CN106471210A - 流体流入 - Google Patents

Abstract

本发明描述了方法和设备，其用于获得在气井的区段中的流体流入的指示，所述气井具有多个穿孔，包括气体和/或液体的流体通过所述多个穿孔进入井。在示例中，在多个位置处监测在气井的区段内的温度。所述位置包括：(a)第一组位置，在穿孔处或其附近；和(b)第二组位置，在该处，温度基本上独立于在穿孔处的气体流入的影响。在所述位置处的温度偏移的指示被获得，且用于，通过将来自第二组位置的温度偏移的指示与液体流入联系起来，并将来自第一组位置的温度偏移的指示与液体和气体流入联系起来，来获得至井的流体流入的指示。

Description

流体流入

技术领域

本发明涉及流体流入，尤其但不排他地涉及在诸如气井的烃井的井身中的流体流入。

背景技术

在烃开采中，通常期望准确地跟踪在井内的流体。这对于井的高效运行而言是有用的，例如确定井的各个部分如何贡献于总产量。此外，不同的实体可拥有不同的储层，其通过共同的井身接近（accessed）。理解在井中的流体流动使得能够根据从该储层开采的烃的体积来确定特定所有者的收入。

如本领域技术人员将熟悉的，期望的烃（油、气等）不是在井中的唯一流体。还将发现诸如水的其他流体。的确，对于井操作人员来说，水控制通常是关键问题。在通常地以化学方法处理并返回到地面之前，必须将水从期望的烃分离出来，所有的这些增加了操作成本。在水体积超过一定水平时，井可能变得经济上不可行。在某些气井中，在气压太低以致于不能将水推出时，水还可抑制流动或使流动停止。

从井身到烃储层的接近能够经由在井身套管的壁中的一个或多个穿孔。在来自特定穿孔的水流入的体积是显著的（或者相比烃的量是显著的）时，可认为穿孔变成“水淹”，且封堵该穿孔可增大井的盈利能力。然而，通常难以确定哪些穿孔过度地贡献于在井中的水含量。

监测在井内的流动的公知开采测井工具包括诸如涡轮式流量计的流量计，或者“自旋体”，其置于工作的井的内侧，以基于自旋体的旋转速度测量流体流动的速度。遗憾的是，自旋体的旋转速度和实际的流体流动之间的关系由于摩擦和流体粘性而是复杂的，且在更低的流动速度下，自旋体可能根本不工作。而且，这样的自旋体妨碍流动，且在插入和抽出时通常提供令人困惑的不同的测量结果。此外，不容易使用自旋体来区分流体。

存在其他流量计，诸如气体孔板流量计、超声波流量计、科里奥利流量计等，其具有关联的优点和缺点。然而，所有这样的流量计都要经受来自其不利操作环境的损害，要求仔细的校准并且阻碍流动。

此外，还已知有能够区分液体和气体（其可为气、油和/或水）的多相流量计。再次，这样的流量计经受严厉的环境，且可不能够分离出来自单个穿孔的贡献。

所有这样的方法都要求具有关联的安全问题的井介入、和井停工时间，且最后仅能够提供“快照”。还已知使用光纤维来估计井的温度并推测在其中的流动速率，例如根据US6618677。然而，在其中描述的方法依赖于复杂模型，且在可采用该方法之前要求井“关井”。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种在具有多个穿孔的气井的区段中获得流体流入的指示的方法，包括气体和/或液体的流体通过该多个穿孔进入井，该方法包括如下步骤：

(i)在气井的区段内的多个位置处监测温度，所述位置包括：(a)第一组位置，在穿孔处或其附近；和（b）第二组位置，在该处，温度基本上独立于在穿孔处的气体流入的温度影响；

(ii)确定在所述位置处的温度偏移的指示；

(iii)通过将来自第二组位置的温度偏移的指示与液体流入联系起来，并将来自第一组位置的温度偏移的指示与液体和气体流入联系起来，来获得至井的流体流入的指示。

如将在下文中更详细地描述的，通过监测在穿孔处的温度，能够获得在穿孔处的气体流入通过焦耳汤普逊冷却效应和在气井中的液体(通常主要是水）对于温度的影响。通过监测远离穿孔（例如在本文中称为零点的在穿孔之间的点处）的温度，能够独立于气体流入的影响以良好近似值考虑由于液体流动导致的温度改变。这允许进行液体和气体流入两者的估计，其继而能够辅助井管理。该方法还可应用在整个气井上。

因此在一些实施例中，该方法包括确定来自至少一个穿孔的水和/或气体的流入的指示。这可允许井操作人员考虑关闭或密封特定穿孔的影响，和/或在对井具有利益的当事人之间归属收入。

监测温度的步骤可包括在不监测实际温度的情况下监测温度改变。在一些实施例中，在时间期间内监测温度偏移，且确定温度偏移的指示的步骤包括：对温度波动进行求和，对温度波动进行平均，和/或对由在期间内检测的温度波动引起的信号能量进行积分。一个这种方法包括对在信号中的“能量”进行求和。如本领域技术人员已知的，在任何给定深度，井将具有背景或者平衡温度，其由形成井的土地的地热能量决定。通常，井在底部比在顶部更热，且流体或气体进入和/或移动通过井导致温度从该平衡温度移位。导致这些波动的能量指示流体流动。

如果第二组位置中的至少一个在所有井穿孔上方，则能够确定由于在时间期间内由井开采的水的总体积导致的温度偏移的估计。此外，可有利地获得通过井区段开采的气体的总体积的测量结果。这种测量结果在缩放结果方面可能是有利的，以通过参考流体/气体的总体积，进一步估计在每个穿孔处的流体/气体流入的体积。

