CN113513302B - 基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法，把声敏热敏传感铠装光缆用金属卡子捆绑在垂直井、斜井或水平井的油气管外侧，构建了一个对油气生产井或注水井进行产液剖面或吸水剖面测量和长期动态监测系统的井下传感单元，加上井口附近的DAS和DTS调制解调仪器，共同组成井下产液剖面或吸水剖面测量和流体分布动态监测系统，对油气生产井或注水井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测。本发明为低成本、高精度、高可靠性的井下流体分布动态综合监测方法，便于在垂直井或水平井中测量和监测产液剖面或吸水剖面及其变化。

Description

基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于测井技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法。
背景技术
光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。
光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。光纤水听器具有灵敏度高，频响特性好等特点。由于采用光纤作信息载体，适宜远距离大范围监测。
常见的光纤水听器的基本结构大多为干涉型光纤水听器，技术最为成熟，其基本原理：由激光器发出的激光经光纤耦合器分为两路，一路构成光纤干涉仪的传感臂，接受声波的调制，另一路则构成参考臂，不接受声波的调制，或者接受声波调制与传感臂的调制相反，接受声波调制的光信号经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转换为电信号，由信号处理就可以获取声波的信息。
较传统水听器相比，光纤水听器具有灵敏度高，可以探测微弱信号；抗电磁干扰和信号串扰能力强，可以远距离传输；体积小，易于布放实施，且收放容易，高可靠性，并且大规模组网。光纤水听器技术也将掀起传感器改革的新篇章，为传统的测量手段带来新风向，光纤水听器阵列对空间信号进行测量，通过对每个固定位置上的水听器测量的声信号进行信号处理，确定声源位置，实现水下探测，水下目标侦测，水下/水面目标辐射噪声测量，并应用与水下安防，地震预测，海洋石油和天然气勘探等领域，是具有自主知识产权的水下探测技术，为港口防护、水声情报搜集以及目标探测提供技术支撑。
在大规模光纤水听器阵列组装过程中，面临的最大困难是当系统中存在数以千计的大量器件时，很难保证系统的光学均衡。光学系统的失衡，将影响系统的探测性能，对平衡要求提高，将大幅度增加系统的制造成本和制造难度，目前行业内已经发展了基于动态匹配的大容差光学均衡阵列设计与组装创新技术来解决这一问题。
井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。
常规生产测井系列仪器可以进行套管内或油管内的生产测井，生产测井又称开发测井，指在油井(包括采油井、注水井、观察井等)投产后至报废整个生产过程中，利用各种测试仪器进行井下测试以获取相应地下信息的测井。它包括三部分：(1)通过井内温度、压力和流体流量、持水率测定，了解产出和注入剖面，为油层改造提供依据：(2)检查和监测井身技术情况，包括固井质量、套管变形和破损等，为油井维修提供依据；(3)套管井储层评价。生产测井已成为油气藏科学管理和提高采收率不可缺少的手段。
我国大多数油田处于中高含水期，水平井找水难导致堵水更难的局面已成为制约我国油田水平井高效开发的瓶颈。如何找准水平井出水位置以便进行针对性控水措施是目前困扰我国三大石油公司十分棘手的难题。近年来随着光纤测量技术的快速发展，分布式光纤温度测试技术(DTS)逐渐成熟，它可以探测微小的温度变化，实时提供连续而准确的温度数据，于是可以通过DTS技术直接测试水平井温度分布来反演求取水平井产出剖面，获得水平井生产动态信息，实现出水位置的定量解释，避免了常规生产测井测试难度大、耗时长、误差大、成本高等诸多问题。
在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式温度(DTS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用。我们可以根据井下油气产出井段(射孔井段)测量到的温度变化或根据注水井注入井段(射孔井段)测量到的温度变化反演计算井液产出量或注水量。但是由于普通DTS调制解调仪器的空间分辨率和温度测量灵敏度有限，使得用DTS方法测量的井温变化量和准确位置有一定的误差，导致仅仅根据井温变化推算出的射孔段的井液产出量或注水量误差较大，而且无法仅仅根据井温的变化准确地推算出射孔段产出的油、气和水各是多少。
