CN114562254A - 基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，涉及地下井流体压力测量技术领域，其可至少部分解决现有技术中无法实现全井段的地下或井下流体压力的实时测量和监测的问题，本发明实施例一的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括外铠装光缆和/或内铠装光缆，外铠装光缆包括外微结构光纤和外多模光纤，外微结构光纤用于测量井下地下岩层孔隙中的流体压力，所述外多模光纤用于测量井下地下岩层不同位置/深度的温度；内铠装光缆包括内微结构光纤和内多模光纤，内微结构光纤用于测量井下油气管柱内、外的流体压力，内多模光纤用于测量多模光纤用于测量井下油气管柱上不同位置的温度。
Description
技术领域
本发明涉及地下井中流体压力测量技术领域，具体涉及基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法。
背景技术
微结构光纤是一种新型光纤，其纤芯或包层不再是传统光纤那样的单一结构，而是在其中引入了一些微小结构，如包层中周期性结构、纤芯中缺陷结构等，以此来获得不同于传统光纤的性能。
引入的微小结构极大地增加了光纤的设计自由度，通过调整结构，可以得到传统光纤不具备的优良特性，被广泛应用于光纤通信、光纤传感、非线性光纤光学及新型光纤功能器件等领域。与传统光纤相比，微结构光纤由于引入了不同的微小结构，设计较为灵活，因此具有以下优点：
灵活的色散特性。可以实现近零色散平坦、大负色散、零色散等，而色散可控对于实际应用如光通信系统、色散补偿、线性和非线性光学等有非常重要的意义。
较低的损耗特性和大模场面积特性。可以通过改变光纤结构有效降低损耗，通过增大模场面积有效降低光纤中的非线性效应，从而改善光纤的传输特性。大模场面积特性还适合高功率激光传输。目前低损耗微结构光纤的制备工艺和成本制约了其作为传输光纤替代现有光纤的推进。
高非线性特性。可以灵活设计纤芯结构和选用高非线性光纤材料，使其具有较高的非线性，结合色散可控的特性，在超连续谱等非线性光纤的研究中起着重要作用。
高双折射特性。可以在两个垂直方向上实现较大的有效折射率差，相较传统光纤可以将双折射提高一到两个数量级，能够应用于新型保偏光纤等方面。
除以上特性外，微结构光纤还具有可填充性。可以在微结构光纤的空芯或包层空气孔中进行填充，一方面填充材料改变了光纤的折射率分布，从而改变光纤的基本性能；另一方面，填充温度、电场、磁场等敏感材料，可实现温度、电场、磁场等物理量的高灵敏传感。
光纤传感系统可以用于地面三分量地震信号和井下压力、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。目前有多种地下和井下铠装光缆的布设方法，比如埋放在地表以下的浅沟内、安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在连续油气管柱外侧、投放在套管内、油气管柱内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。
传统的井下压力、温度、噪声和震动信号测量通常使用的是井下测井仪器或井下电子传感器，这些电子传感器都需要耐高温、耐高压、在井下长时间工作，而这些工作环境和条件对常规电子传感器是非常困难的挑战，这些电子传感器还很难布设到套管的外侧，由于一条电缆上能够连接的电子传感器数量有限，也没有办法实现全井段的井下压力、温度、噪声和振动信号的实时测量和监测。目前有在光缆尾端连接一个光栅压力传感器或光纤法泊腔压力传感器测量单点或井底的流体压力，同样无法实现全井段的地下或井下流体压力的实时测量和监测。另外一个问题是连接在光缆尾端的光栅或光纤压力传感器体积和直径太大，井下作业困难，难以穿过套管和油气管柱之间的有限环空和分割器，也非常难于进行可靠的密封，且设备和安装成本极高，难以大规模推广应用。