在一些示例中，第一组位置包括在井区段的每个穿孔处的位置，和/或第二组位置位于来自第一组的位置的每侧。这允许考虑来自每个穿孔的贡献，这可能是在井管理中感兴趣的。

在一些示例中，该方法可包括确定在其中应用该方法的井区段。在这种示例中，可确定区段使得流体通过井上升的速度基本上恒定。这简化了所要求的处理。然而，在其他示例中，可确定流体的局部速度（例如，通过借助特定现象考虑与温度特征关联的速度，所述现象诸如在本文中更详细描述的、在沿井向上移动之后的‘段塞（slug）’），且这可基于更慢地移动的液体具有更大的时间长度来转移能量的基础合并到模型中，这可允许比较来自两个井区段的读数。

替代性地或附加地，可选定井区段以便没有静止的液体。将理解，在井的基底处可看到静止的水。然而，由于方法至少部分依赖于在井中移动的流体，所以在执行该方法时优选地避免任何这种区段。

有利地，温度监测的步骤通过监测在分布式声音感测(DAS)纤维中的反向散射来执行（即，可通过监测在适合于与分布式声音感测(DAS)感测技术一起使用的光纤维中的反向散射来执行）。这种系统能够监测在温度中的相对小和/或快速的改变。

根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在至少一个位置处测量绝对温度。在至少一个位置处知道实际温度可辅助确定在井中的流体流动。

根据本发明的第二方面，提供一种设备，用于在具有多个穿孔的气井区段中获得流体流入的指示，包括气体和/或液体的流体通过所述多个穿孔进入井，该设备包括：

光纤维，其沿着井区段的长度布置；

询问器单元，其布置成借助光辐射询问纤维，且检测在光纤维内反向散射的任何辐射；

处理电路，其布置成处理所检测的信号，以确定在以下位置处的温度偏移的指示：(i)第一组位置，在穿孔处或其附近；和(ii)第二组位置，在该处，温度基本上独立于在穿孔处的气体流入的影响；

其中，处理电路进一步布置成，通过将来自第二组位置的温度偏移的指示与液体流入联系起来，并将来自第一组位置的温度偏移的指示与液体和气体流入联系起来，来确定至井的流体流入的指示。

根据本发明的另一方面，提供处理设备，其配置成执行本发明的第一方面的方法和/或用作本发明的第二方面的处理电路。

附图说明

现在仅参考附图以举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出分布式纤维光学感测设备；

图2示出可在分布式纤维光学感测中使用的脉冲；

图3示出图1的设备的处理电路的细节；

图4示出合并有纤维光学感测设备的井；以及

图5-图8示出与在井中的位置关联的信号。

具体实施方式

图1示出分布式纤维光学感测布置的示意性表示。感测纤维101的长度在一端可移除地连接到询问器单元100。感测纤维101使用常规的纤维光学耦合装置耦合到询问器单元100的输出/输入。询问器单元100布置成向感测纤维101中发射相干光辐射脉冲，并检测来自所述脉冲的任何辐射，该辐射在光纤维101内反向散射。对于基于瑞利散射的纤维光学分布式感测设备来说，询问器单元100将检测从纤维101内瑞利反向散射的辐射。为了生成光脉冲，询问器单元100包括至少一个激光器102。激光器102的输出被光调制器103接收，光调制器103生成如将在后文描述的那样的脉冲配置。来自光调制器103的脉冲输出然后例如经由环行器104传输到感测纤维101中。对使用光调制器的替代方案可以是以激光器产生脉冲输出的方式驱动激光器。

注意，如在本文中使用的，术语“光”不受限于可见的光谱，且光辐射包括红外线辐射、紫外线辐射和电磁光谱的其他区域。

纤维101中的一部分光从纤维101内的散射部位反向散射。在简单的模型中，认为散射部位的数目能够决定可能出现的散射量，且这种散射部位的分布决定干涉。刺激可导致纤维的相关区段内的光路长度的改变（其可以是在部分纤维中的长度的物理改变和/或有效折射率的改变）。在该简单的模型中，这能够认为是改变散射部位的间隔，但是对数目没有任何显著的影响。结果是干涉特性中的改变。事实上，导致纤维的相关区段中的光路长度改变的刺激能够被看作使由纤维101的该区段内的各个散射部位限定的虚拟干涉计的偏置点变化。

从在感测纤维101内传播的光脉冲反向散射的任何光辐射被再次例如经由环行器104引导到至少一个光电检测器105。检测器输出通过模数转换器（ADC）106取样，且将来自ADC106的样本传递到处理电路107用于处理。处理电路107处理检测器样本以针对多个分析箱中的每一个确定输出值，每一个分析箱或通道对应于光纤维101的感兴趣的不同（虽然可能重叠）纵向感测部分。将注意到，询问器单元100可包括各种其他部件，诸如放大器、衰减器、附加滤波器、噪声补偿器等，但是为了清楚地解释询问器单元100的通用功能，这些部件在图1中已被省略。

在本发明的实施例中，激光器102和调制器103配置成以特定发射速率产生至少一个脉冲对序列，如现在关于图2所讨论的。然而，其他脉冲配置是可能的。

图2示出以第一频率F1且具有持续时间d1的第一脉冲201，短时间之后是具有第二频率F2且具有第二持续时间d2的第二脉冲202。两个脉冲的频率F1、F2可相同，或可不同。在一些示例中，两个脉冲的持续时间d1、d2（且因此空间宽度）等于彼此，但这不是必须的。两个脉冲201、202具有等于Ts的时间间隔（如图所示，Ts表示在脉冲的前沿之间的时间间隔）。

当脉冲对在光纤维101内传播时，一些光将从光纤维101内的固有散射部位从脉冲201、202中的每一个散射。该反向散射光中的至少一些将被引导回到光纤维101的开端，在那里其能够被检测到。在任何时刻在检测器105处接收的反向散射信号都是由散射光的组合产生的干涉信号。