在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式声波传感(DAS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用，但是目前主要以DAS-VSP数据采集、微地震监测和被动地震数据采集为主。行业内刚开始利用DAS技术采集井下噪音数据，利用噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况。仅仅依靠井下噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况基本上属于定性或半定量解释，误差是比较大的。
发明内容
为了在油气井(包括采油井、采气井、注水井、观察井等)投产后至报废整个生产过程中，利用各种测试仪器进行井下测试以获取相应地下信息。它包括通过井内温度、压力和流体流量、持水率测定，了解产出(产液)和注入(吸水)剖面，为油层改造提供依据。生产测井已成为油气藏科学管理和提高采收率不可缺少的手段。由于常规生产测井仪器装备在高温高压井内作业的局限性，需要一种低成本、高精度、高可靠性手段了解油气井产出(产液)和注入(吸水)剖面的方法和技术。
以基于分布式光纤声波传感和分布式光纤温度传感测试的垂直或水平井产出剖面解释理论研究为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应(热膨胀、热传导、热对流、粘性耗散等)和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒温度变化的多相流垂直或水平井温度模型。由于压差的存在，流体在多孔介质中流动时，会产生粘滞耗散和热膨胀等热效应，所以在流体流入的这一点的温度会与原始地层温度不同。相反，如果地层中没有流体流动，那么此时测量到的油气藏流入温度就会与地层温度非常接近，从而可以用于确定温度剖面。通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式等因素对温度分布的影响规律，获得出水位置与温度分布关系的解释图版。以建立的水平井温度剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg-Marquardt(L-M)和马尔科夫链蒙特卡洛算法(MCMC)反演方法为基础的反演模型，在实现与温度测试数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿水平井的地层渗透率分布和产出剖面。依照提出的垂直或水平井产出剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产出剖面解释，解释分析不同出水形式(比如一种形式为底水油藏中的底水突破，另一种形式为油水同层，油和水从地层同一深度产出)、不同出水位置和垂直或水平井段不同产液贡献、不同渗透率分布下的垂直或水平井产出剖面。
普通单模光纤的声压灵敏度仅为-212dBrad·μPa-1·m-1，将普通的单模光纤安置在内含光纤膏的不锈钢管内封装成为铠装光缆后，光缆中的不锈钢管保护结构会进一步降低光缆的声压灵敏度。为了提高光纤声压灵敏度，本发明使用的分布式光纤水听器的解决方法是将长距离耐高温抗弯曲单模光纤紧密缠绕在耐高温耐腐蚀的声敏元件上。当声敏元件受到声波影响发生声致形变时，缠绕在上面的耐高温抗弯曲单模光纤也发生相应的形变。由于结构增益和长度增益，使得此分布式光纤水听器能够实现很高的声压灵敏度。本发明中使用了基于声敏材料芯棒的声敏传感光缆，传感光缆的支撑芯轴由特种声敏材料制成，在其上紧密缠绕耐高温抗弯曲单模光纤，最后挤塑一层耐高温耐腐蚀耐磨损且透声的护套，以达到声压增敏效果。
本发明提出了当把声敏热敏传感铠装光缆布设在垂直井、斜井或水平井的连续油管或气管外侧并金属卡子捆绑固定，就构建了一个对油气生产井或注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测和测量系统的井下传感单元。把井口地面的分布式光纤声波传感(DAS)和分布式光纤温度传感(DTS)调制解调仪器与声敏热敏传感铠装光缆在井口附近相连接，就组成了一个基于分布式光纤传感的井下流体动态分布长期综合监测系统。