发明内容
产液或产出剖面是指多层油层纵向上的产液强度曲线与油层顶界、底界、厚度围成的面积与总面积的百分比；吸水剖面指的是水井高速注入低温流体后温度低于地温，计算出的各层位对于注入水的分配比例。两个剖面的主要影响因素是井温局部变化。井筒的温度剖面会随着井筒与周围地层发生流体交换而发生变化，主要受到流体交换速度、地层渗透率、流体和岩体的热物理学特性等影响，各层段井下温度的变化幅度不同，从而为生产解释提供理论依据。
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。利用温度与压力的关系，利用测温可以同时得到温度和压力参数。
当地层岩石孔隙中的流体压力Pwf小于油气层压力Pres时，从温度和能量守恒的角度来考虑：Twf+Tentry＝Tmix(表示一定质量的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)
以上对应下面的能量形式：Twf为井筒内流体温度，Tentry为从油层流入井筒内的流体温度，Tmix为混合后沿井筒向井口流动的温度。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。
油气井在生产过程中，全井段温度的变化，可以体现出液体的运动过程；不同的生产制度下，获得的声波资料不同，能量频带不同。
根据以上原理，本发明提出了基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法，目的是为了对井下流体压力进行实时监测，实现对地下页岩油气资源的储层水力压裂改造效果的综合精准评价、实时监测产出剖面或吸水剖面的变化，降低开发成本，增加单井产量。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：
基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括与复合调制解调仪连接的外铠装光缆和/或内铠装光缆，所述外铠装光缆包括至少一根外微结构光纤和至少一根外多模光纤，所述外微结构光纤是用透紫外线加工成没有波长选择性的散射点微结构散射增强单模光纤，用于测量井下套管外地下岩层孔隙中的流体压力，所述外多模光纤用于测量井下套管外地下岩层不同位置/深度的温度；
所述内铠装光缆包括至少一根内微结构光纤和至少一根内多模光纤，所述内微结构光纤是用透紫外线加工成没有波长选择性的散射点微结构散射增强单模光纤，用于测量井下油气管柱内或油气管柱外的流体压力，所述内多模光纤用于测量井下油气管柱内外不同位置/深度的温度。
可选的，所述外铠装光缆包括外噪声敏感光纤，所述外噪声敏感光纤用于测量井下套管的管外流体噪声；
所述内铠装光缆包括内噪声敏感光纤，所述内噪声敏感光纤用于测量油气管柱内部或外部流体噪声。
可选的，所述外铠装光缆还包括至少一根应力敏感光纤；
应力敏感光纤用于测量井下地下岩层岩石挤压到所述套管外壁的应力/应变。
可选的，还包括有若干外安装环，所述外安装环用于将所述外铠装光缆在套管靴处固定于所述套管外壁上。
可选的，所述外微结构光纤、所述外噪声敏感光纤、所述外多模光纤、所述应力敏感光纤上均设有保护结构。
保护结构包括第一保护层，第一保护层套设于外微结构光纤、外噪声敏感光纤、应力敏感光纤上，保护结构还包括第一光纤套管，外噪声敏感光纤和应力敏感光纤的保护层上套设有第一光纤套管，外多模光纤上也套设有第一光纤套管，光纤套管与外多模光纤之间填充有耐高温光纤膏。
可选的，所述内微结构光纤、所述内噪声敏感光纤、所述内多模光纤上均设有保护结构。
保护结构还包括有第二保护层和第二光纤套管，所述内微结构光纤、所述内噪声敏感光纤上均设有第二保护层，内噪声敏感光纤的保护层上套设有第二光纤套管，内多模光纤上也套设有第二光纤套管，内多模光纤和第二光纤套管之间填充有耐高温光纤膏。
