CN107218026B - 一种连续油管内置光缆的实时智能测井装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连续油管测井技术，具体公开了一种连续油管内置光缆的实时智能测井装置，包括连续油管光缆总成、测井仪器以及数据采集处理系统，测井仪器包括光缆接头总成、测井仪器载体、传感器单元、信号转换单元以及电池单元，测井仪器载体由多段双通道承压管依次连接而成，双通道承压管包括上通道与下通道，传感器单元、信号转换单元、电池单元分别设置在各段双通道承压管的上通道内，且彼此之间电连接，并通过连续油管光缆总成中的光缆与数据采集处理系统电连接。本发明通过测井仪器载体内部的各个传感器将井下参数测量后经信号转换单元转化，再通过光缆传输至地面的数据采集处理系统，实现了井下数据的实时测量与传输，使井上工作人员能够实时了解井下状况。

Description

一种连续油管内置光缆的实时智能测井装置

技术领域

本发明涉及连续油管测井技术领域，尤其涉及一种连续油管内置光缆的实时智能测井装置。

背景技术

传统方式的电缆测井方式利用电缆连接井下仪器，并利用仪器的重力和电缆的拉力实现下井与出井，但是在遇到非竖直井时，电缆测井就会变得很困难。连续油管测井技术一般是利用低碳合金钢管(一般内含电缆)来连接测量仪器，连续油管测井技术利用油管本身的刚性可以在任何倾斜角度井下甚至是水平井下测量和作业，作业结束时又可以利用油管的挠性回收至地面。连续油管测井技术在一定程度上是为了替代传统电缆测井技术而开发的具有更高效、更安全、更节省作业成本的一种测井技术。

传统的电缆表面非光滑，控制井压需在井上平台搭建上百米高的油脂循环系统，导致电缆测井平台高且占地面积大，其测井结构需在井口上逐级搭建，作业流程复杂，时间成本高，而且对油气井进行修井、压井作业时，为了防止井喷，需额外向井内泵入压井液。相比之下连续油管设备占空间小且结构比较简单，但是现有的连续油管测井技术中使用的测量仪器只是将现有的电缆测井仪器做一些结构修改以后直接挂接到连续油管上，这种情况下不仅测量效果一般，数据传输依靠电缆输送较慢，不能实时监测井下各项参数。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够实时准确测量及传输井下数据的连续油管内置光缆的实时智能测井装置。

本发明的连续油管内置光缆的实时智能测井装置包括连续油管光缆总成、测井仪器、以及数据采集处理系统，测井仪器设置在连续油管光缆总成的一端，测井仪器包括光缆接头总成、测井仪器载体、传感器单元、信号转换单元以及电池单元，其中：测井仪器载体的一端通过光缆接头总成与连续油管光缆总成连接；测井仪器载体由多段双通道承压管依次连接而成，双通道承压管包括上通道与下通道，上通道为传感器布置通道，下通道为高压液体流道；传感器单元、信号转换单元以及电池单元分别设置在各段双通道承压管的传感器布置通道内，且彼此之间电连接，并通过连续油管光缆总成中的光缆与数据采集处理系统电连接。

进一步的，传感器单元包括用于测量井下温度和压力的温压传感器单元以及用于测量井深的磁定位传感器单元，其中：温压传感器单元与磁定位传感器单元分别与信号转换单元、电池单元电连接；信号转换单元与连续油管光缆总成中的光缆连接，信号转换单元将传感器单元的测量信号转化为光信号后由光缆传输至数据采集处理系统；温压传感器单元包括用于测量测井仪器外部井下液体环境的温度和压力的第一温压传感器单元，以及用于测量测井仪器内部的高压液体的温度和压力的第二温压传感器单元。

进一步的，测井仪器载体包括第一双通道承压管、第二双通道承压管、第三双通道承压管以及第四双通道承压管，信号转换单元安装在第一双通道承压管的内部，温压传感器单元安装在第二双通道承压管的内部，电池单元安装在第三双通道承压管的内部，磁定位传感器单元安装在第四双通道承压管的内部。

进一步的，测井仪器载体的各段双通道承压管之间通过接头总成进行连接，设置于各段双通道承压管内部的传感器单元、信号转换单元以及电池单元之间通过电插接件实现电连接，其中：接头总成包括用于高压液体流过的高压液体流道以及设置电线的线路通道。