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出了把铠装光缆捆绑在垂直井、斜井或水平井的套管外侧并用固井水泥永久性固定，把铠装光缆用金属卡子捆绑在连续油管外侧固定，把准分布式或串联式井下压力传感器用光电复合缆串联起来，构建了一个对油气生产井或注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测系统的井下传感单元，为油气藏科学管理和提高采收率提供不可缺少的手段、系统和方法。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，包括放置在井段内的表层金属套管，表层金属套管内设有金属油套管，金属油套管内设有油气管，油气管从井口到井底，油气管外侧固定有声敏热敏传感铠装光缆；
所述的井段为产油或产气井段的裸眼完井段或被射孔的井段，所述的油气管为连续油管或气管；
还包括放置于井口附近的DAS调制解调仪器和DTS调制解调仪器；DAS调制解调仪器和DTS调制解调仪器分别与声敏热敏传感铠装光缆连接；所述的DAS调制解调仪器为基于相干相位型Φ-OTDR原理的分布式光纤声波传感调制解调仪器，DTS调制解调仪器为分布式光纤温度传感调制解调仪器。
DAS调制解调仪器将光纤转化为分布式的声传感器阵列，包括阵元孔径、阵元间隔、阵列孔径等参数。DAS调制解调仪器每个传感单元获得的待测信号是通过光纤中前后两个位置xi,0、xi,1处的差分相位获得的，差分光纤长度(gauge length)为ΔL，其对应的光缆在轴向上的空间尺寸Δx＝xi,0-xi,1定义为阵元孔径；
所述的相干相位型Φ-OTDR系统，通过本地参考光的放大作用，较直接探测方案可获得更高信噪比；空间差分在数字域实现，空间分辨率灵活可变；通过频率分集和合并方案，消除信号衰落的影响，且可有效降低系统自噪声。
所述的声敏热敏传感铠装光缆内包括耐高温抗弯曲单模光纤和耐高温多模光纤，耐高温抗弯曲单模光纤紧密缠绕在声敏材料芯棒上，耐高温多模光纤设在声敏材料芯棒内部；耐高温抗弯曲单模光纤的尾端安装有消光器，两根耐高温多模光纤的尾端熔接成U字形。
所述的DAS调制解调仪器测量沿分布式光纤水听器的声波数据，DTS调制解调仪器测量沿耐高温多模光纤分布的温度传感数据，DAS调制解调仪器与耐高温抗弯曲单模光纤相连接，DTS调制解调仪器通过双端输入方式与两根耐高温多模光纤连接。
声敏热敏传感铠装光缆的直径为10mm到20mm之间，均匀缠绕在每米的声敏材料芯棒上的耐高温抗弯曲单模光纤长度为5m到10m之间.
所述的声敏材料芯棒由声敏材料制成，声敏热敏传感铠装光缆外设有透声护套。透声护套为耐高温耐腐蚀耐磨损的特种或复合材料制成。
还包括环形金属卡子，所述的环形金属卡子安装固定在油气管外侧，环形金属卡子将声敏热敏传感铠装光缆固定并贴合在油气管上，环形金属卡子固定并保护声敏热敏传感铠装光缆，也使其和连续油管或气管有良好的声学信号耦合。
所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的监测方法，包括以下步骤：
(a)、把油气管和声敏热敏传感铠装光缆同步缓慢的下入固井完井的金属油套管井里；
(b)、在井口处把所述的环形金属卡子按照相同的间距安装在油气管上，固定并保护声敏热敏传感铠装光缆在下油气管的安装过程中不被损坏以及使声敏热敏传感铠装光缆与油气管之间具有良好的声学信号耦合；
(c)、在井口处把声敏热敏传感铠装光缆内的耐高温抗弯曲单模光纤连接到DAS调制解调仪器的D信号输入端，把两根高温多模光纤连接到DTS调制解调仪器的DTS双端信号输入端；采用U字形多模光纤和双端输入的TDS系统，可以有效地消除地下高温环境给井下多模光纤带来的温度漂移影响；
(d)、在油气生产期间，通过放置在井口旁边的DAS调制解调仪器和DTS调制解调仪器连续监测和测量油气管外侧的DAS信号和DTS信号；
(e)、对DAS调制解调仪器和DTS调制解调仪器连续测量的DAS信号和DTS信号进行调制解调，将DAS数据和DTS数据转换成井下全井段的噪声强弱和温度高低的分布数据；
(f)、以基于DAS和DTS测量数据的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释理论为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应(热膨胀、热传导、热对流、粘性耗散等)和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒内温度变化和噪声变化的多相流垂直或水平井温度模型和噪声模型；由于压差的存在，流体在多孔介质中流动时，会产生粘滞耗散和热膨胀等热效应，所以在流体流入的这一点的温度会与原始地层温度不同。相反，如果地层中没有流体流动，那么此时测量到的油气藏流入温度就会与地层温度非常接近，从而可以用于确定温度剖面；