图1的分布式纤维光学传感器依赖于如下事实：对光纤维的任何干扰（例如应变、或热膨胀）或因光纤维101中的温度改变带来的折射率的改变将导致光路长度改变，这能够因此对所生成的干涉信号进行相位调制。检测在来自纤维101的特定区段的干涉信号中的相位改变能够因此用作光纤维101上的光路长度改变的指示，且因此用作纤维101的该区段处的状态（温度、应变、声音等）的指示。这种基于相位的传感器具有提供对入射刺激的线性和定量响应的优点。原则上，可使用单脉冲序列，但是在那种情况下，在输出信号和刺激之间将不是定量关系。

在该示例中，询问器单元100基本上如在我们先前提交的申请WO2012/134022和WO2012/134021中更详细描述的那样操作，其全部内容以引用方式并入本文。在一个示例中，通道由在脉冲对的发射之后的特定取样时间来限定，且连续的检测器输出以由在脉冲对的脉冲之间的频率差限定的频率提供相位调制载波信号（且因此包括在从成对的两个脉冲反向散射的光之间的干涉信号），其可例如通过使用调制器103来调制在发射脉冲对内的脉冲之间的频率而获得。

如还在我们先前提交的申请WO2012/134022和WO2012/134021中描述的，在成对的脉冲之间可存在相对相位差，且该相对相位差可随着脉冲对不同而改变。在提供处理优点的一个布置中，载波频率被布置为发射速率的四分之一，使得以载波频率的信号在连续脉冲对的发射之间以90°相位演变。这还允许调制带宽的高效使用。

图3示出该调制载波信号如何被处理电路107处理以确定用于单个通道的载波信号的相位的一个实施例。表示用于传感器的一个通道的调制载波信号的样本被高通滤波301，以去除处于DC或低频的任何分量。滤波后的信号分成两个处理通道，且在每一个通道中的信号在载波频率上乘以正弦302或余弦303函数，且然后通过I和Q分量低通滤波器304和305低通滤波以生成同相(I)和正交(Q)分量，如在复杂的解调方案中已知的。其中，载波频率是声脉冲速率的1/4，每一个样本乘以0、+1或-1。所得的I和Q信号然后用于通过直角到极坐标(RP)转换306来计算相位值。

RP转换还可以可选地生成幅值。输出信号是在从0Hz到上限的频率范围内以弧度测量的相移，所述上限由I和Q分量低通滤波器304和305确定。

在常规DAS技术（即，应用于检测声音信号的那些技术）中，该相移Φ₀可被高通滤波。认为这是有利的，因为其消除了位于低频区域中的不想要的噪声信号。然而，在当前应用中，感兴趣的是低频温度改变，且因此相位值可被（可选地）低通滤波，以去除声音影响，且为了该目的（脱离WO2012/134022和WO2012/134021的教导），将数据传递到低通滤波器307。在实践中，高频信号部分可保留，并分离地处理以用于声音感测，因此提供了组合的DAS和温度（和/或其他慢动作改变）传感器。低通滤波器307的截止频率优选地是预定的，但是本领域技术人员将理解，在声音信号和温度信号之间不存在明确限定的差别。然而通常它们之间的边界被认为是在0.1和1Hz之间的某处，但是还可考虑包括例如1-10Hz（可认为其与声音范围重叠）的其他范围。该滤波进一步在下文中描述。然而，如下文中更详细地指出的，并不是在所有示例中都需要。

在一些实施例中，可选择I和Q分量低通滤波器304和305的阈值以隔离、或基本上隔离相位信号的低频分量，且可以不要求随后的相位值低通滤波器307。如本领域技术人员将理解的，这种滤波器可主要被提供以去除在产生I和Q分量的混合阶段中生成的“双频”分量，然而它们还可用于去除处于载波频率的任何分量，其产生自任何剩余的低频输入信号乘以正弦和余弦项。为了该目的，通常将阈值设置为小于载波频率。例如，低通滤波器可设置为在载波信号频率的1/3处具有截止，这将保留在光纤维中施加路径长度改变的在该频率及以下的所有信号。然而，在该示例中，感兴趣的是低频信号，低通滤波器304和305可相反具有低得多的截止，例如100Hz或更低。这还有助于提高如现在解释的解调的稳定性。

解调过程的稳定性取决于，已从两个脉冲反向散射充足的光，以生成具有充足的载波对噪声比（CNR）的载波。这些散射部位在纤维101内有效地随机分布。对于纤维101的一些区段，光反向散射将倾向于相长干涉，从而给定来自脉冲的大的反向散射水平，而对于其他区段，将存在更多的相消干涉，其导致更低的反向散射水平。如果来自两个脉冲中的某一个的反向散射光下降，则通过将它们混合在一起所生成的载波水平将降低。更低的载波水平将意味着I、Q分量变得噪声更多，且如果噪声水平变得太大，那么从它们获得的相位将示出一系列2π弧度跃迁，因此破坏数据。这些2π跃迁发生的可能性与在I和Q分量上的总的噪声水平负相关。当该噪声是宽带时，能够通过使用图3的滤波器304和305的更低的频率截止来减少其水平。因此减小该带宽减少了在数据中产生2π跃迁的几率，且因此改进了解调过程的稳定性。

隔离低频信号的任务因此能够由I和Q分量低通滤波器304、305或由相位值低通滤波器307来执行，或在它们之间共享。然而，降低相位值滤波器307的截止阈值不会提高解调的稳定性。

还将理解，为滤波选定的阈值取决于感兴趣的信号。通常，滤波器应当设计为保留所有感兴趣的信号。考虑到温度的示例，因此，在设计系统时，应当考虑预期温度变化和纤维反应的速度，以及维持预期改变的最快改变值的上频率阈值。

