间收集，由此避免移除钻井系统来插入电缆测井工具的任何需要。LWD因此允许钻机进行准确的实时修改或校正以优化性能，同时使停工期最小化。MWD 是用于在钻井继续的同时，测量有关钻井组合件的移动和位置的井下条件的术语。LWD更侧重于地层参数测量。虽然MWD与LWD之间可能存在不同，但是术语MWD和LWD通常可互换地使用。为了本公开的目的，术语LWD将在理解本术语涵盖地层参数的收集和有关钻井组合件的移动和位置的信息的收集的情况下使用。
如本文中所使用的术语“耦合(couple或couples)”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦合至第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接机械或电连接。类似地，如本文中所使用的术语“可通信地耦合”旨在意指直接或间接通信连接。这种连接可为有线或无线连接，诸如，例如以太网或LAN。因此，如果第一装置可通信地耦合至第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接通信连接。如本文中所使用的不定冠词“一个(a或an)”在本文中被定义来意指它所介绍的一个或多个元件。如本文中所使用的术语“井口”意指沿着钻柱或钻孔从末端朝向地面，且如本文中所使用的“井下”意指沿着钻柱或钻孔从地面朝向末端。
图1是图示根据本公开的方面的示例性钻井系统100的图。在所示的实施方案中，系统100包括被安装在钻台104上的井架102，所述钻台104通过支撑件110与地层108的地面106接触。地层108可由多个岩层108a至e组成，每个岩层可由具有不同特性的岩石类型组成。至少一些岩层可为多孔的且含有集获的液体和气体108a至e。虽然系统100包括“陆地上”钻井系统，其中钻台104在地面上或附近，但是类似的“海上”钻井系统也是可能的，且可以钻台104与地面106 分开达一定体积的水为特征。
井架102可包括游车112，所述游车112用于在地层108中抬高或放低被安置在钻孔116内的钻柱114。马达118可控制游车112和因此钻柱114的位置。水龙头120可连接在游车112与方钻杆122之间，其在钻柱114通过转盘124被放低时支撑钻柱114。钻头126可经由井底组合件(BHA)160被耦合至钻柱114，且由井下马达(未示出)和/或通过转盘124旋转钻柱114而驱动。当钻头126旋转时，它形成钻孔116，所述钻孔116穿过地层108的一个或更多个岩层或层。
钻柱114可向下延伸穿过钟形导向短节128、防喷器(BOP)130 和井口132至钻孔116中。井口132可包括延伸至钻孔116中的部分。在特定实施方案中，井口132可使用水泥固定在钻孔116内。BOP 130 可耦合至井口132和钟形导向短节128，且可与钟形导向短节128协作以防止来自地层108和钻孔116的过量压力在地面106上释放。例如，BOP 130可包括闸板型BOP，其在井喷的情况下闭合钻柱114 与钻孔116之间的环空。
在钻井操作期间，钻井流体(诸如钻井泥浆)可被泵入钻孔116，且从钻孔116接收。具体地，钻井系统包括泥浆泵134，所述泥浆泵 134可在水龙头120处通过一个或更多个流体导管(包括流管140、立管142和方钻杆软管144)将钻井流体从储层136泵送穿过吸入管线138进入钻柱114中。如本文中所使用，流体导管可包括任何管、软管或钻井流体可流动穿过其中的一般流道。一旦在水龙头120处引入，钻井泥浆接着可向井下流动穿过钻柱114和BHA160，在钻头 126处离开，且在无套管实施方案中向上返回穿过钻柱114与钻孔116 之间的环空146，或在下套管钻孔实施方案中向上返回穿过钻柱114 与套管(未示出)之间的环空146。虽然在钻孔116中，但钻井泥浆可捕获来自地层108的流体和气体，以及由与地层108接合的钻头 126产生的颗粒或岩屑。在经由钟形导向短节128离开环空146之后，钻井流体可接着通过回流管线148流动至流体处理机构150和152。
