CN217300562U - 基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统，采用多频超声成像测井仪，在井下向套管内壁360°旋转发射超声波脉冲信号和低频声波信号，地面数据采集单元记录从套管外壁和内壁界面反射的超声波波列，根据采集的超声波波列的幅度信息计算出套管外介质的声阻抗，生成声阻抗成像图。铠装光纤方位上的声阻抗值远小于其他方位上的声阻抗值，结合测井仪内置陀螺仪提供的方位数据，就能计算出套管外铠装光纤的具体深度位置和地理方位。同时，对于固井质量不好的油气井，可以利用布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器处理铠装光纤接收到的低频声波信号，根据低频声波幅度的强弱来判断多频超声成像测井仪的发射探头相对铠装光纤的位置与方位，从而消除水泥窜槽对声阻抗图像解释的干扰。

Description

基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统

技术领域

本实用新型属于石油测井技术领域，具体涉及一种基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统。

背景技术

光纤传感技术指的是利用光纤来测量和传输外界信号的技术。光纤中光波的波长、频率和相位等物理参量会随外界信号的变化而发生变化，光纤将受到外界信号影响的光波传输到调制解调器中进行处理，从中提取出外界信号。关于光纤传感技术的的研究迄今已有三十年的历史，与传统电子传感器对比，光纤传感器具有耐压，耐腐蚀，抗干扰强等优势，如今已成功应用于电力、化工和石油等多个领域。

在石油勘探和生产领域内，光纤传感技术能高精度地测量井下参数。将铠装光纤永久性地捆绑固定在油气井的套管外侧，其中一端与地面上的调制解调器相连，光纤能够测量井下的温度、压力和油水成分，从而帮助生产工程师和油藏分析师提高采收率、优化生产，并且可以减少每年油井的维护费用。

但是当铠装光纤被永久性地固定在油气井的套管外侧后，再进行井下射孔作业，射孔枪可能会损坏套管外的铠装光纤。因此，为了防止铠装光纤在射孔时被射孔弹射断，需要在射孔作业前就测量出套管外铠装光纤的地理方位和深度位置，然后在射孔时采用定向射孔技术，在射孔段避开套管外的铠装光纤。

目前常用的光纤定位方法有两种：一种是在铠装光纤旁放置一个由电池驱动的声波发生器，通过测量声波发生器在井下发出的声波信号，确定声波发生器在井下的深度位置和地理方位，从而确定声波发生器旁的铠装光纤的具体深度位置和地理方位；另一种是在铠装光纤外部放置永磁体，用井下磁性探测仪测量永磁体的具体深度和位置，从而确定铠装光纤的深度位置和方位。

虽然两种方法都能定位套管外的铠装光纤，但也都有各自的不足：声波发生器的电池容量有限，一旦电量耗尽，声波发生器就会停止工作，并且由于声波发生器被封固在水泥中，因此不能更换电池，声波发生器将会永久失效；井下的环境复杂，一旦永磁材料在井下的高温高压环境下发生了退磁现象，会导致磁力探测仪器难以准确地探测套管外铠装光纤的位置和方位。同时，如果放置的声波发生器或永磁体数量太少，则铠装光纤的定位和定向分辨率太低，但如果沿铠装光纤密集布置声波发生器或永磁体，则会使成本太高。

实用新型内容

为了防止被固定在套管外的铠装光纤在射孔时被射孔弹射断，需要在射孔前就测量出铠装光纤的具体深度位置和地理方位。鉴于现有的放置井下声波发生器或永磁体的方法的缺点，需要一种低成本、高精度、高可靠性的探测套管外铠装光纤的深度位置和地理方位的方法和技术。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统，包括多频超声成像测井仪、地面数据采集单元和连接铠装光纤的分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器。

所述的多频超声成像测井仪包括超声脉冲换能器和低频声波换能器两种发射换能器，能在测井过程中发射两种声波信号。其中，低频声波换能器可单独拆卸，以适应不同井况条件下的测井作业。

所述的多频超声成像测井仪包括采用耐高温耐高压的金属材料制造的外壳、沿井周360°旋转的发射探头和陀螺仪，多频超声成像测井仪在作业时同步向地面数据采集单元实时传输仪器的陀螺仪方位数据。

该基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统的数据采集，包括以下步骤：

(1)在井口对多频超声成像测井仪里面的陀螺仪进行标定，然后将多频超声成像测井仪下放到预定的射孔井段或井底。

(2)地面数据采集单元发出指令启动多频超声成像测井仪的发射探头以一定的速度旋转，超声脉冲换能器向套管发射超声波束，低频换能器向套管发射低频声波信号。此时缓慢的将多频超声成像测井仪向上提升，地面数据采集单元记录从套管外壁和内壁反射的超声波波列，同时启动井口的DAS仪器处理铠装光纤接收到的低频声波信号，仪器内的陀螺仪沿金属套管内壁连续测量多频超声成像测井仪的方位数据。测量完成全井段或计划射孔段后，将多频超声成像测井仪提出井口。

(3)在地面上使用软件对记录的超声波波列进行处理，得到声阻抗成像图，所述的声阻抗成像图展示了周向上与套管外壁贴合介质的声阻抗大小。在铠装光纤的方位上，由于铠装光纤的存在，铠装光纤旁的水泥与套管外壁不能完全胶结，因此该方位计算的声阻抗值远小于其他方位上的声阻抗值。