然而，已经指出，在一些井下环境中（例如，在气密井中），温度信号相比声音信号占主导。因此可为如下情况，即，在滤波器307处不要求滤波（即，滤波器307可不存在）以隔离低频温度信号，因为其可能是主导信号。

假定相位改变（或者保留的低频相位改变）主要是由于温度改变，则温度改变可通过将适当处理的数据乘以纤维缆线的预定温度/相位关系来确定。温度/相位关系将取决于所使用的纤维。通常，原始纤维的温度/相位关系是众所周知的，但是如果将额外的覆层置于其上或其被包括在缆线结构中，则这会被修改。特定缆线的温度/相位关系可计算或通过实验测量。如果基于在光纤维系统中的瑞利反向散射的特定分布式感测系统的主要目标是测量温度，则可使用随着温度变化而相位大幅变化的纤维。这可例如通过使用具有高热膨胀系数的材料的覆层（其可为相对厚的覆层以增强效应）的纤维来获得。

对于双脉冲系统，相位对温度的转换能够对任何幅值的信号进行。对于单脉冲系统，由于众所周知的信号衰落问题，这是不可能的。然而对于引起信号的卷绕（wrapping）的大而慢的温度变化，可以估计在单脉冲系统中的相位速率和因此的温度改变。

虽然对实际温度变化的了解可能是有用的，因为其使得能够比较来自不同位置的信号，这可继而有助于更好地理解各种处理如何引起感测纤维101周围的温度变化，但是在本文中在下文中描述的实施例中，这种测量是不必要的，因为感兴趣的是相对温度改变。

还可采取步骤以补偿激光器相位噪声等。尤其，激光器相位噪声是由于在生成询问辐射的激光器的波长中的慢漂移而导致的。这能够施加像慢动作刺激那样的类似的相移，且可因此难以与温度改变区分。在检测声音信号的常规DAS系统中，激光器相位噪声较少受到关注，因为其被看作远离感兴趣的信号带。然而，激光器相位噪声在一些实施例中可以是处于低频（例如，在1Hz以下）的相位改变信号的显著分量。虽然在声音信号和温度信号的频率之间不存在明显的差别，但是通常将认为温度信号位于1或2Hz以下，且通常实际上将位于0.1和1Hz之间（尽管，如本文中之后描述的，在本文中使用的用于确定由于温度导致的相位改变的截止频率可设置得更低）。在一些情况下，温度变化仅能够在大得多的时间尺度（诸如小时、天或者甚至更长）上发生。

然而，相位噪声产生贯穿纤维相同的信号。因此，可以提供纤维的至少基本上屏蔽于至少一些其他慢动作改变（例如，在温度稳定的环境中，屏蔽于温度改变）的部分，且使用来自纤维的该屏蔽区段的反向散射信号以提供激光器相位噪声的指示。

替代性地或附加地，由于激光器相位噪声贯穿纤维是一致的，所以可通过计算从纤维的至少一些部分（且可能地每个部分）（即，每个通道）返回的平均信号来估计激光器相位噪声。在一些示例中，来自纤维的一些部分（优选地大部分）的信号可用于确定平均值，但是从那些部分返回的具有来自其他源的高水平低频信号（诸如感兴趣的信号或由于低载波信号导致的高水平噪声）的信号可被排除。尽管这提供了不要求纤维的屏蔽区段的优点，但是其假定在用于计算平均值的纤维的部分中感兴趣的低频信号是不相关的（因为，例如，如果整个纤维经受相同的温度改变，则该温度信号也将是跨所有通道一致的，且难以与噪声区分开）。然而，在气井中的温度感测的应用中，这种改变通常非常慢，且如以下概述的，能够利用高通滤波器滤出非常低频的改变。

一旦已经确定激光器相位噪声的估计，就可在信号中对其补偿。

此外，可采取步骤以确保获得“高品质”数据且利用其导出测量信号。例如，如在WO2012/137021中描述的，对应于感兴趣的每个感测部分的多个样本可被取得（这些样本可从纤维的重叠区段取得）且标记为用于处理的分离通道。通道可根据质量度量来组合，其可为来自通道的已处理数据的相似度的测量。这允许具有高噪声水平的样本（例如由于载波信号的衰落）被忽略，或在最终结果中给其低的等级评价。

然而，在WO2012/137021中描述的方法利用高通滤波器，其还可去除热信息。因此，为了确保返回该信息，但是在低频相位调制的背景中维持在WO2012/137021中描述的方法的益处，该方法可在没有高通滤波的情况下实施。代替选择最相似的通道，质量度量可替代地基于在高频处的信号水平的确定（其中，偏爱更低的水平）、或者在低频(例如，2-20Hz)的信号、在高频的信号之间的比率（其中，偏爱更高的比率）、或者信号关于时间的最大微分。这些方法不受DC偏移的水平的影响，且基于如下事实：即，由于物理干扰，大部分信号在低频处具有更高的水平，而取决于可变载波水平的系统噪声具有平坦光谱。

在用于组合的通道的选择中存在改变时，在没有额外处理的情况下，也可能在输出信号中存在阶跃（step），因为新的成组通道将大体具有与旧组不同的平均偏移。

因此，DC偏移可添加到选定的通道的平均值以给出输出信号。在该组通道改变时，为了避免在输出中的阶跃改变，可考虑在新组和旧组的平均值之间的差，且可设置DC偏移以去除任何阶跃改变。尤其，可考虑若干连续通道样本的平均值，且在若干这种取样组中，可平滑DC偏移改变，以便在数据中不存在阶跃，从而有效地将数据从旧组通道逐渐缩减到新组通道，以产生更平滑的结合。

质量度量可基于波动基础或周期性地确定。在任何情况下，在结合区域中的样本的数目应当比任何块长度更低，以便确保块长度能够避免在结合区域期间的多个改变。这能够通过设置最小块长度、或设置有助于结合的样本数目、或两者来控制，且可根据所收集的数据预定或变化。