可选的，所述外微结构光纤、内微结构光纤、内噪声敏感光纤、外噪声敏感光纤和所述应力敏感光纤远离复合调制解调仪的一端均设有用于阻止激光反射回光纤顶端的消光器。
可选的，还包括有内安装环或配重件；
在所述内铠装光缆布设于油气管柱外的情况下，内铠装光缆通过内安装环固定于油气管柱的外壁上；
在所述内铠装光缆布设于油气管柱内的情况下，内铠装光缆远离所述复合调制解调仪的一端设有配重件。
可选的，所述外微结构光纤和所述内微结构光纤均竖向等距分布有若干用于测量流体压力的微结构，微结构之间的间距在5米到50米之间，外微结构光纤内的若干微结构形成地下井套管外的压力传感器阵列，内微结构光纤内的若干微结构形成井下套管内的压力传感器阵列。
基于微结构光纤的地下井中流体压力测量方法，基于以上任一项所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括以下步骤：
步骤S1：在套管外安装外铠装光缆或/和在油气管柱内或外安装布设内铠装光缆；具体包括：
安装外铠装光缆时，将外铠装光缆通过外安装环设于每个套管靴的外壁上；
安装内铠装光缆时，将内铠装光缆通过内安装环固定于油气管柱的外壁上或将端部设有配重件的内铠装光缆下放至油气管柱内；
步骤S2：将外铠装光缆或/和内铠装光缆与所述复合调制解调仪相连，具体包括：
将外微结构光纤或/和内微结构光纤与复合调制解调仪的DPS输入端相连；
将外多模光纤或/和内多模光纤与复合调制解调仪的DTS输入端相连；
将外噪声敏感光纤或/和内噪声敏感光纤与复合调制解调仪的DAS输入端相连；
将外铠装光缆内的应力敏感光纤与复合调制解调仪的DSS输入端相连；
步骤S3：实时测量与监测步骤S2中的DPS数据，并进行DPS数据校正，具体包括：
通过外铠装光缆的外多模光纤测量全井段套管外侧的地下岩层温度变化，通过内铠装光缆的内多模光纤测量全井段油气管柱外侧或/和内侧的流体温度变化，随后利用以下公式进行DPS数据校正：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
步骤S4：根据步骤S2中的DTS数据、DAS数据和步骤S3中校正后的DPS数据建立温度反演模型，并利用多参数综合反演方法计算出每个产出剖面或吸水剖面的变化；
步骤S5：根据步骤S4中计算得出的产出剖面或吸水剖面，及时调整不同井段的生产方案或及时调整不同井段的注液量。
可选的，所述步骤S4中，所述多参数综合反演步骤如下：
(a)根据温度数据
分析确定反演初始参数，初始赋值反演目标参数向量为
阻尼因子为ξ0＝0.00、初始迭代步数设为k＝0；
(b)在第k步迭代时，将反演目标参数向量
代入温度正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
计算当前迭代步的评价目标函数
计算温度雅各比矩阵、计算反演目标参数增量
(c)计算第k+1步的反演目标参数向量
(d)将
代入温度正演预测模型计算第k+1步的温度剖面
然后计算第k+1步的反演评价目标函数
(e)如果
则令ξk＝10ξk，转步骤(f)；
如果
则令ξk＝0.1ξk，转步骤(f)；
(f)判断是否满足L-M算法迭代终止条件，若满足，则迭代终止，输出结果，反演结束；否则用k+1代替k，然后转步骤(b)，直至收敛。
将获得的裂缝参数反演解
用于求取温度正演预测模型，然后计算出产出剖面。
本发明具有的有益效果：
本发明提出的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统及测量方法，利用固定在套管外侧和油气管柱外侧或内测的铠装光缆，测量微结构光纤上每个微结构位置处的地下岩层孔隙中的流体压力、温度、震动、噪声和地层应力应变，以及井中每个微结构位置处的套管内或油气管柱内的流体压力、温度和流体流动噪声，然后根据全井段DPS、DTS和DAS数据建立充分考虑油藏中微热效应的温度反演模型，利用多参数综合反演方法计算出油气生产井的每个油气产出井段产液或产出剖面的油、气、水的流量及其变化，或吸水剖面的注水量及其变化，准确定量的评价油气井的产出剖面或注入井的吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期实时动态监测，及时调整优化不同井段的油气生产方案和生产制度，封堵出水层段，增大油气产层的流量，增加油气生产井的油气产量，提高油气储层的采收率。本系统可以实现全井段内外流体压力、温度、流体流动噪声、套管外地层应力与应变的实时测量和监测。