进一步的，电接插件包括相互匹配的插座与插头。

进一步的，光缆接头总成包括用于布置光缆的光缆通道以及用于高压液体流过的高压液体流道，光缆接头总成的高压液体流道与测井仪器载体的高压液体流道平滑过渡连通。

进一步的，光缆接头总成的高压液体流道内设置有用于控制高压液体流动方向的单向阀。

进一步的，光缆接头总成的光缆通道内设置有用于密封光缆外层的第一光缆密封装置、用于固定光缆外层的光缆固定装置、以及用于密封光缆内层的第二光缆密封装置；光缆依次穿过第一光缆密封装置以及光缆固定装置后，剥掉光缆外层后穿过第二光缆密封装置。

进一步的，连续油管光缆总成中还设置有用于测量井下参数的分布式温度传感器、分布式振动传感器以及分布式应变传感器，分布式温度传感器、分布式振动传感器以及分布式应变传感器的测量信号由光缆传输至数据采集处理系统。

进一步的，测井仪器还包括安装在测井仪器载体的另一端的下接头总成，下接头总成用于连接其他连续油管井下工具。

本发明的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，具有以下有益效果：

1、位于测井仪器载体内部的各个传感器将井下参数测量后通过信号转换单元将电信号转化为光信号，再通过光缆传输至地面的数据采集处理系统，数据采集系统中的光电转换单元将光信号还原成为电信号后进行数据分析，实现了井下数据的实时测量与传输，使井上工作人员能够实时了解井下状况，及时做出判断；

2、多段双通道承压管依次连接，其下通道为高压液体流道，实现从地面至井下仪器最下端形成连续的流体通道，作业开始及结束均不需要压井，增加了作业效率且降低了生产成本；

3、单向阀安装在光缆接头总成的高压液体流道内部，防止高压流体倒流发生井喷；

4、在光缆接头总成的光缆通道内设置有用于密封光缆外层的第一光缆密封装置、用于固定光缆外层的光缆固定装置、以及用于密封光缆内层的第二光缆密封装置，防止了高压液体进入光缆接头总成的光缆通道以及各段双通道承压管的传感器布置通道内对各测量部件造成损坏；

5、通过电接插件实现了设置于各段双通道承压管内部的传感器单元、信号转换单元以及电池单元之间的电连接，使得各个管段之间也可以快速拔插，安装方便，减少了操作时间；

6、下接头总成可挂接其他功能的井下工具，扩展了测井仪器的功能；

7、承压套管套设在整个装置的外部，通过固定后，加固了测井装置的结构，避免了因高压液体对测井仪器造成不必要的损伤而为测量工作添加麻烦。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的连续油管内置光缆的实时智能测井装置的分布图；

图2为本发明的连续油管内置光缆的实时智能测井装置的测井仪器的整体结构图；

图3为图1中A部分的局部放大结构图；

图4为图1中B部分的局部放大结构图；

图5为图1中C部分的局部放大结构图；

图6为图1中D部分的局部放大结构图；

图中：1-连续油管光缆总成、2-测井仪器、3-数据采集处理系统、

21-光缆接头总成、211-光缆通道、212-单向阀、213-第一光缆密封装置、214-光缆固定装置、215-第二光缆密封装置、22-测井仪器载体、221-双通道承压管、222-上通道、223-下通道23-传感器单元、231-温压传感器单元、232-磁定位传感器单元、24-信号转换单元、25-电池单元、26-接头总成、261-线路通道、27-电接插件、28-下接头总成、29-承压套管。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明的连续油管内置光缆的实时智能测井装置包括连续油管光缆总成1、测井仪器2、以及数据采集处理系统3；具体的如图1所示，测井仪器2设置在连续油管光缆总成1的一端，数据采集处理系统3通过连续油管光缆总成1与测井仪器2连接；通常，数据采集处理系统3设置于井上，安装在井上工作人员的工作区；测井仪器2位于井内，测量井内环境的各个参数；连续油管光缆总成1中设有光缆，光缆是由至少两层金属铠包覆的光缆束，测井仪器2将测量数据通过光缆传送至井上的数据采集处理系统3。连续油管内置光缆的实时智能测井装置实现了井下数据的实时测量与传输，使井上工作人员能够实时了解井下状况，及时作出判断。

如图2至图6所示，测井仪器2包括光缆接头总成21、测井仪器载体22、传感器单元23、信号转换单元24以及电池单元25，其中测井仪器载体22的一端通过光缆接头总成21与连续油管光缆总成1连接；测井仪器载体22由多段双通道承压管221依次连接而成，双通道承压管221包括上通道222与下通道223，上通道222为传感器布置通道，下通道223为高压液体流道，传感器单元23、信号转换单元24以及电池单元25分别设置在各段双通道承压管221的传感器布置通道内，且彼此之间电连接，并通过连续油管光缆总成1中的光缆与数据采集处理系统3连接。

