CN1997808A - 用于将光纤光检测电缆插入到水下井中的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
光纤光检测电缆这样插入水下井中，即通过：使包括盘绕的或卷绕的U形光纤光检测电缆(2)的壳体(12A)与井(1)的井口(2)连接，这样，在壳体(12A)的壁中的开口(14)与伸入水下井(1)中的引导管(15)连接；将光纤光检测电缆(21)的U形鼻部分(21A)通过开口(14)插入引导管(15)内，从而解绕开光纤光检测电缆的一对基本平行部分的至少一部分，该对基本平行部分的下端通过U形鼻部分相互连接；以及使光纤光检测电缆的基本平行部分的上端(21B)通过例如一对可湿配合连接器与光信号传输和/或接收单元连接，该对可湿配合连接器与一对水下光纤光传输电缆连接。
Description
技术领域
本发明涉及用于将光纤检测电缆插入到水下井(例如海下井)中的方法和系统。
发明背景
已知将光纤从固定平台插入油和/或天然气生产井中的引导管内，以便沿井的流入区域的长度来监测流入分布曲线(profile)。光纤可以利用沿光纤长度的Raman和/或Brillouin效果，以便监测沿引导管长度的温度和/或压力分布，从该温度和/或压力分布中可以得出关于井流出物的流量、密度和/或组分的信息，该井流出物可以包括原油、水和天然气的混合物。
光纤可以通过泵送单元而泵送至U形引导管中，该泵送单元将流体泵入引导管的上端，这样，流过引导管的流体将拉动或拖动光纤通过引导管。然后，在地面上人工使各上部光纤端与测量系统接合。
由于处理和泵送光纤、剥离、清洁以及将光纤接合至测量系统上的复杂性，已知的光纤安装技术并不适于通过海下井口来将光纤检测系统安装在海下井中。
目前用于将光纤部署在海下井中的可选方法是在井完成时将固定电缆安装在井中。对于上/下完井，需要用于井下的可湿配合光纤连接器，这明显增加了成本和复杂性，且附加了昂贵的钻井时间。
本发明的目的是提供用于高效地将光纤光检测电缆插入水下井中的方法和系统，而不需要使用海上工作钻井装置，或者不需要有在井上面的浮动的或固定的海上平台。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于将光纤检测电缆插入水下井中的方法，它包括：
使包括卷绕的光纤光检测电缆的壳体与井的井口连接，这样，在壳体的壁中的开口与伸入水下井中的引导管连接；
将光纤光检测电缆通过所述开口插入引导管内，从而解绕开至少一部分光纤光检测电缆；以及
使光纤光检测电缆的上端与光信号传输和/或接收单元连接；
其特征在于：光纤光检测电缆为U形，并包括U形鼻部分，该U形鼻部分与一对基本平行的电缆部分相互连接，且该鼻部分插入引导管中，这样，它至少将基本平行的电缆部分的下部拉入引导管中，且这些电缆部分的上端与光信号传输和/或接收单元连接。
将U形光纤光检测电缆插入引导管中的优点是，在沿引导管的插入电缆的部分的各位置处都获得两个信号反射，它们能够相互比较，这样，引导管的整个所述部分都能够获得更精确的、一个或多个检测参数例如温度和/或压力的读数。
卷绕的U形光纤光检测电缆可以卷绕在鼓上，该鼓安装于轴上，该轴可旋转地安装于壳体中，这样，U形鼻部分形成在卷绕电缆的外周处的近端，基本平行的电缆部分的上端形成在卷绕电缆的内周处的一对端子端，且两个基本平行的电缆部分根据光纤光检测电缆的鼻部分通过开口插入引导管中而同时从鼓上卷绕和由此解开。
也可选择，两个基本平行的电缆部分卷绕在壳体中，且根据光纤光检测电缆的U形鼻部分插入引导管中而通过至少局部处于引导管中的U形鼻部分来解绕开和被拉动。
任选地，基本平行的电缆部分的上端与一对可湿配合的光纤光检测电缆连接器连接，该对光纤光检测电缆连接器固定在壳体的壁上，且一对可水下部署的光纤光传输电缆与可湿配合的光纤光检测电缆连接器连接，这样，可水下部署的光纤光传输电缆提供了在可湿配合光纤光检测电缆连接器与光信号传输和接收组件之间的一对光纤光通信链路，该光信号传输和接收组件位于水面上。