BHA 160包括具有可捕获对应于地层108和/或钻井系统100的测量的一个或更多个传感器的LWD/MWD工具162。BHA 160进一步包括耦合至LWD/MWD工具162的遥测系统164。在特定实施方案中，遥测系统164可接收来自LWD/MWD工具162的测量且将对应于所接收测量的遥测数据传输至地面106。在所示的实施方案中，遥测系统164可包括具有控制器的泥浆脉冲发生器，所述控制器接收来自LWD/MWD工具162的测量且以循环钻井流体内的压力信号166 的形式将对应于测量数据的遥测数据传输至地面106。压力信号166 可包括压力脉冲，其在钻柱114内向上行进且朝向泵134行进穿过方钻杆122、方钻杆软管144、立管142和管140。
压力信号166可在一个或更多个脉冲探测器168处接收。在所示的实施方案中，脉冲探测器168被示为耦合至系统100的流体导管(方钻杆122、立管142和流管140)，但是脉冲探测器168可被定位在钻井系统内的任何位置，其中它们将暴露于压力脉冲166。脉冲探测器 168可被可通信地耦合至定位在地面上的信息处置系统170，诸如通过有线或无线通信通道。信息处置系统170可从脉冲探测器168接收对应于压力脉冲166的输出信号，且至少部分基于输出信号从 LWD/MWD工具162推断测量数据。虽然示出三个探测器168，但是根据本公开的方面的钻井系统可包括一个或更多个脉冲探测器。
根据本公开的方面，至少一个脉冲探测器168可包括光学组件 (诸如光纤)的环，其绕流体导管缠绕且含压力信号166。在特定实施方案中，光学组件环可包括萨尼亚克环且可用作萨尼亚克环干涉仪的部分以通过沿着具有附带连接引线的包括压力脉冲感测区段和光信号延迟区段的不对称光学组件环在相反方向上路由光而感测流体导管内的压力脉冲。光可在探测器处再组合，其中所形成的干涉图案可被探测，且沿着整个环测量干扰的聚合。所产生的测量可提供有关位于萨尼亚克干涉仪的环内的对应于压力信号166的物理干扰或振动的信息。
图2是图示根据本公开的方面的示例性萨尼亚克环干涉仪200的图，其可被并入类似于上文描述的脉冲探测系统中。干涉仪200可包括光源202，其通过光路206光学耦合至分光器204。如本文中所使用，光路可包括光纤或能够将光从一端传输至另一端的其它介质。分光器204可包括光纤耦合器。术语光耦合和其变型可指其中可在光学耦合的两个元件之间传输光的耦合。光源202可为激光、发光二极管 (LED)或适于穿过光路发送光的任何其它光源。在所示的实施方案中，分光器204包括四根引线204a至d且光源202在引线204a处耦合至分光器204。引线204b和204c可通过包括光路210、参照环212、传感器环208和光路214的不对称光学组件环光学耦合。具体地，引线204b可通过光路210光学耦合至参照环212，参照环212可光学耦合至传感器环208，且传感器环208可通过光路214光学耦合至引线204c，形成引线204b与204c之间的闭合萨尼亚克环。传感器环 208构成上述萨尼亚克环的传感器区段，且可包括类似于光路的光纤的光纤圈或环。参照环212可具有类似构造且构成光信号延迟区段，所述光信号延迟区段充当萨尼亚克环内的延迟形成不对称性。干涉仪 200可进一步包括在引线204d处通过光路218耦合至分光器204的光探测器216。
在使用中，光源202可产生光波或光束，所述光波或光束在分光器204处被分为两道或更多道波，一部分通过引线204b离开，且另一部分同时通过引线204c离开。穿过引线204b离开的光波可在引线 204c处接收，由此在参考图2的大致顺时针方向上行进。穿过引线 204c离开的光波可在引线204b处接收，由此在参考图2的大致逆时针方向上行进。在下文描述中，在大致顺时针方向上行进的光波将被称作顺时针波，且在大致逆时针方向上行进的光可被称作逆时针波。这些方向并非限制，仅指图2中所示的定向，且不具体指光可行进穿过个别光学元件(诸如传感器环208和参照环212)的方向。