根据质量守恒在单位面积内流入的质量等于流出的量，在稳定条件下井筒内质量守恒方程：
Figure BDA0003068136500000051
ρi：各相密度，γ：射开面积和井筒表面积比，v：流速，yl：持率，R：井筒半径；
(g)通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式等因素对温度分布和噪声分布的影响规律，获得出水位置与温度分布和噪声分布关系的解释图版；
(h)通过分析井筒内单相或多相流动状态，考虑摩擦，重力等因素对压力的影响，利用质量和能量守恒建立稳态条件下井筒温度模型，得到产量和温度间的关系；
(i)吸水剖面是在注入井中，注入流体的温度通常比地层温度低，井温梯度会比正常的地温梯度低，根据不同层的温度变化可以计算各个层位对于注入水的分配比例；产液剖面是指多层油层纵向上的产液强度曲线与与温度的变化关系：在产油层位中，由于液体性质，流体温度在产层处由于压力降低而升高；在产气层中，当气体由储层高压状态进入井筒低压状态时，气体分子扩散并膨胀吸热，会形成局部的温度降低，从而识别产层流体。以建立的垂直或水平井温度剖面和噪声剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg-Marquardt(L-M)和马尔科夫链蒙特卡洛算法(MCMC)反演方法为基础的反演模型，在实现与温度和噪声测量数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿垂直或水平井的地层渗透率分布和产液剖面或吸水剖面；
(j)依照提出的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释，解释分析不同出水或吸水形式(比如一种形式为底水油藏中的底水突破，另一种形式为油水同层，油和水从地层同一深度产出)、不同出水或吸水位置和垂直或水平井段不同产液或吸水贡献、不同渗透率分布下的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面；
(k)根据步骤(j)获得的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面，计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化，从而实现对油气井开发生产过程及其变化的长期动态监测。
分布式光纤测温系统(DTS)用于实时测量井筒内的温度剖面，其原理是光在光纤中传输时产生的拉曼(Raman)散射和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息。大功率窄脉宽激光脉冲LD入射到传感光纤后，产生微弱的背向散射光，根据波长不同，分别是瑞利(Rayleigh)、反斯托克斯(Anti-stokes)和斯托克斯(Stokes)光。DTS是最为广泛使用的分布式温度监测技术，它能够精确测量光纤上每米的温度，最高工作温度达到300℃，精确到0.1℃，分辨率0.01℃。
利用井下光纤测量的温度数据、光纤测量的噪声数据和压力数据结合其他参数进行流量计算：如果产层存在一定的产量，理论上只要该产层产量大于零，则表示该产层的油层压力必然大于对应该段的井内流压。
从温度和能量守恒的角度来考虑，以上的两种情况将对应下面的能量形式：
Twf+Tentry＝Tmix(流压Pwf小于油层压力Pres)
Twf为井筒内流体温度，Tentry为从油层流下井筒内的流体温度，Tmix为混合后沿井筒向井口流动的温度。上式表示的是一定质量的Twf工质混合上一定质量的Tentry工质，得到总质量为二者之和的Tmix工质。Tentry与地层温度Tres在有产出情况下是不相等的，这是由于流体的焦耳汤姆逊效应(简称J-T效应)造成的。
本发明提供的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法，为低成本、高精度、高可靠性的井下流体分布动态综合监测方法和技术，便于在垂直井或水平井中测量和监测产液剖面或吸水剖面及其变化。本发明提出了把声敏热敏传感铠装光缆用金属卡子捆绑在垂直井、斜井或水平井的连续油管或气管外侧，构建了一个对油气生产井或注水井进行产液剖面或吸水剖面测量和长期动态监测系统的井下传感单元，加上井口附近的分布式声波传感(DAS)调制解调仪器和分布式温度传感(DTS)调制解调仪器，共同组成基于分布式光纤传感的井下产液剖面或吸水剖面测量和流体分布动态监测系统及其数据采集处理解释方法，对油气生产井或注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测，为油气藏科学管理和提高采收率提供不可缺少的手段、系统和方法。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明的分布式光纤水听器结构示意图。