附图说明
图1为本发明实施例一外铠装光缆的布设示意图；
图2为本发明实施例一内铠装光缆在油气管柱外侧的布设示意图；
图3为本发明实施例一内铠装光缆在油气管柱内侧的布设示意图；
图4为本发明实施例二外铠装光缆的布设示意图；
图5为本发明实施例二内铠装光缆在油气管柱外侧的布设示意图；
图6为本发明实施例二内铠装光缆在油气管柱内侧的布设示意图；
图7是本发明实施例三外铠装光缆在金属套管外侧的布设示意图。
图8是本发明实施例三外铠装光缆的横截面结构示意图。
图9是本发明实施例三内铠装光缆在油气管柱外侧的布设示意图。
图10是本发明实施例三内铠装光缆在油气管柱内侧的布设示意图。
图11是本发明实施例三内铠装光缆的横截面结构示意图。
附图标记：
1-外微结构光纤，2-外多模光纤，3-复合调制解调仪，4-外噪声敏感光纤，5-应力敏感光纤，6-第一光纤套管，7-第一保护层，8-不锈钢钢丝，9-套管，10-外安装环，11-消光器，12-外铠装光缆，13-内铠装光缆，14-内多模光纤，15-内微结构光纤，16-内噪声敏感光纤，17-油气管柱，18-内安装环，19-配重块，20-密封接头，21-第二保护层，22-第二光纤套管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过参考附图并结合实施例来详细说明本发明：
实施例一：
如图1至图3，基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括与复合调制解调仪3连接的外铠装光缆12和/或内铠装光缆13，所述外铠装光缆12包括至少一根外微结构光纤1和至少一根外多模光纤2，所述外微结构光纤1是用透紫外线加工成没有波长选择性的散射点微结构散射增强单模光纤，用于测量井下套管9外地下岩层孔隙中的流体压力，所述外多模光纤2用于测量井下套管9外地下岩层不同位置/深度的温度；
所述内铠装光缆13包括至少一根内微结构光纤15和至少一根内多模光纤14，所述内微结构光纤15是用透紫外线加工成没有波长选择性的散射点微结构散射增强单模光纤，用于测量井下油气管柱17内或油气管柱17外的流体压力，所述内多模光纤14用于测量井下油气管柱17内外不同位置/深度的温度。
所述外微结构光纤和内微结构光纤是用透紫外线加工成没有波长选择性的散射点微结构散射增强单模光纤，
如图1，外铠装光缆12设于套管9的外壁，
如图2和图3，内铠装光缆13可以设于油气管柱17内或油气管柱17外。
本实施例中，套管9为金属套管9，油气管柱17为油管或气管。复合调制解调仪3为压力/温度/震动(噪声)/应变(DPS/DTS/DAS/DSS)复合调制解调仪3。
通过与复合调制解调仪3连接的微结构光纤和多模光纤，可以对井下的流体压力和井下温度进行实时测量与监测，实现对井下流体压力进行实时测量与监测，实现对地下页岩油气资源的储层水力压裂改造效果的综合精准评价，实时监测产出剖面或吸水剖面的变化，降低开发成本，增加单井产量。
实施例二：
在上述实施例的基础上，具体的，如图2至图6，所述外铠装光缆12包括外噪声敏感光纤4，所述外噪声敏感光纤4用于测量井下套管9的管外流体噪声；
所述内铠装光缆13包括内噪声敏感光纤16，所述内噪声敏感光纤16用于测量油气管柱17内部或外部流体噪声。
如图4，外铠装光缆12布设于套管9的外壁，
如图5和图6，内铠装光缆13可以布设于油气管柱17内或油气管柱17外。
本实施例中，外噪声敏感光纤4和内噪声敏感光纤16均为单模光纤。