如上所述，传感器环208可绕钻井系统内的流体导管缠绕以感测对应于遥测数据的压力脉冲。当压力脉冲或其它干扰未存在于传感器环208内时，顺时针光波和逆时针光波可分别实质上同时且实质上以相同形式从引线204b行进至引线204c，且从引线204c行进至引线 204b。当在分光器204处被接收时，顺时针光波和逆时针光波在被再组合时可同相，且再组合光可具有诸如相位、色彩、强度等的特性，其类似于由光源202传输的光波的特性或考虑干涉仪的操作原理和物理限制的一组预期特性。当压力脉冲或其它干扰存在于传感器环 208内时，它可能通过伸展环208的光纤或通过影响光纤的介电常数 /折射率而改变环208的光纤密度而赋予传感器环208内的临时物理变化。物理变化可能更改逆时针波穿过传感器环208的光行时间，由此相对于顺时针波更改逆时针波的相位。逆时针波在它行进穿过传感器环208时的任何失真将被介入在顺时针波上，所述顺时针波由于参照环212所导致的延迟而在逆时针波后行进穿过传感器环208。失真的顺时针波和逆时针波可在不同时间到达分光器204，基于顺时针波和逆时针波的瞬时相差形成光强度变化。影响使波传播穿过传感器环 208的压力脉冲或其它环境变动可从这些波和所产生的光强度波动推断。在特定实施方案中，光路210和214可包括消偏器，诸如立奥 (Lyot)消偏器，以扰乱顺时针波和逆时针波的偏振，且确保失真波之间的相长或相消干涉不被顺时针波和逆时针波中的失真光偏振倾斜或减弱。
光探测器216可接收再组合光且产生对应于再组合光的输出信号。在特定实施方案中，可通信地耦合至光探测器216的信息处置系统(未示出)可基于存储在信息处置系统内的一组可执行指令，接收来自光探测器216的输出信号，从输出信号确定再组合光的特性(例如，强度)且比较再组合光的所确定特性与所传输光的相应特性或如上文描述考虑干涉仪200的物理限制的再组合光的相应预期特性。如果再组合光的所确定特性与所传输光的相应特性或再组合光的相应预期特性不同，那么它可指示诸如压力脉冲的干扰存在于传感器环 208内。
参照环212可充当逆时针波的传感器环208内生失真的延迟，使得顺时针波和逆时针波可在不同时间且因此以不同相位到达分光器，导致再组合光的强度的波动。但是，参照环212可能像传感器环208 一样对环境噪声、振动和其它干扰敏感，且参照环212处的这些干扰可能延迟或另外类似于波在传感器环208内被延迟或影响的方式更改顺指针和/或逆时针波。因此，参照环212内的这些干扰可类似于传感器环208内的干扰更改再组合光的特性，增加不确定性和噪声，其减小干涉仪200在探测在传感器环208所覆盖的区域中发生的干扰时的有效性。如下文将描述，为了改进性能，参照环212可包括双折环，其使参照环212可能产生的相变量最小化。
根据本公开的方面，如果参照环212定位在参照环外壳220内，那么性能可进一步改进，其可保护参照环212不受环境噪声和振动影响，所述环境噪声和振动产生与传感器环208内的变化无关的相位变化。外壳220可包括密封、气密和/或水密外壳，其保护参照环212不受环境影响。外壳220可由金属或塑料制成，且在特定实施方案中，弹性体或其它软覆盖物可用于减小外部振动，使其不进入系统且导致参照圈212中的变化。此外，外壳220可填充弹性体或蜡材料以阻尼外部振动使其不冲击参照圈212。在所示的实施方案中，外壳包括光连接器222和224，参照环外壳220内的光学元件可通过所述光连接器222和224光学耦合至外部光学元件，而不打开或另外影响外壳 220的内容物。光连接器222和224可内建至外壳中以确保绕光连接器222和224形成适当密封。虽然连接器222和224被示为双连接器，但是两个单连接器可被安装在示出双连接器222和224的每个的位置处。