图3是本发明的分布式光纤水听器结构横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明的一种基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的具体实施方式，如下所示：
如图1所示，基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，包括放置在井段3内的表层金属套管1，表层金属套管1内设有金属油套管2，金属油套管2内设有油气管4，油气管4从井口到井底，油气管4外侧固定有声敏热敏传感铠装光缆5；
所述的井段3为产油或产气井段的裸眼完井段或被射孔的井段3，所述的油气管4为连续油管或气管；
还包括放置于井口附近的DAS调制解调仪器11和DTS调制解调仪器12；DAS调制解调仪器11和DTS调制解调仪器12分别与声敏热敏传感铠装光缆5连接；所述的DAS调制解调仪器11为基于相干相位型Φ-OTDR原理的分布式光纤声波传感调制解调仪器，DTS调制解调仪器12为分布式光纤温度传感调制解调仪器。
Φ-OTDR将光纤转化为分布式的声传感器阵列，包括阵元孔径、阵元间隔、阵列孔径等参数。Φ-OTDR每个传感单元获得的待测信号是通过光纤中前后两个位置xi,0、xi,1处的差分相位获得的，差分光纤长度(gauge length)为ΔL，其对应的光缆在轴向上的空间尺寸Δx＝xi,0-xi,1定义为阵元孔径；
所述的相干相位型Φ-OTDR系统，通过本地参考光的放大作用，较直接探测方案可获得更高信噪比；空间差分在数字域实现，空间分辨率灵活可变；通过频率分集和合并方案，消除信号衰落的影响，且可有效降低系统自噪声。
如图2到图3所示，所述的声敏热敏传感铠装光缆5内包括耐高温抗弯曲单模光纤7和耐高温多模光纤9，耐高温抗弯曲单模光纤7紧密缠绕在声敏材料芯棒6上，耐高温多模光纤9设在声敏材料芯棒6内部；耐高温抗弯曲单模光纤7的尾端安装有消光器8，两根耐高温多模光纤9的尾端熔接成U字形。
所述的DAS调制解调仪器11测量沿分布式光纤水听器的声波数据，DTS调制解调仪器12测量沿耐高温多模光纤分布的温度传感数据，DAS调制解调仪器11与耐高温抗弯曲单模光纤7相连接，DTS调制解调仪器12通过双端输入方式与两根耐高温多模光纤9连接。
声敏热敏传感铠装光缆5的直径为10mm到20mm之间，均匀缠绕在每米的声敏材料芯棒6上的耐高温抗弯曲单模光纤7长度为5m到10m之间。
所述的声敏材料芯棒6由声敏材料制成，声敏热敏传感铠装光缆5外设有透声护套10。透声护套10为挤塑的一层透声的耐高温耐腐蚀耐磨损的特种或复合材料，以达到声压增敏效果。
还包括环形金属卡子13，所述的环形金属卡子13安装固定在油气管4外侧，环形金属卡子13将声敏热敏传感铠装光缆5固定并贴合在油气管4上。
实施例提出的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统及监测方法，为低成本、高精度、高可靠性的井下流体分布动态综合监测方法和技术，便于在垂直井或水平井中测量和监测产液剖面或吸水剖面及其变化。本发明提出了把声敏热敏传感铠装光缆5用金属卡子13捆绑在垂直井、斜井或水平井的油气管4外侧，构建了一个对油气生产井或注水井进行产液剖面或吸水剖面测量和长期动态监测系统的井下传感单元，加上井口附近的DAS调制解调仪器11、DTS调制解调仪器12，共同组成基于分布式光纤传感的井下产液剖面或吸水剖面测量和流体分布动态监测系统及其数据采集处理系统，对油气生产井或注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井的产液剖面或吸水剖面进行长期动态监测，为油气藏科学管理和提高采收率提供不可缺少的手段、系统和方法。
采用上述基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的监测方法，包括以下步骤：
(a)、把油气管4和声敏热敏传感铠装光缆5同步缓慢的下入井段3的金属油套管2井里；