引导管可以为U形，开口可以与引导管的第一支脚的上端连接，引导管的第二支脚的上端可以与壳体的壁中的第二开口连接，且光纤光检测电缆的U形鼻部分和基本平行部分的至少下部(该下部通过U形鼻部分相互连接)可以通过引导管的第一支脚而朝着引导管的U形弯头向下泵送，并且任选地，通过U形弯头而至少部分向上地泵送至引导管的第二支脚内。
这样，泵送单元可以从第二开口抽取流体例如水，并将抽取的流体泵送至第一开口中，这样，流体通过U形引导管而在封闭环路中再循环。
优选是，U形鼻部分提供了外部宽度小于5mm的小弯头，通过该小弯头而相互连接的、U形光纤的两个基本平行部分埋入外部宽度小于5mm，优选是小于1.5mm的保护涂层中，两个基本平行的电缆部分的上端与光信号传输和接收组件连接，该光信号传输和接收组件交替将光脉冲传输至基本平行的电缆部分的各上端中。该小弯头在国际专利申请WO2005/014976中说明。
任选地，沿穿过引导管延伸的U形光纤光检测电缆的长度而反向散射的Raman、Rsyleigh和/或Brillouin光信号在光信号传输和接收单元中进行监测，并被传送给生产监测系统，监测的信号在该生产监测系统中转变成生产监测数据，该生产监测数据可以包括沿引导管长度的至少一部分的温度和/或压力分布，与井流出物的流量和组分的分布相关的数据可以由该温度和/或压力分布得出。
任选地，光纤光检测电缆包括一个或多个具有光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Gratings)的光纤，且沿穿过引导管延伸的光纤光检测电缆的长度的光纤Bragg光栅的波长在光信号传输和接收单元中被监测，并被传送给生产监测系统，在该生产监测系统中，监测信号转变成生产监测数据，该生产监测数据可以包括沿引导管长度的至少一部分的温度和/或压力分布，与井流出物的流量和组分相关的分布数据可以由该温度和/或压力分布得出。
电缆可以包括多个U形光纤，且光纤可以辫成带，以避免在电缆制造过程中产生交叉光纤，并避免可能的弯曲和/或应力，该弯曲和/或应力引起光纤Bragg光栅的波长变化。
本发明还涉及一种用于将光纤光检测电缆插入水下井中的系统，它包括：
壳体，该壳体包括卷绕的光纤光检测电缆，该壳体用于与井的井口连接，这样，在壳体的壁中的开口与伸入水下井中的引导管连接；
装置，用于将光纤光检测电缆的下端通过开口插入引导管内，从而解绕开至少一部分光纤光检测电缆；以及
可水下配合的连接器，用于使光纤光检测电缆的上端与可水下部署的光纤光传输电缆连接；其特征在于：光纤光检测电缆为U形，并包括U形鼻部分，该U形鼻部分与一对基本平行的电缆部分相互连接，且该鼻部分设置成插入引导管中，这样，在使用时，它至少将基本平行的电缆部分的下部拉入引导管中，且这些电缆部分的上端与一对可湿配合的光纤光检测电缆连接器连接。
本发明方法和系统的这些和其它特征、优点和实施例将在附属权利要求、摘要和后面对优选实施例的详细说明中介绍，在该详细说明中将参考附图。
附图的简要说明
图1是水下井的示意图，该水下井的井口装备有本发明的U形光纤部署组件；以及
图2是图1的U形光纤部署组件的更详细示意剖视图。
具体实施方式
图1表示了水下卫星井，该水下卫星井的井口2位于水底3处。柔性水下生产导管4将生产的油和/或天然气从井口2传送给浮动生产单元5，该浮动生产单元5通过垂直立管8与第二井7的井口6连接。
工作船9浮在水面10上并在卫星井1上方，远程操纵潜水器或ROV 11悬挂在工作船9的下面，该ROV 11用于使光纤部署组件12与井口2连接。用于向光纤部署组件12供电和用于控制光纤部署操作的脐状电缆13连接于该组件12和工作船之间。
水下光纤光信号传输电缆14布置在光纤部署组件12和浮动生产单元5之间。
图2更详细地表示了卫星井1的井口2以及光纤部署组件12。该组件12包括水密封壳体12A，该水密封壳体12A通过插入连接器(未示出)与井口2连接，这样，形成于壳体13的壁中的第一开口14与U形引导管15的第一支脚15A的上端连接，形成于壳体13的壁中的第二开口16与U形引导管的第二支脚15B的上端连接。一对密封件17布置在开口14和16附近。
光纤卷绕鼓18安装在支承轴19上，该支承轴19可旋转地安装在壳体12A中。
