CN109119196A - 一种光电复合缆及连续油管测井系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测井缆线技术领域，具体公开一种光电复合缆，包括外强度管、位于外强度管内的内强度管、附于内强度管外表面上的导电层、位于导电层与外强度管之间的绝缘层，以及预置于内强度管中的光纤组和填充在内强度管中的光纤保护介质。本发明还公开一种连续油管测井系统，包括位于井底的数据测量端、位于井上的数据收集处理端，以及连接数据测量端与数据收集处理端的连续油管总成，连续油管总成包括连续油管以及置于连续油管内的光电复合缆。本发明的光电复合缆，将电力供应与信号传输集为一体实现，大幅提升测量数据传输的的准确性。本发明的连续油管测井系统，通过光电复合缆传送的数据对井下情况有更加准确的分析与判断。
Description
技术领域
本发明涉及测井缆线技术领域，尤其涉及一种光电复合缆及连续油管测井系统。
背景技术
伴随着150年来人类对石油、天然气的持续开采，全球浅层(5km深度以内)的常规油气资源日益枯竭，已经远远不能满足人类活动的能源需求，近年来全球油气勘探和开采活动正迅速向7-10km(超深)地层、(超深)海油气储层和大位移(超长)页岩气水平井储层资源迈进。承荷探测的电缆不仅要在高温、高压、高腐蚀的井下环境里实现与地面间稳定的电力与信号传输，还要承受电缆本身与井下仪器串重力带来的高机械强度的要求，因此用于超深井(7-10km)的超长承荷探测电缆的开发是一个系统性的技术挑战。近年来测井技术发展迅速，地面操作系统向大型复合型方向发展，声电核磁的系列井下仪器全面转向成像化，超深超长的非常规井段开发比例越来约高，这都对传统电缆传输性能提出了更高的要求。
目前我国大多数测井电缆生产商只具有开发浅层油井承荷探测电缆的能力，近万米超深井测井电缆是我国的技术空白，承荷探测电缆的性能很大程度地制约了我国石油、天然气勘探与开采工业的发展，致使我国油气勘探技术发展缓慢，所以设计一种适用于超深井的缆线是现阶段亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种光电复合缆及连续油管测井系统。
一种光电复合缆，包括外强度管、位于外强度管内的内强度管、附于内强度管外表面上的导电层、位于导电层与外强度管之间的绝缘层，以及预置于内强度管中的光纤组和填充在内强度管中的光纤保护介质，其中：光纤组用于光信号传输，导电层用于电信号传输。
进一步的，光纤组包括单模光纤与多模光纤。
进一步的，光纤组还用做分布式传感器。
进一步的，外强度管与内强度管均为金属管。
进一步的，光电复合缆的端部还包括密封胶，其中：内强度管端部向外翻边，外强度管端部向内收口，且外强度管端部长于内强度管端部；密封胶位于外强度管内侧且包覆内强度管端部的翻边，密封胶包覆在光纤组外周，光纤组端部穿出密封胶。
进一步的，光纤保护介质为液态的硅基纤膏。
进一步的，导电层为铜质缠绕带、铜网、薄壁铜管或铜质镀层。
进一步的，光电复合缆还包括铠装在光电复合缆外部的外铠钢丝与内铠钢丝，其中：内铠钢丝螺旋在外强度管的外部，外铠钢丝螺旋在内铠钢丝的外部，外铠钢丝与内铠钢丝的螺旋方向相反。
进一步的，外铠钢丝与内铠钢丝满足：N1T1*(PD+2d1)*sin(2α1)＝N2T2*(PD+2d1+2d2)*sin(2α2)，其中：α1为内铠钢丝成缆角，α2为外铠钢丝成缆角，N1为内铠钢丝的根数，N2为外铠钢丝的根数，T1为每根内铠钢丝所受拉力，T2为每根外铠钢丝所受拉力，d1为内铠钢丝的丝径，d2为外铠钢丝的丝径，PD为光电复合缆的线径。
本发明实施例的一种光电复合缆，采用光纤组作为数据传输的高速通道，将电力供应与信号传输集为一体实现，保证了井下测量设备的电力供应，大幅提升测量数据传输的的准确性。
一种连续油管测井系统，包括位于井底的数据测量端、位于井上的数据收集处理端，以及连接数据测量端与数据收集处理端的连续油管总成，其中：连续油管总成包括连续油管，以及置于连续油管内的光电复合缆；数据测量端将井内各环境参数进行测量后，经光电复合缆将所测参数传送至数据收集处理端进行分析计算。