优选的，多段双通道承压管221的下通道223截面均设置为相同形状相同面积的柱形通道，在连接处平滑过渡，使高压液体在高压液体流道内流动时更加顺畅。更优选的，为了便于传感器单元23、信号转换单元24以及电池单元25的安装，可直接将双通道承压管221的上通道222设置为槽型开口结构，将设于传感器布置通道内的各器件进行固定。本实施例对双通道承压管221的管径以及长度均不做限定，对高压液体流道的内径均不做限定，这些参数均可视实际使用的环境而定。双通道承压管221结构实现从地面至井下仪器最下端形成连续的流体通道，作业开始及结束均不需要压井，增加了作业效率且降低了生产成本。

具体的，光缆接头总成21包括用于布置光缆的光缆通道211以及用于高压液体流过的高压液体流道，光缆接头总成21的高压液体流道与测井仪器载体22的高压液体流道平滑过渡连通，从而减小了高压液体流动的沿程阻力。优选的，高压液体流道结构均设计为圆柱状通道，由于高压液体在测井仪器2的流体通道中流动，所以高压液体流道的材质选择由承压能力强的合金制成，可以有效延长测井仪器2的使用寿命，保护测井仪器2内部的各个部件防止因高压液体造成损坏。

具体的，如图3所示，光缆接头总成21的高压液体流道内设置有用于控制高压液体流动方向的单向阀212。单向阀212的设置限制了高压液体的反向流动，防止高压液体反向流入连续油管对测井装置造成损坏，优选的，在高压液体流道方向上可以设置两个单向阀212，其中一个作为备用，或者两者同时使用，以防止高压液体压力过高，仅使用一个单向阀212不能达到应有的效果，从而进一步提升连续油管的安全性能。

具体的，如图3所示，为防止高压液体进入光缆接头总成21的光缆通道211以及各段双通道承压管221的传感器布置通道内对各测量部件造成损坏，所以在光缆接头总成21的光缆通道211内设置有用于密封光缆外层的第一光缆密封装置213、用于固定光缆外层的光缆固定装置214、以及用于密封光缆内层的第二光缆密封装置215；光缆依次穿过第一光缆密封装置213以及光缆固定装置214后，剥掉光缆外层后穿过第二光缆密封装置215。通过在光缆接头总成21的光缆通道211内依次设置第一光缆密封装置213、光缆固定装置214、以及第二光缆密封装置215，实现了光缆的有效密封与固定。

第一光缆密封装置213与第二光缆密封装置215一般采用现有技术中的橡胶套或者其他具有密封作用的结构达到要求，具体的光缆密封装置结构本发明不做具体限定；光缆固定装置214可直接利用现有技术中的光缆固定方法，或采用一般线材固定的方法对光缆进行固定，光缆固定装置214只需能够安装在光缆接头总成21的结构中即可，其具体的结构本发明不做具体限定。

具体的，传感器单元23用于测量井下环境中的各个参数，其测量值为电信号，经过信号转换单元24将电信号转换为光信号以后通过光缆传输至地面数据采集处理系统3，数据采集处理系统3还包括光电转换转单元，光电转换单元将光信号还原成为电信号后进行分析统计等。传感器单元23包括多个传感器，分别测量井下不同参数，例如高压液体的温度、压力等。电池单元25为传感器单元23以及信号转换单元24供电，保证传感器单元23与信号转换单元24能够进行正常的工作，在实际使用中选择大容量的可充电锂电池，可在电量使用完后进行充电再次利用，本实施例对电池的电容量以及额定电压等参数均不做限定，其规格视使用环境而定。信号转换单元24与连续油管光缆总成1中的光缆连接，信号转换单元24将传感器单元23的测量信号转化为光信号后由光缆传输至数据采集处理系统3。

具体的，传感器单元23包括用于测量井下温度和压力的温压传感器单元231以及用于测量井深的磁定位传感器单元232，其中温压传感器单元231与磁定位传感器单元232分别与信号转换单元24、电池单元25电连接。温压传感器单元231既可测量温度参数又可测量压力参数，其具体规格本实施例不做具体限定，传感器单元23还可选择单独的温度传感器与压力传感器对井下温度与压力参数分别测量，优选的，温压传感器单元231包括用于测量测井仪器2外部井下液体环境的温度和压力的第一温压传感器单元，以及用于测量测井仪器2内部的高压液体的温度和压力的第二温压传感器单元，从而实现了对测井仪器2内部与外部的环境温度和压力的分别测量。