在所示的实施方案中，外壳220内的光学元件(包括分光器204、光路210和214和参照环212)可构成干涉仪200的参照模块226。光连接器222可用于将参照模块226光学耦合至包括光源202、光探测器216和光路216和218的干涉仪200的输入/输出模块228。相比之下，光连接器224可用于将参照模块226光学耦合至包括传感器环 208的传感器模块230。明显地，元件相对于外壳220的位置可被更改。例如，光源202和接收器216可连同其它组件一起在外壳220内，或它们可远离外壳，如所示。在特定实施方案中，光源202和接收器 216可在受控环境中容纳为与其余系统相距大距离，允许传感器环 208和参照环212在有害(爆炸)环境中使用，而不用担心电组件变为点火源。
根据本公开的方面，传感器环208可包括相对于光行进穿过环 208的相反方向上实际缠绕的部分。部分可包括单根光纤或两根光纤的末端，其拼接或另外接合在一起。在所示的实施方案中，传感器环 208包括具有第一末端234a和第二末端234b的单折光纤234。在所示的实施方案中，光纤234被对折(“双折”)，其中光纤的中间点232a 位于光纤234的环隆起区段232中。环隆起区段232可允许光纤234 在不破损、起折痕、过度弯曲或另外更改光学通道的情况下折叠。在特定实施方案中，限制板232b可定位在环隆起232内以维持环隆起232相对于光纤234的长度的半径和位置。限制板232b可由例如允许光纤的一定移动的软或柔性材料制成。虽然限制板232b被示为泪滴状，但是其它形状是可能的。
在光纤被折叠后，光纤的两端被固持为纵向、相邻对准且被缠绕为绕流体导管的开放轮廓环。明显地，行进穿过双折光纤234的光波可在经过中间点232a之前在第一旋转方向上穿过环，且在经过中间点232a后在第二、相反旋转方向上穿过环。因此，光纤234包括在相对于光行进穿过光纤234的相反方向上实际缠绕。基于中间点232a 在环隆起232内的位置，在两个方向上行进的光纤的长度可实质上相同。明显地，双折配置中的实际相反绕组可减小传感器环208对流体导管旋转的敏感性，允许传感器环208内的压力脉冲或其它干扰被准确感测。
在特定实施方案中，在相反方向上实际缠绕的传感器环208的部分可包括两根单独的光纤，其被固持为纵向平行配置中，在一端处拼接或接合在一起，且绕流体导管缠绕，使得两根光纤功能上与双折线的末端相同。在特定实施方案中，两根光纤可由单个护套内的第一光纤和第二光纤组成。在其它实施方案中，两根等长度光纤可包括双丝光纤内的两根丝。可使用以下方式在第一光纤与第二光纤之间路由光：例如耦合至每根光纤的个别连接器，耦合至两根光纤的一体化双孔隙光连接器、类似于上述环隆起232的短光学环隆起、锥形光纤匝 (诸如来自AFL的MiniBendTM)和下文讨论的耦合至两根光纤的立方反射镜，其示于图4中。当使用两根光纤或丝时，光可在第一光纤或丝上在第一旋转方向上行进穿过环，且在第二光纤或丝上在第二、相反旋转方向上穿过环。双光纤构造可在功能上与双折构造相同，且提供有关旋转不敏感性的类似优点。
在特定实施方案中，参照环212也可包括在相对于光行进穿过环 212的相反方向上实际缠绕的部分。例如，参照环212可包括固持为纵向平行配置且在一端处拼接或接合在一起的单根双折光纤或两根光纤或丝。但是，与绕流体导管缠绕的传感器环208不同，参照环 212的光纤可绕参照环核心(未示出)缠绕。在结合参照环212使用时，这些构造可减小参照环212对旋转移动的敏感性，由此减小由参照环212增加的信号噪声，尤其当结合外壳220使用以保护参照环 212不受其它环绕干扰影响时。如本文中所使用，术语环可指类似于图2所图示的圈，或其它配置诸如嵌套或球，其提供圈的延迟功能，同时仍减小干涉仪的旋转敏感性。