如将理解的，这种质量度量用于确保在已处理的数据中强调“高品质”数据。然而，在其他示例中，在已经识别“坏数据”之后，其可简单地利用来自周围通道的“好数据”替换。

例如，如上面指出的，解调失效可通过寻找在样本之间的2π倍数的阶跃而识别。在实践中，这可在若干样本上发生，使得可在来自不同脉冲对的5个、10个或更多样本上做出完全2π改变。因此，用于检测改变的阈值可设置为低于2π，例如跨来自不同脉冲对的例如五个样本的差测量的2π改变的60%，但是取决于数据组和取样率，其他阈值和取样间隔可以是适当的。

可在例如一秒的时间帧内考虑样品（但是对于给定的取样组，其他时间期间可以是适当的）。如果检测到解调失效的特性，则该数据可简单地替换为不呈现该特性的一个或多个相邻通道。在一个示例中，如果两个邻近通道都没有呈现出该特性，则可使用这些通道的平均。如果没有邻近通道是“良好的”，则可使用来自最近的好通道的数据。如上所述，可期望在数据组之间调整或缩减结合。

在以这种方式的“修复”之后，数据可降低取样（例如，压缩取样100倍）。这种降低取样可使用有限脉冲响应（FIR）滤波器的一个或多个来执行，通过使用诸如在MATLAB等中的压缩取样工具的信号处理工具。可执行附加的滤波和/或归一化。

在这种压缩取样之后，在数据中的趋势将显而易见。将注意到该技术依赖于如下事实：相对很少的通道将经受解调失效，但是这与观察结果一致。还已经观察到经受解调失效的通道可保持在该状态中一段时间，例如几个小时。

在一些情况下，相比使用例如参考质量度量的加权平均的方法，这种方法将保留更加原始的数据。

其他方法可用于帮助识别有可能经受解调失效的数据。例如，具有低载噪比（CNR）的通道，该载噪比通常在解调失效的期间之前和之后观察到。因此，CNR可用于指示解调失效的预期状态，和/或呈现低CNR的数据可如上文中关于解调失效概述的那样被替换。

因为这种感测光纤维101的使用相对便宜，所以其可以以永久方式部署在井身中，因为将纤维101留在原地的成本并不显著。纤维101因此以不妨碍井的正常操作的方式方便地部署。在一些实施例中，合适的纤维可在井的建设阶段期间安装。

图4示意性示出用于接近地下烃的井400，其具有与其关联的分布式纤维感测设备。

井400包括井道402，其具有若干穿孔404。穿孔404在储气层的区域中，且允许流体进入井道402，在该井道402中，它们在自身的压力下上升或使用泵等上升到井口406，在那里，气体被收集和容纳。

然而，如本领域技术人员将熟悉的，在实践中，将几乎总是看到气体和水的混合物经由穿孔404进入井道402。在水的比例达到一定点时，井400将变得经济上不可行。而且，在一些情况下，大比例的水能够减少或者甚至停止来自井的气体流动。然而，如果引入不均衡的量的水的穿孔404可被识别且例如被密封，则这可增加井400的经济寿命和提取效率。同样有益的是跟踪每一个穿孔404对井开采贡献多少气体。

井400包括感测纤维101，其附接到上文关于图1描述的询问器单元100，且在该示例中，如关于图1到图4描述的那样操作。

在井的使用中，如上文概述的那样，纤维101被借助辐射询问以提供温度感测。这传回信号，该信号指示在井道402的给定深度处的温度改变，且尤其与在井400中该深度处的的温度改变相关。

如本领域技术人员将熟悉的，在储气层的提取中，水通常与气体一起被提取。水在井中形成所谓的“段塞”，且如在本文中使用的，该术语将用于表示一种物质，其能够在井身内相对于井内的其他物质（例如，气体）显著传递热（但是注意，在该情况下，‘显著’能够意味着能够是在毫开尔文量级上的温度改变，其仍然能够由询问器单元100容易地检测到）。因为水相比气体具有更高的比热容和热传递系数，所以对于给定的温度差，相比相同体积的气体，在井中的给定体积的水具有更大的冷却/加热效应。段塞可基本上是水（尽管将理解水将很可能包含其他物质，尤其是泥、砂、污染物等），或者可为具有高比例的水的一部分气体。

本领域技术人员还将知道，气体在其传递通过穿孔404时且膨胀到井道402中时的膨胀导致由于焦耳汤普逊效应带来的局部冷却。最后，还已知，由于在周围土地中的地热梯度，所以沿井向上通常存在热梯度，其中，井的下部区段相比上部区段通常更热。

根据上文，通过仔细地监测在穿孔处的温度中的改变，操作人员能够检测通过穿孔的段塞。具体地，段塞很可能加热穿孔周围的区域，其原本由膨胀的气体冷却。然而，不一定总是这样的情况：可能段塞相比穿孔周围的区域更冷。在任何情况下，由于存在影响段塞温度和穿孔周围的温度的不同机制，所以其不可能处于热平衡。此外，由一个特定段塞冷却的量将取决于该段塞的体积及其速度（更缓慢移动的段塞具有更多时间来影响热传递）。

通过考虑这些因素，本发明人已经开发了气井的模型，如在图5中所示，其中，一组段塞502沿井道向上前进。在段塞502通过穿孔404时，存在温度改变，其由询问器单元100检测。通常，当段塞行进到且通过穿孔区域时，在邻近穿孔的纤维101部分处的温度通常将增加然后降低。一系列段塞502产生振荡的温度改变512。如在图5中所示，给定的段塞（其出于示例的目的是大的段塞502'）的路径能够被跟踪通过每个穿孔404，在该情况下（由于其相对大）为较大的温度改变。在检测之间的时间偏移（即，504的梯度）是段塞的速度的指示。已经观察到，至少对于井身的局部区段，段塞速度保持近似恒定（且实际上该梯度可用于确定速度，且指示其是否确实近似恒定）。然而，当观察整个井时，通常能够看到在段塞速度中的变化。因此，虽然在一些实施例中，段塞的速度可看作是恒定的，但是在其他模型中，可认为段塞的速度是可变的。