通过在铠装光缆内设置内噪声敏感光纤16和外噪声敏感光纤4，可以在对井下的流体压力和井下温度进行实时测量和监测的基础上，实时测量和监测井下金属套管9内或外的噪声/震动，随后通过测得的DTS、DPS、和DAS数据建立温度反演模型，并根据多参数综合反演方法计算，获得产出剖面或吸水剖面并监测其变化，从而对实时测量和监测的数据进行验证和校正，从而提高测量和监测的效果。
实施例三：
在上述实施例的基础上，具体的，如图7至图11，所述外铠装光缆12还包括至少一根应力敏感光纤5；
应力敏感光纤5用于测量井下地下岩层岩石挤压到所述套管9外壁的应力/应变。
本实施例中，外铠装光缆12内设置应力敏感光纤5，可以使得外铠装光缆12实时测量和监测井下地下岩层挤压到所述套管9外壁的应力/应变，在金属套管9产生变形或损坏或其它情况时做出提醒。
本实施例中，应力敏感光纤5为单模光纤。
具体的，还包括有若干外安装环10，所述外安装环10用于将所述外铠装光缆12固定于所述套管9靴的外壁上。
本实施例中，外安装环10为与金属套管9靴外壁适配的环形的金属卡子。
具体的，所述外微结构光纤1、所述外噪声敏感光纤4、所述外多模光纤2、所述应力敏感光纤5上均设有保护结构。
保护结构包括第一保护层7，第一保护层7套设于外微结构光纤1、外噪声敏感光纤4、应力敏感光纤5上，保护结构还包括第一光纤套管6，外噪声敏感光纤4和应力敏感光纤5的保护层7上套设有第一光纤套管6，外多模光纤2上也套设有第一光纤套管6，第一光纤套管6与外多模光纤2之间填充有耐高温光纤膏。
具体的，所述内微结构光纤15、所述内噪声敏感光纤16、所述内多模光纤14上均设有保护结构。
保护结构还包括有第二保护层21和第二光纤套管22，所述内微结构光纤15、所述内噪声敏感光纤16上均设有第二保护层21，内噪声敏感光纤16的保护层上套设有第二光纤套管22，内多模光纤14上也套设有第二光纤套管，内多模光纤14和第二光纤套管22之间填充有耐高温光纤膏。
本实施例中，第一保护层7和第二保护层21的材料均为高强度耐高温复合材料，外微结构光纤1、外噪声敏感光纤4、应力敏感光纤5和内微结构光纤15、内噪声敏感光纤16上套设了第一保护层7或第二保护层21后，外径可以达到1毫米到2毫米，保护并避免光纤在下放过程中的损坏。
为了提高外微结构光纤1和内微结构光纤15测量流体压力的准确度和敏感度，因此，外微结构光纤1的第一保护层7和内微结构光纤15第二保护层21上不需要套设第一光纤套管6和第二光纤套管22，本实施例中，第一光纤套管6和第二光纤套管22均为连续的不锈钢细管。
本实施例中，内铠装光缆13和外铠装光缆12的外壁上均缠绕有高强度耐腐蚀不锈钢钢丝8，用于提高内铠装光缆13和外铠装光缆12的强度。
具体的，所述外微结构光纤1、内微结构光纤15、内噪声敏感光纤16、外噪声敏感光纤4和所述应力敏感光纤5远离复合调制解调仪3的一端均设有用于阻止激光反射回光纤顶端的消光器11。
所述外微结构光纤1、内微结构光纤15、内噪声敏感光纤16、外噪声敏感光纤4和所述应力敏感光纤5均为单模光纤。单模光纤远离复合调制解调仪3的一端均设有消光器11。
本实施例中，消光器11设于内铠装光缆13和外铠装光缆12的远离复合调制解调仪3的一端。
本实施例中，内多模光纤14和外多模光纤2的数量均大于一根，在内多模光纤14和外多模光纤2数量大于一根的情况下，内多模光纤14或外多模光纤2远离复合调制解调仪3的一端互相熔接，且熔接处设有U形保护件。多模光纤的数量大于一根，可以使得多模光纤在井下不同位置处测量得到的温度数据可以互相校验和校正，提高温度测量的准确程度。
具体的，还包括有内安装环18或配重件；
在所述内铠装光缆13布设于油气管柱17外的情况下，内铠装光缆13通过内安装环18固定于油气管柱17的外壁上；
在所述内铠装光缆13布设于油气管柱17内的情况下，内铠装光缆13远离所述复合调制解调仪3的一端设有配重件。