本发明实施例的一种连续油管测井系统，采用以上实施例的光电复合缆，保证井下数据测量端所采集的数据传送至井上用于分析，所传送的数据也更加稳定与精确，井上测量人员可通过光电复合缆传送的数据对井下情况有更加准确的分析与判断，使油井开采技术得到更进一步的发展。
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为本发明实施例的一种光电复合缆的截面示意图；
图2为本发明实施例的一种光电复合缆的A-A剖面示意图；
图3为本发明另一实施例的一种光电复合缆的截面示意图；
图中：1-外强度管、2-内强度管、3-导电层、4-绝缘层、5-光纤组、501-单模光纤、502-多模光纤、6-光纤保护介质、7-密封胶、8-外铠钢丝、9-内铠钢丝。
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。
如图1所示，本发明实施例提供一种光电复合缆，本实施例的光电复合缆包括外强度管1、位于外强度管1内的内强度管2、附于内强度管2外表面上的导电层3、位于导电层3与外强度管1之间的绝缘层4，以及预置于内强度管2中的光纤组5和填充在内强度管2中的光纤保护介质6，其中：光纤组5用于光信号传输，导电层3用于电信号传输。本实施例的外强度管1与内强度管2提供光电复合缆的绝大部分机械强度；光纤保护介质6用于保护光纤组2，降低光纤组2在使用过程中所受损伤以及高温情况下氢化带来的老化问题；绝缘层4用于为光电复合缆一端所接仪器提供稳定的电力回路。本实施例对光电复合缆各个组成部分的材料不做具体的限定，本领域技术人员根据本实施例所达到的设计目的自行选择材质进行制成即可。本实施例的光电复合缆运用在测井中，采用光纤组5作为数据传输的高速通道，将电力供应与信号传输集为一体实现，保证了井下测量设备的电力供应，大幅提升测量数据传输的的准确性；通过本实施例光电复合缆独特的结构设计，可实现多次重复卷曲，继而多次使用，增长缆线使用寿命，降低测井运营成本；本实施例的光电复合缆与井下成像仪器串接，使测井人员对水平井多段压裂的实时效果评估和现场优化成为可能；本实施例的光电复合缆可运用在超深井测量中，解决了我国油气勘探技术对于缆线性能这一技术瓶颈。
具体的，本实施例中的光纤组5包括单模光纤501与多模光纤502，单模光纤501的中心玻璃芯芯径一般为9或10μm，只能传一种模式的光，因此其模间色散很小，适用于远程通讯，且单模光纤501对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，而多模光纤502的中心玻璃芯芯径一般为50或62.5μm，可传多种模式的光，但其模间色散较大，限制了传输信号的频率，因此多模光纤502适用于较近距离的通讯，一般只有几公里。所以根据单模光纤501和多模光纤502的优缺点，本领域技术人员在具体使用时，根据预设的传输距离自行确定信号传输所用为单模光纤501还是多模光纤502，本实施例在此处不做具体限定。本实施例对单模光纤501、多模光纤502的具体数量不作限定，本领域技术人员根据具体使用要求进行设计即可。
具体的，本实施例中的光纤组5还用做分布式传感器。光纤式的分布式传感器利用光纤作为传感敏感元件和信号传输介质，主要是向后散射类传感方式，通过OTDR技术向光纤中注入光脉冲并接收光纤内的向后散射光实现传感，外部事件会对向后散射光的幅度、相位、波长(频率)和偏振态产生影响，利用入射信号和返回信号的时间差计算出事件点与OTDR的距离，实现了分布式测量，探测出沿着光纤不同位置的温度、应变力等参数。
具体的，本实施例中的外强度管1与内强度管2均为金属管。金属管具有较高的强度，以便于承担光电复合缆的绝大部分机械强度，由于本实施例中的光电复合缆多用于测井，所以具有一定的长度，所以在制造时，采用多段短距离金属管进行激光焊接的方式，保证机械强度的承受。本实施例中的金属管可为不锈钢或镍基合金钢制成，本领域技术人员还可选用其他具有较高强度的金属制成，此处不做具体的限定。内强度管2采用金属制成，还可以提高光电复合缆的导电性，确保电力的正常供应。外强度管1为光电复合缆与井下仪器连接时提供封严面，保证光电复合缆与井下仪器之间的封闭连接。