当实际相反绕组用作传感器环208和参照环212时，将引线204b 光学耦合至引线204c的元件(包括光路210、参照环212、传感器环 208和光路214)可被统称作零面积萨尼亚克环。一般来说，零面积萨尼亚克环概念的特征可为由光纤环的周边形成的表面，其中实际相反绕组形成闭环轮廓，其在光纤直径允许时导致接近零的表面积。零面积萨尼亚克环构造可实质上消除干涉仪和萨尼亚克环的每个组成元件对旋转的敏感性。
在特定实施方案中，干涉仪200对压力脉冲和干扰的敏感性可被利用来探测在钻井系统中使用的高数据速率遥测信号。例如，传感器环208可绕流体导管配置，其与被安置在地下地层中的钻孔内的遥测系统流体通信，如上文描述。绕流体导管配置传感器环208可包括绕导管缠绕光纤。光波可从光源202传输且被分为顺时针波和逆时针波，其穿过参照环外壳200(至少包括参照环212)行进至传感器环 208。顺时针波和逆时针波在行进穿过传感器环208后可在分光器204 处再组合且再组合波接收于光探测器216处。有关压力脉冲是否已行进穿过流体导管的确定可通过分析所接收光波而作出。分析可如上描述执行，包括确定所接收光的特性和比较所确定特性与对应于所传输光波的特性。虽然上文已参考钻井系统中的流体导管描述上述方法，但是零面积萨尼亚克环200可用于探测许多不同类型的流体导管中的脉冲或传感器环208可绕其缠绕的其它类型的元件中的干扰。此外，压力脉冲可被接收，且光强度可随时间而被特征化以从遥测信号推断数据。例如，从井下遥测系统传输的压力脉冲可包括在相位、振幅、频率等方面被调制的压力脉冲，其所有可能影响在干涉仪中的光探测器处接收的再组合光的特性(例如，强度)。对应于强度值的输出信号可被传输至如上所述的信息处置系统，其可解析经调制压力脉冲以推断所传输的遥测数据。
除上述双折和双光纤构造外，在相反方向上实际缠绕的参照环 212的部分可包括两个单独环。图3图示包括第一环301和第二环302 的示例性参照环300。在所示的实施方案中，第一环301和第二环302 绕平行配置的各自核心303和304在相反方向上缠绕。环301、302 可由单根光纤或由在核心303与304之间的中间点处拼接的两根单独光纤形成。环301、302可具有相同直径和长度的光纤，使得穿过每个的行进时间实际相同。在特定实施方案中，环301、302可绕单个核心缠绕，或核心303、304可接合在一起。
在所示的实施方案中，行进穿过第一环301的光可在绕核心303 的第一方向上行进，且行进穿过第二环302的光可在绕核心304的第二、相反方向上行进。因此，环301、302包括在相反方向上实际缠绕的参照环300的部分。在其它实施方案中，环301、302在绕各自核心303、304的相同方向上缠绕，或绕单个核心但通过改变光纤末端连接的方式而在相反方向上实际缠绕。有鉴于此，将参照环分为第一环和第二环可能比单个双折参照环廉价，而具有实质上类似的性能和外部振动减小。
图4是图示根据本公开的方面的示例性环隆起400的图。在所示的实施方案中，环隆起400包括单根光纤内的圆形形状，其中光纤的中间点402定位为与环隆起400的末端等距。环的半径r可部分基于光纤的抗弯曲性，且它可在不承受弯曲和拉伸应力引致的玻璃折损或增大的宏弯曲和微弯曲光学损耗的情况下可折叠的数量。类似环隆起 400可应用于双光纤构造中的两根光纤，或两根光纤可简单地在有环隆起或无环隆起的情况下拼接在一起。同样地，限制板(未示出)可被包括在环隆起内以维持隆起400的形状和其相对于光纤的定向。
图5A和图5B是图示根据本公开的方面的具有不同类型的环隆起和终端的示例性零面积环干涉仪的图。例如，图5A图示具有零面积、双折传感器环502和双折参照环502的干涉仪500。传感器环502 包括具有限制板502b的泪滴状环隆起502a。类似地，参照环504包括具有限制板504b的圆形环隆起504a。相比之下，图5b图示具有零面积、双光纤环552和双光纤环554的干涉仪550。传感器环552 和参照环554的两根光纤终接在立方反射镜556处，所述立方反射镜 556光学耦合双光纤电缆束。明显地，为方便说明而未在图5A或图 5B中示出参照环外壳，但是应了解外壳可如上文参考图2概括相对于两者并入。