具体的，磁定位传感器单元232包括一个线圈与两个永磁体，在修井过程中，在井内放置与井径尺寸相匹配的金属套管，并对金属套管进行接箍定位后建成完井，完井内部的每两个金属套管的接箍处套管厚度大于其他位置的金属套管的厚度。测井仪器2在井内移动时，当磁定位传感器单元232经过接箍处时，会因为金属套管厚度变化对磁铁周围磁场的改变而使穿过线圈的磁通量发生变化而产生感应电动势，记录感应电流的大小得到一组感应电流变化的曲线，进而对数据进行分析得出井深数据。本实施例中对井深数据采用磁定位传感器单元232进行测量，但并不限制磁定位传感器单元232的具体规格。

测井仪器载体22可以根据实际需要进行分段，具体的，根据本发明的一种具体实施例，如图2至图6所示，测井仪器载体22包括四段双通道承压管，即第一双通道承压管、第二双通道承压管、第三双通道承压管以及第四双通道承压管；第一双通道承压管与光缆接头总成21连接，信号转换单元24安装在第一双通道承压管的内部；温压传感器单元231安装在第二双通道承压管的内部；电池单元25安装在第三双通道承压管的内部；磁定位传感器单元232安装在第四双通道承压管的内部。将测井仪器载体22设置成分段的形式，可以便于各管段的快速连接与替换，安装方便，减少了操作时间。

优选的，由于磁定位传感器单元232特殊的测量环境，为了防止因线圈与完井内金属套管之间金属材质的不均匀而导致测量出现不必要的误差，故将放置磁定位传感器单元232的测井仪器载体22设置为包括高压流体通道与环状通道结构的第四双通道承压管，第四双通道承压管与高压流体通道设置为圆柱形状，且高压流体通道与环状通道结构同轴线设置，高压流体通道为高压流体的流动通道，线圈位于环状通道结构内并套设在高压流体通道的外部，将磁铁在线圈外围对称分布。

具体的，测井仪器载体22的各段双通道承压管221之间通过接头总成26进行连接，设置于各段双通道承压管221内部的传感器单元23、信号转换单元24以及电池单元25之间通过电插接件27实现电连接，其中接头总成26包括用于高压液体流过的高压液体流道以及设置电线的线路通道261。位于接头总成26内的高压液体流道与各段双通道承压管221的高压液体流道结构相同且平滑过渡连通，以减小高压液体流动的沿程阻力。

电接插件27可以采用本领域中常用的各种能够实现电连接且方便插接的部件，具体的，电接插件27可以包括相互匹配的插座与插头。电接插件27安装在接头总成26以及双通道承压管221的两端，在每一个连接处，通过一组插座和插头实现相邻两个部件的电连接，例如第二双通道承压管与第三双通道承压管之间通过一个接头总成26连接在一起，在接头总成26的左右两端分别安装一个电接插件27，两端的电接插件27通过接头总成26的线路通道261中的电线电连接，在第二双通道承压管与接头总成26连接的一端安装与接头总成26一端相匹配的电接插件27，该电接插件27与第二双通道承压管内部的温压传感器单元231电连接，同理，在第三双通道承压管与接头总成26连接的一端，安装与接头总成一端相匹配的电接插件27，该电接插件27与位于第三双通道承压管内部的电池单元25电连接，当第二双通道承压管与第三双通道承压管通过接头总成26与电接插件27连接为一体时，温压传感器单元231与电池单元25实现电连接。另外，作为选择，各段双通道承压管221也可直接通过两端安装电接插件27的方式直接连接为一体，这样可缩短测井仪器2的整体长度。通过电接插件27实现设置于各段双通道承压管221内部的传感器单元23、信号转换单元24以及电池单元25之间的电连接，各个管段之间也可以快速拔插，安装方便，减少操作时间。

具体的，连续油管光缆总成1中还设置有用于测量井下参数(如连续油管光缆总成1内高压液体的温度、压力、冲击力或者加速度等)的分布式温度传感器、分布式振动传感器以及分布式应变传感器，分布式温度传感器、分布式振动传感器以及分布式应变传感器所测量的数据由光缆传输至数据采集处理系统3，数据采集处理系统3将光信号转化为电信号后进行分析统计等，并生成相应的分析图表，从而实现了连续油管光缆总成1内不同位置的高压液体参数的实时监测。优选的，由于光纤的布里埃反射固有频率与受力状况下的形变以及温度参数相关，所以通过测量光纤固有频率的变化得出其形变以及温度的变化关系，可计算出位于连续油管光缆总成1中光缆所受高压液体的冲击力以及高压液体温度等数据。