具体的，如图2所示，本实施例的光电复合缆的端部还包括密封胶7，其中：内强度管2端部向外翻边，外强度管1端部向内收口，且外强度管1端部长于内强度管2端部；密封胶7位于外强度管1内侧且包覆内强度管2端部的翻边，密封胶7包覆在光纤组5外周，光纤组5端部穿出密封胶7。本实施例的密封胶7将光电复合缆的内强度管2以及绝缘层4、光纤保护介质6进行包覆，防止光纤保护介质6流出；密封胶7包覆在光纤组5外周且将光纤组5的端部露出，使光纤组5不会在内强度管2中发生位移，进而保证光纤组5的长度不会发生变化，保证光电复合缆续接时的密封性以及光信号传输的稳定性。本实施例对密封胶7的具体成份不作限定，只需实现本实施例的设计要求即可，本领域技术人员通过经验自行选用。
具体的，本实施例中的光纤保护介质6为液态的硅基纤膏。本实施例的光纤保护介质6还可用其他缓冲材料制成，例如碳纤维，此处不做具体的限定。光纤保护介质6填充在内强度管2中，使光电复合缆的移动时，内部的光纤组5可以通过光纤保护介质6实现一定的缓冲，避免光纤组5受到损伤而影响信号的传输。
具体的，本实施例中的导电层3为铜质缠绕带、铜网、薄壁铜管或铜质镀层。铜质材料的导电性相对较佳，本领域技术人员还可选用其他材质的导电层3，但应当以导电性为最主要的考量因素。本实施例的导电层3用于电力传输，所以采用铜质缠绕带、铜网、薄壁铜管或铜质镀层中的任意一种只需实现本实施例的设计目的即可，本实施例对铜质缠绕带、铜网、薄壁铜管或铜质镀层的厚度不做具体的限定，优选的，本实施例的导电层所达到的等效电阻值不大于20欧姆。当导电层3为薄壁铜管时，为便于光电复合缆的生产，采用激光焊接的方式将多段薄壁铜管进行焊接，以实现本实施例的设计目的。
具体的，本实施例中的绝缘层4为耐高温的绝缘非金属材料制成，通过高温高压挤塑而成，本实施例对于绝缘层4的厚度以及具体组成成分不做限定，优选的，绝缘层4的厚度略大于外强度管1和导电层3之间的间隙，以实现抗高温蠕变，具体尺寸本领域技术人员自行设计即可。
具体的，如图3所示，本发明实施例的光电复合缆，在以上实施例的基础上，本实施例还包括铠装在光电复合缆外部的外铠钢丝8与内铠钢丝9，其中：内铠钢丝9螺旋在以上实施例的光电复合缆的外部，即外强度管1的外部，外铠钢丝8螺旋在内铠钢丝9的外部，且外铠钢丝8与内铠钢丝9的螺旋方向相反。本实施例的光电复合缆设置的外铠钢丝8与内铠钢丝9是为了光电复合缆在受拉力的状态下能够有更强的保护，避免光电复合缆断裂，将外铠钢丝8与内铠钢丝9的螺旋方向设置相反，是为了光电复合缆在受力时，尽量避免因螺旋设置的内铠钢丝9或者外铠钢丝8的作用而发生扭转。本实施例对外铠钢丝8与内铠钢丝9的数量不作限定，对外铠钢丝8与内铠钢丝9的丝径大小也不做具体的限定，优选的，将外铠钢丝8与内铠钢丝9的数量按具体的设计要求与生产工艺来确定，一般情况下外铠钢丝8的丝径大于内铠钢丝9的丝径。更优选的，外铠钢丝8与内铠钢丝9进行扭矩平衡的结构优化计算，即满足：N1T1*(PD+2d1)*sin(2α1)＝N2T2*(PD+2d1+2d2)*sin(2α2)，其中：α1为内铠钢丝成缆角，α2为外铠钢丝成缆角，N1为内铠钢丝的根数，N2为外铠钢丝的根数，T1为每根内铠钢丝所受拉力，T2为每根外铠钢丝所受拉力，d1为内铠钢丝的丝径，d2为外铠钢丝的丝径，PD为光电复合缆的线径。满足本实施例的限定即为外铠钢丝8、内铠钢丝9在最大安全工作应力作用下内外铠间实现扭矩平衡，即光电复合缆在受力时不会产生任何扭转，在测井时不再需要通过设置在地面上的绞盘就可以达到两端固定的效果。国内现有的测井用线缆均是按照需两端固定的方式进行设计的，但油田测井的实际操作中，地面使用绞盘的情况并不多见，进而会存在较大的安全隐患，这是需要亟待纠正的测井操作。所以本实施例的光电复合缆在测井时，不需要设置绞盘，还能够最大限度的保证操作人员的安全，有效的避免安全事故发生，保证光电复合缆的使用寿命以及可靠性。
需要说明的是，本发明说明书附图仅是对本发明实施例光电复合缆的结构进行展示，并不能理解为对光电复合缆各组成部分的尺寸或者比例关系进行的限定。