轴19具有马达和/或制动单元20，该马达和/或制动单元20控制鼓18的旋转。细长的U形光纤光检测电缆21卷绕在鼓18上，这样，U形鼻部分21A和一对细长且基本平行的电缆部分(它们通过U形鼻部分21A而相互连接)的下部延伸入引导管15中。U形光纤光检测电缆21通过一系列引导轮23从鼓18导入到第一光纤泵送单元22中。
供电和控制线24与引导轮23连接，与马达和/或制动单元20连接，与第一泵送单元22连接以及与第二泵送单元25连接。
第一泵送单元22与水进口导管26连接，水通过该水进口导管26而泵送至开口14和U形引导管15中，且第二泵送单元与水出口导管27连接，水通过该水出口导管27从U形引导管15排出并返回海中，如箭头28所示。
通过第一开口14泵送至引导管15中的水流量将拉动光纤光检测电缆21的U形鼻部分21A进入引导管15。鼓18的旋转由马达和/或制动单元20来控制，引导轮23的旋转将结合由泵送单元22和25通过引导管15泵送的水的速度来控制，这样，光纤光检测电缆21的两个基本平行部分平滑地插入到引导管15中，而不会在光纤光检测电缆21的两个基本平行部分中引起较大拉伸和/或压缩应力，从而防止电缆21在安装过程中弯曲的危险。
光纤光检测电缆21的两个基本平行部分的上端21B与一对可湿配合的光纤光检测电缆连接器30可旋转地连接，一对水下光纤光传输电缆14插入在该对光纤光检测电缆连接器20中。
穿过引导管15延伸的U形光纤光检测电缆21可以用于检测引导管15和/或周围井1中的温度和/或压力。U形光纤光检测电缆21可以设有光纤bragg光栅，用于在沿光纤光检测电缆的长度的选定位置处进行一系列的精确温度和/或压力测量。也可选择，在沿U形光纤光检测电缆21的长度的各点处反向散射的光脉冲的Raman和/或Brillouin峰值可以与反向散射的光脉冲的飞行(flight)时间结合使用，以便获得沿U形电缆21的整个长度的温度和/或压力的信息。在壳体12A内部的气体的温度和/或压力可以进行监测和/或控制，以便提供光纤光检测电缆21的基本平行部分的上部(该上部仍然卷绕在鼓18上)的已知温度和/或压力，该已知温度和/或压力可以用作由反向散射光脉冲得出的温度和/或温度数据的参考值。
Claims (14)
1.一种用于将光纤检测电缆插入水下井中的方法，包括：
使包括卷绕的光纤光检测电缆的壳体与井的井口连接，这样，在壳体壁中的开口与伸入水下井中的引导管连接；
将光纤光检测电缆通过开口插入引导管内，从而解开至少一部分光纤光检测电缆；以及
使光纤光检测电缆的上端与光信号传输和/或接收单元连接；
其特征在于：光纤光检测电缆为U形，并包括U形鼻部分，该U形鼻部分与一对基本平行的电缆部分相互连接，且该鼻部分插入引导管中，这样，它至少将基本平行的电缆部分的下部拉入引导管中，且这些电缆部分的上端与光信号传输和/或接收单元连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：卷绕的U形光纤光检测电缆卷绕在鼓上，该鼓安装于轴上，该轴可旋转地安装于壳体中，这样，U形鼻部分形成在卷绕电缆的外周处的近端，基本平行的电缆部分的上端形成在卷绕电缆的内周处的一对端子端，且两个基本平行的电缆部分根据光纤光检测电缆的鼻部分通过开口插入引导管中而同时从鼓上卷绕和因此解开。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：轴与马达连接，该马达使得两个基本平行的光纤光检测电缆部分以控制速度而从鼓卷绕，该速度基本类似于光纤光检测电缆的下端泵送至引导管内时的速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：两个基本平行的电缆部分卷绕在壳体中，且根据光纤光检测电缆的U形鼻部分插入引导管中而通过至少局部处于引导管中的U形鼻部分来解开和拉动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：基本平行的光纤光检测电缆部分的上端与一对可湿配合光纤光检测电缆连接器连接，该对光纤光检测电缆连接器固定在壳体壁上，且