(b)、在井口处把所述的环形金属卡子13按照相同的间距安装在油气管4上，固定并保护声敏热敏传感铠装光缆5在下油气管4的安装过程中不被损坏以及使声敏热敏传感铠装光缆5与油气管4之间具有良好的声学信号耦合；
(c)、在井口处把声敏热敏传感铠装光缆5内的耐高温抗弯曲单模光纤7连接到DAS调制解调仪器11的D信号输入端，把声敏热敏传感铠装光缆5内的两根耐高温多模光纤9连接到DTS调制解调仪器12的DTS双端信号输入端；
(d)、在油气生产期间，通过放置在井口旁边的DAS调制解调仪器11和DTS调制解调仪器12连续监测和测量油气管4外侧的DAS信号和DTS信号；
(e)、对DAS调制解调仪器11和DTS调制解调仪器12连续测量的DAS信号和DTS信号进行调制解调，将DAS数据和DTS数据转换成井下全井段的噪声强弱和温度高低的分布数据；
(f)、吸水剖面是在注入井中，注入流体的温度通常比地层温度低，井温梯度会比正常的地温梯度低，根据不同层的温度变化可以计算各个层位对于注入水的分配比例；产液剖面是指多层油层纵向上的产液强度曲线与与温度的变化关系：在产油层位中，由于液体性质，流体温度在产层处由于压力降低而升高；在产气层中，当气体由储层高压状态进入井筒低压状态时，气体分子扩散并膨胀吸热，会形成局部的温度降低，从而识别产层流体。以基于DAS和DTS测量数据的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释理论为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应(热膨胀、热传导、热对流、粘性耗散等)和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒内温度变化和噪声变化的多相流垂直或水平井温度模型和噪声模型；
根据质量守恒在单位面积内流入的质量等于流出的量，在稳定条件下井筒内质量守恒方程：
Figure BDA0003068136500000091
ρi：各相密度，γ：射开面积和井筒表面积比，v：流速，yl：持率，R：井筒半径；
(g)通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式等因素对温度分布和噪声分布的影响规律，获得出水位置与温度分布和噪声分布关系的解释图版；
(h)通过分析井筒内单相或多相流动状态，考虑摩擦，重力等因素对压力的影响，利用质量和能量守恒建立稳态条件下井筒温度模型，得到产量和温度间的关系；
(i)以建立的垂直或水平井温度剖面和噪声剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg-Marquardt(L-M)和马尔科夫链蒙特卡洛算法(MCMC)反演方法为基础的反演模型，在实现与温度和噪声测量数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿垂直或水平井的地层渗透率分布和产液剖面或吸水剖面；
(j)依照提出的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释，解释分析不同出水或吸水形式(比如一种形式为底水油藏中的底水突破，另一种形式为油水同层，油和水从地层同一深度产出)、不同出水或吸水位置和垂直或水平井段不同产液或吸水贡献、不同渗透率分布下的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面；
(k)根据步骤(j)获得的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面，计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化，从而实现对油气井开发生产过程及其变化的长期动态监测。

Claims (2)

1.基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统，其特征在于，包括放置在井段（3）内的表层金属套管（1），表层金属套管（1）内设有金属油套管（2），金属油套管（2）内设有油气管（4），油气管（4）从井口到井底，油气管（4）外侧固定有声敏热敏传感铠装光缆（5）；
所述的井段（3）为产油或产气井段的裸眼完井段或被射孔的井段（3），所述的油气管（4）为连续油管或气管；
还包括放置于井口附近的DAS调制解调仪器（11）和DTS调制解调仪器（12）；DAS调制解调仪器（11）和DTS调制解调仪器（12）分别与声敏热敏传感铠装光缆（5）连接；所述的DAS调制解调仪器（11）为基于相干相位型Φ-OTDR原理的分布式光纤声波传感调制解调仪器，DTS调制解调仪器（12）为分布式光纤温度传感调制解调仪器；