本实施例中，内安装环18为与油气管柱17外壁适配的环形金属卡子。
具体的，所述外微结构光纤1和所述内微结构光纤15均竖向等距分布有若干用于测量流体压力的微结构，微结构之间的间距在5米到50米之间，外微结构光纤1内的若干微结构形成地下井套管外的压力传感器阵列，内微结构光纤15内的若干微结构形成井下套管内的压力传感器阵列。微结构的间距可以是10米，15米，20米，25米，30米，35米，40米，45米或50米，本实施例中，外微结构光纤1和内微结构15的微结构之间的间距均为10米。
基于微结构光纤的地下井中流体压力测量方法，基于以上任一项所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括以下步骤：
步骤S1：在套管9外安装外铠装光缆12或/和在油气管柱17内或外安装布设内铠装光缆13；具体包括：
安装外铠装光缆12时，将外铠装光缆12通过外安装环10固定于套管9靴的外壁上；
安装内铠装光缆13时，将内铠装光缆13通过内安装环18固定于油气管柱17的外壁上或将端部设有配重件的内铠装光缆13下放至油气管柱17内；
安装外铠装光缆12时，将金属套管9和外铠装光缆12同步缓慢的下入刚钻完的井孔里，外安装环10安装于相邻的两根金属套管9靴的连接处，将外铠装光缆12固定住，可以避免下套管9的过程中外铠装光缆12旋转移动或损坏。
用高压泵车从井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管9外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管9、外铠装光缆12和地层岩石永久性的固定在一起。
布设在油气管柱17内的内铠装光缆13顶端需要穿越油气管柱17顶部的铠装光缆密封接头20后连接到复合调制解调仪3的相应光纤信号输入端。
步骤S2：将外铠装光缆12或/和内铠装光缆13与所述复合调制解调仪3相连，具体包括：
将外微结构光纤1或/和内微结构光纤15与复合调制解调仪3的DPS输入端相连；
将外多模光纤2或/和内多模光纤14与复合调制解调仪3的DTS输入端相连；
将外噪声敏感光纤4或/和内噪声敏感光纤16与复合调制解调仪3的DAS输入端相连；
将外铠装光缆12内的应力敏感光纤5与复合调制解调仪3的DSS输入端相连；
步骤S3：实时测量和监测步骤S2中的DPS数据，并进行DPS数据校正，具体包括：
通过外铠装光缆12的外多模光纤2测量全井段套管9外侧的地下岩层温度变化，通过内铠装光缆13的内多模光纤14测量全井段油气管柱17外侧或/和内侧的流体温度变化，随后利用以下公式进行DPS数据校正：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
由于井口至井下温度变化较大，微结构光纤1中散射光光谱的漂移对流体压力的测量数据值影响较大，因此需要通过上述方法对对井下套管9外岩层孔隙内流体压力测量数据和油气管柱17内外流体压力测量数据进行校正，以获得消除了温度影响的流体压力值。
步骤S4：根据步骤S2中的DTS数据、DAS数据和步骤S3中校正后的DPS数据建立温度反演模型，并利用多参数综合反演方法计算出每个产出剖面或吸水剖面及其变化；
在油气生产井投产后，利用外铠装光缆12和内铠装光缆13与之相连接的复合调制解调仪3，同步实时连续测量外铠装光缆12每个微结构光纤的微结构处的井下地下岩层孔隙中的流体压力，实时连续测量内铠装光缆13每个微结构光纤的微结构处的流体压力，结合井中测量到的全井段流体噪声和井温变化值，利用井筒周围地层热膨胀、热传导、黏性耗散、焦耳-汤姆逊效应等微热效应的影响，建立基于井筒和地层的热力学生产模型，通过温度解释生产剖面数据，最后根据全井段DPS、DTS和DAS数据建立充分考虑油藏中微热效应的温度反演模型，利用多参数综合反演方法计算出油气生产井的每个油气产出井段产液或产出剖面的油、气、水的流量及其变化和注入井下每个吸水剖面的注入量及其变化，准确定量的评价油气井的产出剖面或注入井的吸水剖面，从而实现对油气井开发生产过程及其井液产量变化的长期实时动态监测，依据油气井产液或产出剖面的变化，可及时调整开发方案，指导增产措施的实施。