具体的，测井仪器2还包括安装在测井仪器载体22的另一端的下接头总成28，下接头总成28用于连接其他连续油管井下工具，可例如通过电接插件27将安装有其他功能的短节进行拓展挂接，扩展了测井仪器2的功能。

优选的，测井仪器2还包括承压管套29，承压管套29设置在测井仪器2的最外围，在光缆接头总成21、测井仪器载体22、传感器单元23、信号转换单元24、电池单元25以及接头总成26等部件均安装完毕后，将承压套管29套设在整个装置的外部，并进行固定，为减少承压套管29的安装难度，将光缆接头总成21以及测井仪器载体22、接头总成26的横截面设置为相同形状，且尺寸相等，只是在轴向长度有所差别，此时可将承压套管29设置为相同截面的圆柱形，套设并固定后加固了整个测井仪器2的机械结构，从而可以防止因高压液体对测井仪器2造成不必要的损伤而为测量工作添加麻烦。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种连续油管内置光缆的实时智能测井装置，包括连续油管光缆总成、测井仪器、以及数据采集处理系统，所述测井仪器设置在所述连续油管光缆总成的一端，其特征在于：所述测井仪器包括光缆接头总成、测井仪器载体、传感器单元、信号转换单元以及电池单元，其中：

所述测井仪器载体的一端通过所述光缆接头总成与所述连续油管光缆总成连接；

所述测井仪器载体由多段双通道承压管依次连接而成，所述双通道承压管包括上通道与下通道，所述上通道为传感器布置通道，所述下通道为高压液体流道；

所述光缆接头总成包括用于布置光缆的光缆通道以及用于高压液体流过的高压液体流道，所述光缆接头总成的高压液体流道与所述测井仪器载体的高压液体流道平滑过渡连通；

所述光缆通道内设置有用于密封光缆外层的第一光缆密封装置、用于固定光缆外层的光缆固定装置、以及用于密封光缆内层的第二光缆密封装置；

光缆依次穿过所述第一光缆密封装置以及所述光缆固定装置后，剥掉光缆外层后穿过所述第二光缆密封装置；

所述传感器单元、所述信号转换单元以及所述电池单元分别设置在各段所述双通道承压管的所述传感器布置通道内，且彼此之间电连接，并通过所述连续油管光缆总成中的光缆与所述数据采集处理系统电连接，所述连续油管光缆总成中还设置有用于测量井下参数的分布式温度传感器、分布式振动传感器以及分布式应变传感器，所述分布式温度传感器、所述分布式振动传感器以及所述分布式应变传感器的测量信号由光缆传输至所述数据采集处理系统；

所述测井仪器载体的各段双通道承压管之间通过接头总成进行连接，设置于各段双通道承压管内部的所述传感器单元、信号转换单元以及电池单元之间通过电插接件实现电连接，其中：

所述接头总成包括用于高压液体流过的高压液体流道以及设置电线的线路通道。

2.如权利要求1所述的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，其特征在于，所述传感器单元包括用于测量井下温度和压力的温压传感器单元以及用于测量井深的磁定位传感器单元，其中：

所述温压传感器单元与所述磁定位传感器单元分别与所述信号转换单元、所述电池单元电连接；所述信号转换单元与所述连续油管光缆总成中的光缆连接，所述信号转换单元将所述传感器单元的测量信号转化为光信号后由光缆传输至所述数据采集处理系统；

所述温压传感器单元包括用于测量测井仪器外部井下液体环境的温度和压力的第一温压传感器单元，以及用于测量测井仪器内部的高压液体的温度和压力的第二温压传感器单元。

3.如权利要求2所述的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，其特征在于，所述测井仪器载体包括第一双通道承压管、第二双通道承压管、第三双通道承压管以及第四双通道承压管，所述信号转换单元安装在所述第一双通道承压管的内部，所述温压传感器单元安装在所述第二双通道承压管的内部，所述电池单元安装在所述第三双通道承压管的内部，所述磁定位传感器单元安装在所述第四双通道承压管的内部。

4.如权利要求3所述的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，其特征在于，所述电插接件包括相互匹配的插座与插头。

5.如权利要求1所述的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，其特征在于，所述光缆接头总成的所述高压液体流道内设置有用于控制高压液体流动方向的单向阀。

6.如权利要求1所述的连续油管内置光缆的实时智能测井装置，其特征在于，所述测井仪器还包括安装在所述测井仪器载体的另一端的下接头总成，所述下接头总成用于连接其他连续油管井下工具。