图5示出井400的热梯度510（其可已经被确定以用于其他目的）。在每个穿孔404处，焦耳汤普逊冷却导致局部温度降至背景热梯度的温度以下。每个温度下降的幅值，如相对于热梯度510示出为dT_1-3，与在每个穿孔404处的气体流入（inlow）的量相关，其中，更高的流入通常导致更大的温度下降。如本领域技术人员将理解的，温度梯度510和下降dT_1-3不按照比例，且下降的幅值在该图中出于清楚的目的被夸大。在一些情况下，尤其对于具有低流入的穿孔，其可难以与在热梯度510中的其他局部变化区分。

出于讨论的目的，虽然可能因此认为中间穿孔404（其与相对小的下降dT₂关联）相比最低的穿孔404（其与相对大的下降dT₁关联）产生更少的气体，但是在实践中，在做出这种假设时应当注意：本领域技术人员将知道，存在可影响温度改变的其他过程，且焦耳汤普逊效应除了其他因素外，还取决于压力，其随着井深度变化。然而，对于给定的井，这些因素可考虑在内。

尽管在该示例中，使用DAS（即，基于瑞利反向散射）感测原理（且其充分敏感以检测这些温度改变），但是可使用替代性地温度感测技术。

虽然出于说明的目的，段塞502示出为有规律的形式，每一个都跨越井的整个横截面，但是本领域技术人员将知道，情况可以并非如此。段塞可只占据部分横截面，在一些示例中具有与井400的壁接触的环形形式（其可或可不是完整的环）。

热梯度510为井中的每个点提供‘平衡’温度，即，在没有任何流体流动的情况下井将具有的温度。如本领域技术人员将理解的，出于许多目的关于井使用热梯度，包括作为温度偏移的基线，而且还用于地质勘测，从而确定诸如盐水的物质在给定深度处的导电率等。热梯度可测量（例如，在井的开采期间，在关井期间，或者通过重复的测井运行），或者可基于例如在区域中的已知热梯度、环绕井的土地的成份等来估计。

信号幅值对应于由通过的段塞502导致的温度改变，其继而与热传递相关，且归于因素的组合。这些因素包括气体流入的冷却效应，且因此包括在给定穿孔404处进入井的气体的体积，因为更大的冷却将导致在段塞和穿孔的温度之间的更大差。其还将取决于段塞的热传递能力，其将与在其中的液体的量有关。因此在具有更大冷却程度（即，与相对大的下降dT₁关联）的图中的最低穿孔404处的信号将大于其中冷却更少（即，与相对小的下降dT₂关联）的中间穿孔404中的信号。

图6示出在单个穿孔处随着时间收集的由于温度改变带来的信号（实线602），以及在穿孔之间的位置处收集的温度信号（虚线604）。能够看出在穿孔之间的信号相比在穿孔处的信号变化更少。

尽管在穿孔之间的信号更小，但是仍然存在可感知的信号。这是由于在井和通过的段塞502之间的温度差导致的。从井的更低处向上移动的段塞502通常将比井的背景热梯度510更温暖。在穿孔404处，由于气体流入的影响，温度通常将小于该背景梯度510，因此在段塞502和井400之间的温度差将比穿孔404之间的位置处更大，在该穿孔404之间的位置处，井温度将更靠近背景热梯度或处于与背景热梯度关联的温度处。因此来自穿孔404之间的信号将倾向于小于在穿孔404处获得的信号。

随时间推移（可能几分钟或几小时，其允许获得合理的图像，同时仍然能够假定井400将维持大体稳定的状态，且确保充分的段塞502已经通过以确保将从每个穿孔获得有代表性的样本，以及在测量中归于噪声等的任何变化将被平滑），温度波动能够用于给出在井上的各个点处的信号大小的测量（例如，温度偏移的和的指示）。

在图7中示出示例数据，其中，在穿孔处以X标志的信号能够与在穿孔之间以O标志的信号水平进行比较。这产生一组信号（在每个穿孔处的信号，S_{perf n}，以及在穿孔之间的信号，S_{null n}）。提供这些信号的波峰和波谷能够至少部分地从穿孔404的已知位置识别，或者可从信号的分析识别以识别波峰，或者可使用这些技术（和/或其他技术）的组合。对可对信号有贡献的其他因素的了解允许它们被过滤掉或如果可能的话被忽略。

在图7中示出的数据通过对在频带中的信号能量进行积分而产生，其采集了与段塞流动通路关联的温度振荡。这可通过求和在频率范围中的快速傅里叶变换FFT来实现，或者通过在滤波到期望的频率范围之后获得数据的RMS来实现。在该示例中，信号水平数据通过在0.003Hz的高通滤波以移除在数据的DC水平中的任何缓慢漂移（例如，井可逐渐冷却或加温）之后取得RMS功率水平来计算。尽管在该示例中，阈值设置为0.003Hz，但是频率阈值可通过检查数据并估计由段塞导致的温度振荡的频率（其与段塞速度相关）、并确保该信息被维持来基于处于给定状态的单个井来确定。尽管实际的温度信号可在更低频率处看到，但是在该频率范围处将存在显著的信号，且已经注意到，该信号还将在穿孔处放大。如上所述，尽管可在一些实施例中可望低通滤波以去除例如声音信号，但这可不总是必要的。