步骤S5：根据步骤S4中计算得出的产出剖面或吸水剖面，及时调整不同井段的生产方案或及时调整不同井段的注液量。
根据产出剖面的变化，通过及时的调整不同井段的生产方案或生产制度，封堵出水层段，增大油气产层的流量，增加油气生产井的油气产量，提高油气储层的采收率。
根据吸水剖面的注液量及其变化，及时调整注液压力或注液量，现驱替作业效果的最优化和经济效益的最大化；注入的液体可以是水、蒸气、二氧化碳或聚合物等。
可选的，所述步骤S4中，所述多参数综合反演步骤如下：
(a)根据温度数据
分析确定反演初始参数，初始赋值反演目标参数向量为
阻尼因子为ξ0＝0.00、初始迭代步数设为k＝0；
(b)在第k步迭代时，将反演目标参数向量
代入温度正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
计算当前迭代步的评价目标函数
计算温度雅各比矩阵、计算反演目标参数增量
(c)计算第k+1步的反演目标参数向量
(d)将
代入温度正演预测模型计算第k+1步的温度剖面
然后计算第k+1步的反演评价目标函数
(e)如果
则令ξk＝10ξk，转步骤(f)；
如果
则令ξk＝0.1ξk，转步骤(f)；
(f)判断是否满足L-M算法迭代终止条件，若满足，则迭代终止，输出结果，反演结束；否则用k+1代替k，然后转步骤(b)，直至收敛。
将获得的裂缝参数反演解
用于求取温度正演预测模型，然后计算出产出剖面。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变形和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，包括与复合调制解调仪(3)连接的外铠装光缆(12)和/或内铠装光缆(13)，其特征在于，所述外铠装光缆(12)包括至少一根外微结构光纤(1)和至少一根外多模光纤(2)，所述外微结构光纤(1)用于测量井下套管(9)外地下岩层孔隙中的流体压力，所述外多模光纤(2)用于测量井下套管(9)外地下岩层不同位置/深度的温度；
所述内铠装光缆(13)包括至少一根内微结构光纤(15)和至少一根内多模光纤(14)，所述内微结构光纤(15)用于测量井下油气管柱(17)内或油气管柱(17)外的流体压力，所述内多模光纤(14)用于测量井下油气管柱(17)内外不同位置/深度的温度。
2.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，所述外铠装光缆(12)包括外噪声敏感光纤(4)，所述外噪声敏感光纤(4)用于测量井下套管(9)的管外流体噪声；
所述内铠装光缆(13)包括内噪声敏感光纤(16)，所述内噪声敏感光纤(16)用于测量油气管柱(17)内部或外部流体噪声。
3.根据权利要求2所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，所述外铠装光缆(12)还包括至少一根应力敏感光纤(5)；
应力敏感光纤(5)用于测量井下套管(9)外地下岩层岩石挤压到所述套管(9)外壁的应力/应变。
4.根据权利要求3所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，还包括有若干外安装环(10)，所述外安装环(10)用于将所述外铠装光缆(12)固定于所述套管(9)外壁上。
5.根据权利要求3所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，所述外微结构光纤(1)、所述外噪声敏感光纤(4)、所述外多模光纤(2)、所述应力敏感光纤(5)上均设有保护结构。