所述的声敏热敏传感铠装光缆（5）内包括耐高温抗弯曲单模光纤（7）和耐高温多模光纤（9），耐高温抗弯曲单模光纤（7）紧密缠绕在声敏材料芯棒（6）上，耐高温多模光纤（9）设在声敏材料芯棒（6）内部；耐高温抗弯曲单模光纤（7）的尾端安装有消光器（8），两根耐高温多模光纤（9）的尾端熔接成U字形；
所述的DAS调制解调仪器（11）测量沿分布式光纤水听器的声波数据，DTS调制解调仪器（12）测量沿耐高温多模光纤分布的温度传感数据，DAS调制解调仪器（11）与耐高温抗弯曲单模光纤（7）相连接，DTS调制解调仪器（12）通过双端输入方式与耐高温多模光纤（9）连接；
声敏热敏传感铠装光缆（5）的直径为10 mm到20mm之间，均匀缠绕在每米的声敏材料芯棒（6）上的耐高温抗弯曲单模光纤（7）长度为5 m到10m之间；
所述的声敏材料芯棒（6）由声敏材料制成，声敏热敏传感铠装光缆（5）外设有透声护套（10）；
还包括环形金属卡子（13），所述的环形金属卡子（13）安装固定在油气管（4）外侧，环形金属卡子（13）将声敏热敏传感铠装光缆（5）固定并贴合在油气管（4）上。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤水听器的井下流体监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）、把油气管（4）和声敏热敏传感铠装光缆（5）同步缓慢的下入固井完井的金属油套管（2）井里；
（b）、在井口把所述的环形金属卡子（13）按照相同的间距安装在油气管（4）上，固定并保护声敏热敏传感铠装光缆（5）在下油气管（4）的安装过程中不被损坏以及使声敏热敏传感铠装光缆（5）与油气管（4）之间具有良好的声学信号耦合；
（c）、在井口处把声敏热敏传感铠装光缆（5）内的耐高温抗弯曲单模光纤（7）连接到DAS调制解调仪器（11）的D信号输入端，把两根高温多模光纤（9）连接到DTS调制解调仪器（12）的DTS双端信号输入端；
（d）、在油气生产期间，通过放置在井口旁边的DAS调制解调仪器（11）和 DTS调制解调仪器（12）连续监测和测量油气管（4）外侧的DAS信号和DTS信号；
（e）、对DAS调制解调仪器（11）和 DTS调制解调仪器（12）连续测量的DAS信号和DTS信号进行调制解调，将DAS数据和DTS数据转换成井下全井段的噪声强弱和温度高低的分布数据；
（f）、以基于DAS和DTS测量数据的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释理论为技术支撑，从油藏渗流和井筒流动及热力学机理出发，基于质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，考虑微热效应和地层伤害的影响，描述油藏和井筒内的传热过程，建立考虑地层和井筒内温度变化和噪声变化的多相流垂直或水平井温度模型和噪声模型；
（g）通过求解由油藏渗流、井筒多相流及油藏和井筒热学模型构成的复合模型，分析流入流体类型、渗透率、含水率、井眼轨迹、完井方式因素对温度分布和噪声分布的影响规律，获得出水位置与温度分布和噪声分布关系的解释图版；
（h）通过分析井筒内单相或多相流动状态，考虑摩擦、重力因素对压力的影响，利用质量和能量守恒建立稳态条件下井筒温度模型，得到产量和温度间的关系；
（i）以建立的垂直或水平井温度剖面和噪声剖面预测复合模型为正演模型，以地层渗透率为参数识别目标，建立以Levenberg-Marquardt和马尔科夫链蒙特卡洛算法反演方法为基础的反演模型，在实现与温度和噪声测量数据最佳拟合的情况下使目标函数达到最小，经过一系列正反演过程，获得沿垂直或水平井的地层渗透率分布和产液剖面或吸水剖面；
（j）依照提出的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面反演解释流程，进行垂直或水平井产液剖面或吸水剖面解释，解释分析不同出水或吸水形式、不同出水或吸水位置和垂直或水平井段不同产液或吸水贡献、不同渗透率分布下的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面；
（k）根据步骤（j）获得的垂直或水平井产液剖面或吸水剖面，计算出井下每个油气产出井段的油、气、水的流量及其变化，或井下每个注水或注蒸汽或注二氧化碳或注聚合物井段的注入量及其变化，从而实现对油气井开发生产过程及其变化的长期动态监测。
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