本发明还提供一种连续油管测井系统，包括位于井底的数据测量端、位于井上的数据收集处理端，以及连接数据测量端与数据收集处理端的连续油管总成，其中：连续油管总成包括连续油管，以及置于连续油管内的光电复合缆；数据测量端将井内各环境参数进行测量后，经光电复合缆将所测参数传送至数据收集处理端进行分析计算。本实施例中的光电复合缆可采用以上实施例中的光电复合缆，以实现更加准确的数据传送。本实施例对数据测量端的具体设计不做限定，本领域技术人员可参考现有技术进行实现，例如公开号为CN206737905U的发明专利中公开的一种连续油管光缆测井装置就可实现本实施例的设计目的。本实施例对数据收集处理端的具体设计也不做限定，通过计算机对所接收到的数据进行分析运算就可得到井内或井底数据测量端对各环境参数的测量，环境参数可包括温度、压力、所在位置等，此处不做限定。本实施例的连续油管测井系统，采用以上实施例的光电复合缆，保证井下数据测量端所采集的数据传送至井上用于分析，所传送的数据也更加稳定与精确，井上测量人员可通过光电复合缆传送的数据对井下情况有更加准确的分析与判断，使油井开采技术得到更进一步的发展。
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 (10)
1.一种光电复合缆，其特征在于，所述光电复合缆包括外强度管、位于所述外强度管内的内强度管、附于所述内强度管外表面上的导电层、位于所述导电层与所述外强度管之间的绝缘层，以及预置于所述内强度管中的光纤组和填充在所述内强度管中的光纤保护介质，其中：
所述光纤组用于光信号传输，所述导电层用于电信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述光纤组包括单模光纤与多模光纤。
3.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述光纤组还用做分布式传感器。
4.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述外强度管与所述内强度管均为金属管。
5.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述光电复合缆的端部还包括密封胶，其中：
所述内强度管端部向外翻边，所述外强度管端部向内收口，且所述外强度管端部长于所述内强度管端部；
所述密封胶位于所述外强度管内侧且包覆所述内强度管端部的翻边，所述密封胶包覆在所述光纤组外周，所述光纤组端部穿出所述密封胶。
6.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述光纤保护介质为液态的硅基纤膏。
7.根据权利要求1所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述导电层为铜质缠绕带、铜网、薄壁铜管或铜质镀层。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述光电复合缆，还包括铠装在所述光电复合缆外部的外铠钢丝与内铠钢丝，其中：
所述内铠钢丝螺旋在所述外强度管的外部，所述外铠钢丝螺旋在所述内铠钢丝的外部，所述外铠钢丝与所述内铠钢丝的螺旋方向相反。
9.根据权利要求8所述的一种光电复合缆，其特征在于，所述外铠钢丝与所述内铠钢丝满足：N1T1*(PD+2d1)*sin(2α1)＝N2T2*(PD+2d1+2d2)*sin(2α2)，其中：α1为内铠钢丝成缆角，α2为外铠钢丝成缆角，N1为所述内铠钢丝的根数，N2为所述外铠钢丝的根数，T1为每根所述内铠钢丝所受拉力，T2为每根所述外铠钢丝所受拉力，d1为所述内铠钢丝的丝径，d2为所述外铠钢丝的丝径，PD为所述光电复合缆的线径。
10.一种连续油管测井系统，其特征在于，包括位于井底的数据测量端、位于井上的数据收集处理端，以及连接所述数据测量端与所述数据收集处理端的连续油管总成，其中：
所述连续油管总成包括连续油管，以及置于所述连续油管内的如权利要求8至9中任一项所述的光电复合缆；
所述数据测量端将井内各环境参数进行测量后，经所述光电复合缆将所测参数传送至所述数据收集处理端进行分析计算。
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