导致这些信号的原因是段塞与环境的相互作用。温度改变的幅值将与在井中该点处在段塞和环境之间的温度差以及水的体积两者相关。此外，虽然可在每个穿孔404处添加更多的水，但是在正常条件下，很少或者没有水将丢失。因此，在穿孔n处的信号S_{perf n}可具有如下项：

(方程1)

其中，dT_{perf n}是从可在给定井的热梯度的稳定状态条件中预期的温度的偏离（其，如上所述，与在该穿孔处引入到井中的气体的体积相关），dT_slug是在段塞的温度和稳定状态井温度之间的差，且W_{perf n}是来自给定穿孔的水（求和以给出可用于热传导的水的总量），且k是常数。

如上所述，信号还取决于段塞的速度，但是在该模型中假定其是恒定的。如果实际上发现速度在整个井上不恒定，则可优选地分区段考虑该井，那些区段中的每个的长度受限为，在其上能够良好地近似认为速度是恒定的。否则，在模型中可包括速度。

因此，能够理解项[d_{Tperf n}]是在图5中示出为波峰dT_1-3的‘相对于背景的改变’。

该方程具有若干感兴趣的项：如果可找到dT_{perf n}项，则其可用于给出在穿孔n处的气体的开采的测量，这对井操作人员将是有用的。第二，如果可找到W_{perf n}项，则其可识别引入过量的水到井400内的穿孔。

然而，该方程不能解析求解，因为其包含太多的未知变量。尤其，将理解难以绝对地测量dT_slug，因为由于段塞502有限的通过时间，纤维101将不大可能与段塞502达到热平衡。然而，本申请的发明人已经认识到，考虑在穿孔之间的信号会提供额外信息。

具体地，在穿孔之间的信号（其与温度偏移成比例）能够如下建模（其中，项如上文那样限定）：

(方程2)

该方程也是欠定的，因为k和dT_slug是未知的。然而，当与方程1联合且具有充分大量的穿孔时，未知量的数目比方程的数目只多一点（在展开时），这允许找到最佳拟合的数值解，例如使用最小二乘算法。随着n增大，且只要段塞速度至少近似恒定，最佳拟合解的可靠性将增大。

还注意到，通常，在井中的热梯度意味着段塞从更热的区域行进到更冷的区域，且如此使热沉积。因此，还可认为项kdT_slug将与热梯度有关。事实上，其可为与热梯度成比例的合理的近似值。虽然这不必要，但是在一些示例中，热梯度将是已知的（或能够由本领域技术人员使用已知的技术容易地确定）。这可仅在一些零点（null）上执行，且可用于通知最佳拟合过程。事实上，可能够针对所有零点来解决该问题，这可允许对流入的绝对解（即，分析解而不是数值解）。

最佳拟合解可根据气井的其他已知（或者估计）的特征来约束。尤其，可假定水或气体项都将不是负的，因为在实践中很少或者没有水或气体将从井身逃逸，因此一个约束可能是这种项都不是负的。此外，可能够获得一些绝对温度信息。因为，如上所述，由于有限的通过时间，可能难以测量绝对温度差dT_Slug，可能够获得一些其他温度或温度改变的测量，例如，使用诸如分布式温度感测(DTS)的技术或在井中提供其他温度传感器。可能的是，在实践中，这种传感器可用于确定或估计一些更大的温度改变，或者其可能够在一些位置处给出dT_perf的指示。

如本领域技术人员将知道的，在井的底部处能够存在显著的水，事实上可存在一部分静止的水。因此，该方法优选地在井的充分远离井的底部的区段上采用，以避免数据可能受静止的水影响的风险。

最佳拟合解对水的初始量敏感。尤其，如果最低的穿孔注入大量的水，则随后的水项可能不容易区分。因此，可特别地使用诸如已知的流动监测技术的补充技术，以通知处于井的基底处的模型（尽管这些技术还可在整个井中使用）。

替代性地或附加地，可优选地在显著的水流入之前在井中向下尽可能远处开始该方法。更一般而言，在评估模型中的置信度时，可考虑在井的基底处的水量。例如，看起来从更高的穿孔比从更低的穿孔产生更多的水的井可被认为是，在其精确度方面比如果事实相反的情况具有更高的置信度。

再次看图7，信号在零点处通常增加的性质是由于水流入导致的。在该趋势上方的波峰高度与由于气体流入导致的温度改变有关，但是通过水项缩放。

图8使用在图7中首先呈现的数据，示出对于给定井在特定穿孔处引入的气体和液体的比例如何。如在图8右侧的条形图上所示，能够确定识别和指示在每个穿孔处的气体和水贡献的波峰和波谷。应当注意这些不是绝对测量结果，而相反是成比例的贡献（且气体条和水条不按照相同比例）。绝对值可通过考虑气体和水开采的实际总量（如通常将在提取点处测量的）来获得。

出于讨论的目的，与两个穿孔关联的数据在图8上分别指示为802和804。在802处的特征示出在穿孔处强烈的气体流入特征（即，与其他气体条相比更长的条），且在考虑其他水条的高度时，通过穿孔添加的水相当少。换言之，该穿孔当前产生有用的输出。考虑在804处指示的第二穿孔，此处气体开采相对低，略微多于在802处开采的气体的三分之一，但是总体上，相比大部分穿孔，该穿孔产生更多的气体。然而，由该穿孔贡献的水的比例很高，比任何其他穿孔都高。

因此，井操作人员能够批判性地述评保持该穿孔打开的经济性。这将包括与所开采的水的处理关联的成本（其根据水是否需要在地面上移除或者能够泵送回到井中等而显著变化）、与将气体与水分离关联的增大的成本、以及所开采的气体的价值。这可使用已知的技术结合与井的效率相关的其他计算来进行。因此，如本文中所述地计算的水和气体流入信息可形成井管理系统的一部分，该井管理系统可考虑其他因素或测量结果。