根据本公开的方面，示例性设备包括分光器、光学耦合至分光器的光源和光学耦合至分光器的光探测器。设备可进一步包括光学耦合至分光器的参照环和光学耦合至参照环和分光器的传感器环。参照环可被容纳在参照环外壳内。在特定实施方案中，设备可包括光学耦合在传感器环与分光器之间的立奥消偏器。在特定实施方案中，参照环外壳可包括多个光连接器；光源和光探测器可通过多个光连接器的至少一个光学耦合至分光器；且传感器环可通过多个光连接器的至少另一个光学耦合至参照环和分光器。
在特定实施方案中，传感器环和参照环的至少一个可包括在相对于光行进穿过环相反的方向上实际缠绕的部分。传感器环和参照环的至少一个可包括具有位于环隆起区段中的中间点的折叠光纤。在特定实施方案中，所述设备可包括定位在环隆起区段内的限制板。在特定实施方案中，传感器环和参照环的至少一个包括缠绕为纵向平行配置且光学耦合在一起的两根光纤。两根光纤可使用环隆起区段、立方反射镜、锥形光纤匝和拼接器的至少一个光学耦合。
在特定实施方案中，参照环包括在第一方向上实际缠绕的第一光纤环和在第二方向上实际缠绕的第二光纤环。第一光纤环和第二光纤环可平行配置在参照环核心上。
根据本公开的方面，用于遥测脉冲探测的示例性方法包括绕流体导管配置传感器环，其与被安置在地下地层中的钻孔内的遥测系统流体通信。光波可传输穿过参照环外壳模块至传感器环，参照环外壳模块容纳光学耦合至传感器环的参照环。经修正光波可在光学耦合至传感器环的光探测器处接收。通过分析经修正光波进行有关压力脉冲是否行进穿过流体导管的确定。
在特定实施方案中，使光波传输穿过参照环外壳模块至传感器环包括使光波传输穿过光学耦合至参照环的分光器。在特定实施方案中，使光波传输穿过参照环外壳模块至传感器环包括使光波从光学耦合至分光器的光源传输穿过参照环外壳的光连接器；和使光波从参照环穿过参照环外壳的第二光连接器至传感器环。在特定实施方案中，传感器环和参照环的至少一个包括具有位于折叠光纤的环隆起区段中的中间点的折叠光纤。
在特定实施方案中，传感器环和参照环的至少一个包括缠绕为纵向平行配置且光学耦合在一起的两根光纤。两根光纤可使用环隆起区段、立方反射镜、锥形光纤匝和拼接器的至少一个光学耦合。在特定实施方案中，参照环包括在第一方向上实际缠绕的第一光纤环和在第二方向上实际缠绕的第二光纤环。第一光纤环和第二光纤环可以相等直径和长度的光纤为特征。
在特定实施方案中，通过分析经修正光波确定压力脉冲是否行进穿过流体导管包括确定经修正光波的强度。分析经修正光波可进一步包括将经修正光波的所确定强度与经修正光波的预期强度比较。
因此，本公开非常适于实现所提及的目的和优点以及其中固有的目的和优点。上文公开的特定实施方案只是说明性的，因为本公开可以受益于本文教示的本领域技术人员所知的不同但等效方式修正并且实践。此外，不旨在限制如下文权利要求描述以外的本文所示的构造或设计的细节。因此，明显地，上文公开的特定说明性实施方案可被更改或修正，且所有这些变动被视为在本公开的范围和精神内。此外，权利要求中的术语具有其平常、常规含义，除非专利权所有人另外明确和清楚规定。如权利要求中使用的不定冠词“一个(a或an)”在本文中被定义来意指它所介绍的一个或多个元件。

Claims (17)

1.一种用于遥测脉冲探测的设备，其包括：
分光器；
光源，其光学耦合至所述分光器；
光探测器，其光学耦合至所述分光器；
参照环，其光学耦合至所述分光器；
传感器环，其光学耦合至所述参照环和所述分光器；和
参照环外壳，其至少容纳所述参照环，其中所述参照环和所述传感器环中的每个包括在相反方向上实际缠绕的两个实质上相等的部分，以及所述参照环外壳填充有弹性材料以保护所述参照环不受环境噪声和振动影响，其中所述环境噪声和振动产生与所述传感器环内的变化无关的相位变化。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括光学耦合在所述传感器环与所述分光器之间的立奥消偏器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中