一对可水下部署的光纤光传输电缆与可湿配合的光纤光检测电缆连接器连接，这样，可水下部署的光纤光传输电缆提供了在可湿配合光纤光检测电缆连接器以及光信号传输和接收组件之间的一对光纤光通信链路，该光信号传输和接收组件位于水面上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：引导管为U形，开口与引导管的第一支脚的上端连接，引导管的第二支脚的上端与壳体壁中的第二开口连接，且光纤光检测电缆的U形鼻部分和通过U形鼻部分相互连接的基本平行部分的至少下部通过引导管的第一支脚而朝着引导管的U形弯头向下泵送，并且任选地通过U形弯头而至少部分向上地泵送至引导管的第二支脚内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：泵送单元从第二开口抽取流体，并将抽取的流体泵送至第一开口中，这样，流体通过U形引导管而在封闭环路中再循环。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：第二开口与第二泵送单元连接，该第二泵送单元将流体流从引导管的第二支脚泵送，该流体流基本与通过其它泵送单元泵送至引导管的第一支脚中的流体流类似。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：该其它泵送单元将水泵送至引导管中，且第二泵送单元将注入的水从引导管抽取，并将抽取的水排入包围壳体的水体中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：光纤光检测电缆的U形鼻部分提供了外部宽度小于5mm的小弯头，且通过该小弯头而相互连接的、U形光纤的两个基本平行部分埋入外部宽度小于5mm、优选小于1.5mm的保护涂层中，且两个基本平行的电缆部分的上端与光信号传输和接收组件连接，该光信号传输和接收组件交替将光脉冲传输至基本平行的电缆部分的各上端中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：沿穿过引导管延伸的U形光纤光检测电缆的长度而反向散射的Raman、Rsyleigh和/或Brillouin光信号在光信号传输和接收单元中进行监测，并传送给生产监测系统，监测的信号在该生产监测系统中转变成生产监测数据，该生产监测数据可以包括沿引导管长度的至少一部分的温度和/或压力分布，井流出物的流量和组分的分布数据可以由该温度和/或压力分布而得出。
12.根据权利要求1所述的方法，其中：光纤光检测电缆包括一个或多个具有光纤Bragg光栅的光纤，且沿穿过引导管延伸的光纤光检测电缆长度的光纤Bragg光栅的波长将在光信号传输和接收单元中监测，并传送给生产监测系统，在该生产监测系统中，监测信号转变成生产监测数据，该生产监测数据可以包括沿引导管长度的至少一部分的温度和/或压力分布，井流出物的流量和组分的分布数据可以由该温度和/或压力分布而得出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：电缆包括多个U形光纤，且光纤可以辫成带，以避免在电缆制造过程中产生交叉光纤，并避免可能的弯曲和/或应力，该弯曲和/或应力引起光纤Bragg光栅的波长变化。
14.一种用于将光纤光检测电缆插入水下井中的系统，包括：
壳体，该壳体包括卷绕的光纤光检测电缆，该壳体用于与井的井口连接，这样，在壳体壁中的开口与伸入水下井中的引导管连接；
用于将光纤光检测电缆的下端通过开口插入引导管内、从而解绕开至少一部分光纤光检测电缆的装置；以及
可水下配合的连接器，用于使光纤光检测电缆的上端与可水下部署的光纤光传输电缆连接；
其特征在于：光纤光检测电缆为U形，并包括U形鼻部分，该U形鼻部分与一对基本平行的电缆部分相互连接，且该鼻部分设置成插入引导管中，这样，在使用时，它至少将基本平行的电缆部分的下部拉入引导管中，且这些电缆部分的上端与一对可湿配合的光纤光检测电缆连接器连接。
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