6.根据权利要求3所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，所述外微结构光纤(1)、内微结构光纤(15)、内噪声敏感光纤(16)、外噪声敏感光纤(4)和所述应力敏感光纤(5)远离复合调制解调仪(3)的一端均设有用于阻止激光反射回光纤顶端的消光器(11)。
7.根据权利要求2所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，还包括有内安装环(18)或配重件；
在所述内铠装光缆(13)布设于油气管柱(17)外的情况下，内铠装光缆(13)通过内安装环(18)固定于油气管柱(17)的外壁上；
在所述内铠装光缆(13)布设于油气管柱(17)内的情况下，内铠装光缆(13)远离所述复合调制解调仪(3)的一端设有配重件。
8.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，所述外微结构光纤(1)和所述内微结构光纤(15)均竖向等距分布有若干用于测量流体压力的微结构，微结构之间的间距在5米到50米之间。
9.基于微结构光纤的地下井中流体压力测量方法，基于权利要求1-8任一项所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在井下套管(9)外安装外铠装光缆(12)或/和在井下油气管柱(17)内或外安装布设内铠装光缆(13)；
步骤S2：将外铠装光缆(12)或/和内铠装光缆(13)与所述复合调制解调仪(3)相连，具体包括：
将外微结构光纤(1)或/和内微结构光纤(15)与复合调制解调仪(3)的DPS输入端相连；
将外多模光纤(2)或/和内多模光纤(14)与复合调制解调仪(3)的DTS输入端相连；
将外噪声敏感光纤(4)或/和内噪声敏感光纤(16)与复合调制解调仪(3)的DAS输入端相连；
将外铠装光缆(12)内的应力敏感光纤(5)与复合调制解调仪(3)的DSS输入端相连；
步骤S3：实时测量并监测步骤S2中的DPS数据，并进行DPS数据校正，具体包括：
通过外铠装光缆(12)内的外多模光纤(2)测量全井段套管(9)外侧的地下岩层温度变化，通过内铠装光缆(13)内的内多模光纤(14)测量全井段油气管柱(17)外侧或/和内侧的流体温度变化，随后利用以下公式进行DPS数据校正：
Δλ/λ＝-Δυ/υ＝KTΔt+Kεε
其中，λ和υ分别为平均光波长和频率；KT和Kε分别为温度和应变标准常数；
步骤S4：根据步骤S2中的DTS数据、DAS数据和步骤S3中校正后的DPS数据建立温度反演模型，并利用多参数综合反演方法计算出每个产出剖面或吸水剖面的变化；
步骤S5：根据步骤S4中计算得出的产出剖面或吸水剖面，及时调整不同井段的生产方案或及时调整不同井段的注液量。
10.根据权利要求9所述的基于微结构光纤的地下井中流体压力测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述多参数综合反演步骤如下：
(a)根据温度数据
分析确定反演初始参数，初始赋值反演目标参数向量为
阻尼因子为ξ0＝0.00、初始迭代步数设为k＝0；
(b)在第k步迭代时，将反演目标参数向量
代入温度正演预测模型计算当前迭代步温度剖面
计算当前迭代步的评价目标函数
计算温度雅各比矩阵、计算反演目标参数增量
(c)计算第k+1步的反演目标参数向量
(d)将
代入温度正演预测模型计算第k+1步的温度剖面
然后计算第k+1步的反演评价目标函数
(e)如果
则令ξk＝10ξk，转步骤(f)；
如果
则令ξk＝0.1ξk，转步骤(f)；
(f)判断是否满足L-M算法迭代终止条件，若满足，则迭代终止，输出结果，反演结束；否则用k+1代替k，然后转步骤(b)，直至收敛。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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