所述参照环外壳包括多个光连接器；
所述光源和所述光探测器通过所述多个光连接器的至少一个光学耦合至所述分光器；且
所述传感器环通过所述多个光连接器的至少另一个光学耦合至所述参照环和所述分光器。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器环和所述参照环的至少一个包括具有位于环隆起区段中的中间点的折叠光纤。
5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括定位在所述环隆起区段内的限制板。
6.根据权利要求1和4中任一项所述的设备，其中所述传感器环和所述参照环的至少一个包括缠绕为纵向平行配置且光学耦合在一起的两根光纤。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述两根光纤使用环隆起区段、立方反射镜、锥形光纤匝和拼接器的至少一个光学耦合。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述参照环的两个实质上相等的部分平行配置在参照环核心上。
9.一种用于遥测脉冲探测的方法，其包括：
绕流体导管配置传感器环，其与被安置在地下地层中的钻孔内的遥测系统流体通信；
使光波传输穿过参照环外壳模块至所述传感器环，所述参照环外壳模块容纳光学耦合至所述传感器环的参照环；
在光学耦合至所述传感器环的光探测器处接收经修正光波；和
通过分析所述经修正光波确定压力脉冲是否行进穿过所述流体导管，其中所述参照环和所述传感器环中的每个包括在相反方向上实际缠绕的两个实质上相等的部分，以及所述参照环外壳模块填充有弹性材料以保护所述参照环不受环境噪声和振动影响，其中所述环境噪声和振动产生与所述传感器环内的变化无关的相位变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使所述光波传输穿过所述参照环外壳模块至所述传感器环包括使所述光波传输穿过光学耦合至所述参照环的分光器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使所述光波传输穿过所述参照环外壳模块至所述传感器环包括
使所述光波从光学耦合至所述分光器的光源传输穿过所述参照环外壳的光连接器；和
使所述光波从所述参照环传输穿过所述参照环外壳的第二光连接器至所述传感器环。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述传感器环和所述参照环的至少一个包括具有位于折叠光纤的环隆起区段中的中间点的所述折叠光纤。
13.根据权利要求9和12中任一项所述的方法，其中所述传感器环和所述参照环的至少一个包括缠绕为纵向平行配置且光学耦合在一起的两根光纤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述两根光纤可使用环隆起区段、立方反射镜、锥形光纤匝和拼接器的至少一个光学耦合。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述参照环的两个实质上相等的部分以相等直径和长度的光纤为特征。
16.根据权利要求9所述的方法，其中通过分析所述经修正光波确定所述压力脉冲是否行进穿过所述流体导管包括确定所述经修正光波的强度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中分析所述经修正光波进一步包括比较所述经修正光波的所确定的强度与所述经修正光波的预期强度。
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