本领域技术人员将想到对上述实施例的变型，且变型在本发明的范围内。例如，虽然上文中已经描述了‘DAS’型温度感测（即，基于在未改性的光纤维中的瑞利反向散射的温度感测），但是可使用对由于段塞通过带来的小且短暂的温度改变充分敏感和有反应性的任何温度感测技术。将理解，在本发明中，感兴趣的是温度改变而不是绝对温度。因为上文中所述的‘DAS’技术产生指示温度改变的线性信号，所以其尤其方便。然而例如，可使用指示实际温度值的DTS感测，其中，更高功率的光辐射用于询问纤维以产生拉曼和布里渊反向散射。替代性地，温度计可定位在井内，以代替或补充本文中所述的‘DAS’温度技术。

Claims (22)

1.一种在气井的区段中获得流体流入的指示的方法，所述气井具有多个穿孔，包括气体和/或液体的流体通过所述多个穿孔进入所述井，所述方法包括如下步骤：

(i)在所述气井的所述区段内的多个位置处监测温度，所述位置包括：(a)第一组位置，在穿孔处或其附近；和（b）第二组位置，在该处，温度基本上独立于在穿孔处的气体流入的影响；

(ii)确定在所述位置处的温度偏移的指示；

(iii)通过将来自所述第二组位置的温度偏移的指示与液体流入联系起来，并将来自所述第一组位置的温度偏移的指示与液体和气体流入联系起来，来获得至所述井的流体流入的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二组位置包括在所述穿孔之间的位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定来自至少一个穿孔的水流入的指示。

4.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定来自至少一个穿孔的气体流入的指示。

5.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，在一定时间期间内监测所述温度偏移，且确定温度偏移的指示的步骤包括如下中的一个或多个：对温度波动进行求和；对温度波动进行平均；对由在所述期间内检测的温度波动引起的信号能量进行积分。

6.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二组位置的至少一个在所有井穿孔的上方，以提供由于由所述井开采的水的总体积导致的所述温度偏移的估计。

7.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，还包括获得由所述井区段开采的气体的总体积的测量结果，以及进一步，通过参考气体的总体积和气体流入的相对指示，来估计在每个穿孔处的所述气体流入的体积。

8.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一组位置包括在所述井区段的每个穿孔处的位置。

9.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括确定在其中应用所述方法的所述井区段，所述区段包括以下这样的区段：在该区段中，流体上升通过所述井的速度基本上恒定。

10.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括确定在其中应用所述方法的所述井区段，所述区段包括没有静止的液体的区段。

11.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述液体流入通过考虑在所述第二组位置的每个处的温度偏移的指示与如下成比例来估计：

，其中，dT_slug是在所述井中该位置处上升的液体和在该点处的平衡温度之间的温度差，n是在所述井的所述区段中的第n个穿孔，且是在所述井中通过该位置的液体的总量。

12.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述液体和气体的流入通过考虑在所述第一组位置的每个处的温度偏移的指示与如下成比例来估计：

，其中，n是在所述井的所述区段中的第n个穿孔，dT_{perf n}是由于穿孔n的所述气体流入而导致的与平衡温度的温度差，dT_Slug是在所述井中该点处上升的液体和在该位置处的平衡温度之间的温度差，且是在所述井中通过该位置的液体的总量。

13.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，监测的步骤通过监测在适合于在分布式声音感测设备中使用的光纤维中的反向散射来执行。

14.根据任意前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述温度在至少一个位置处确定。

15.一种设备，其用于获得在气井的区段中的流体流入的指示，所述气井具有多个穿孔，包括气体和/或液体的流体通过所述多个穿孔进入所述井，所述设备包括：

(i)光纤维，其沿着所述井区段的长度布置；

(ii)询问器单元，其布置成借助光辐射询问所述纤维，且检测在所述光纤维内反向散射的任何辐射；

(iii)处理电路，其布置成处理所检测的信号，以确定在以下位置处的温度偏移的指示：(a)第一组位置，在穿孔处或其附近；和(b)第二组位置，在该处，温度基本上独立于在穿孔处的气体流入的影响；

(iv)其中，所述处理电路进一步布置成，通过将来自所述第二组位置的温度偏移的指示与液体流入联系起来，并将来自所述第一组位置的温度偏移的指示与液体和气体流入联系起来，来确定至所述井的所述流体流入的指示。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述询问器单元包括

(i)光源，其配置成，在使用中，发射询问序列到光纤维中，每个询问包括脉冲对，其中，脉冲对的脉冲以在其间具有时间间隔的方式被引入到所述光纤维；

(ii)取样检测器，其配置成，在使用中，对辐射进行取样，所述辐射从所述询问在所述光纤维内瑞利反向散射；并且

所述处理电路配置成确定在所述样本中的任何相位调制。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述处理电路包括至少一个低通滤波器，其布置成将所确定的相位调制的低于阈值频率的分量隔离。

18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于，所述取样检测器配置成，在每个脉冲对的发射之后的基本上相同时间处对反向散射辐射进行取样，且所述处理电路布置成，形成至少一个通道信号，其包括在每个脉冲对的发射之后的基本上相同时间处取得的所述反向散射辐射的样本；并且所述通道信号被解调以确定用于所述通道信号的所述相位调制。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述通道信号是相位调制载波信号，其从在辐射之间的干涉产生，所述辐射从所述脉冲对序列的每个脉冲对反向散射。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述处理电路布置成解调所述通道信号，以从其推导同相和正交项。

21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，至少一个低通滤波器布置成对所述同相和正交项进行滤波。

22.根据权利要求16到21中的任一项所述的设备，其特征在于，所述光源包括激光器，且所述处理电路布置成估计激光器相位噪声。