(4)根据DAS仪器处理得到的低频声波信号的强弱程度判断多频超声成像测井仪发射探头相对铠装光纤的位置与方位，从而消除套管外水泥窜槽对声阻抗图像解释的干扰。

(5)将多频超声成像测井仪中陀螺仪记录的方位数据和计算的声阻抗图相结合，得到铠装光纤在井下不同深度位置的地理方位。

多频超声成像测井仪的上下方都安装了扶正器，保证多频超声成像测井仪在作业时一直处于套管的中心位置。

本实用新型具有如下优点：旋转探头以一定的速度旋转，向套管发射超声波束，测量从套管外壁和内壁界面反射回来的超声波波列，能够360°全方位的的探测套管外介质的性质。多频超声成像测井仪除了超声换能器外，还存在一个低频换能器，根据铠装光纤接收的低频声波的幅度，可以消除水泥窜槽对声阻抗图的影响。多频超声成像测井仪还配有陀螺仪，能够提供仪器的方位数据，从而测量出套管外铠装光纤的地理方位。与常用的放置声波发生器或永磁体的方法相比，本实用新型的垂直和方位分辨率更高，能够高精度地定位定向铠装光纤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的施工示意图；

图2是本实用新型不使用低频换能器的施工示意图；

图3是本实用新型的施工流程图；

图4是本实用新型提供的测井数据效果图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施方式，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。

【实施例1】

图1展示了本实用新型的具体施工方式，包括地面数据采集单元1、分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器2，连接多频超声成像测井仪的铠装测井电缆3、金属套管4、多频超声成像测井仪5、超声脉冲换能器6、低频换能器7、铠装光纤8和扶正器9；铠装光纤8在金属套管4外布设；铠装光纤8的首端与分布式光纤声波传感调制解调器2相连接；多频超声成像测井仪5里面安装有陀螺仪。

多频超声成像测井仪5通过铠装测井电缆3与地面数据采集单元1连接，多频超声成像测井仪5上下方都安装了扶正器9，保证井下作业时一直处于套管的中心位置。多频超声成像测井仪5在连续发射声波信号的同时，也向地面数据采集单元实时传输陀螺仪数据。

参见图3，采用上述基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统的数据采集方法，包括以下步骤：

a、先在井口对多频超声成像测井仪5里面的陀螺仪进行标定，然后将多频超声成像测井仪5从金属套管4轴心线处下放到预定的射孔井段或井底。

b、地面数据采集单元1发出指令启动多频超声成像测井仪5的发射探头以一定的速度旋转，超声脉冲换能器6向套管发射超声波束，低频换能器7向套管发射低频声波信号。此时缓慢的将多频超声成像测井仪5向上提升，地面数据采集单元1记录从套管外壁和内壁反射的超声波波列，同时启动井口的分布式光纤声波传感(DAS)调制解调器2处理铠装光纤接收到的低频声波信号，仪器内的陀螺仪沿金属套管内壁连续测量多频超声成像测井仪的方位数据。测量完成全井段或计划射孔段后，将多频超声成像测井仪5提出井口。

c、在地面上使用软件对记录的超声波波列进行处理，得到声阻抗成像图，所述的声阻抗成像图展示了周向上与套管外壁贴合的介质的声阻抗大小。在铠装光纤8的方位上，由于铠装光纤8的存在，铠装光纤8旁的水泥与套管外壁不能完全胶结，因此该方位计算的声阻抗值远小于其他方位上的声阻抗。

d、根据分布式光纤声波传感(DAS)调制解调器2处理得到的低频声波信号的强弱程度判断多频超声成像测井仪发射探头相对铠装光纤的位置与方位，从而消除套管外水泥窜槽对声阻抗图像解释的干扰。

e、将多频超声成像测井仪5中陀螺仪记录的方位数据和计算的声阻抗图相结合，得到铠装光纤8在井下的不同深度位置的地理方位。

参见图4，具体的，将超声波成像测井的图像从左到右分三道；

第一道为相对方位曲线；

第二道为测量深度；

第三道为声阻抗图像。

参见图4，声阻抗图像上，光纤的方位上的声阻抗值相对较小，由此可判断光纤的方位和位置，然后根据相对方位曲线，可计算出光纤的具体方位和深度位置。

【实施例2】

在已知固井质量好，没有串槽的井中，可以只用高频超声波，减少井场占用时间，降低服务费用。参见图2，不使用低频换能器的基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统的数据采集方法，包括以下步骤：

a、先在井口对多频超声成像测井仪5里面的陀螺仪进行标定，然后将多频超声成像测井仪5从金属套管4轴心线处下放到预定的射孔井段或井底。

b、地面数据采集单元1发出指令启动多频超声成像测井仪5的发射探头以一定的速度旋转，超声脉冲换能器6向套管发射超声波束，此时缓慢的将多频超声成像测井仪5向上提升，地面数据采集单元1记录从套管外壁和内壁反射的超声波波列，仪器内的陀螺仪沿金属套管内壁连续测量多频超声成像测井仪的方位数据。测量完成全井段或计划射孔段后，将多频超声成像测井仪5提出井口。

c、在地面上使用软件对记录的超声波波列进行处理，得到声阻抗成像图，在铠装光纤8的方位上，计算的声阻抗值远小于其他方位上的声阻抗。

d、将多频超声成像测井仪5中陀螺仪记录的方位数据和计算的声阻抗图相结合，得到铠装光纤8在井下不同深度位置的地理方位。

Claims (3)

1.基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统，其特征在于，包括地面数据采集单元(1)、分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器(2)、多频超声成像测井仪(5)；

所述的多频超声成像测井仪(5)通过铠装测井电缆(3)与地面数据采集单元(1)连接，多频超声成像测井仪(5)上下方都安装了扶正器(9)，保证井下作业时一直处于套管的中心位置；

所述的分布式光纤声波传感(DAS)调制解调仪器(2)在井口与铠装光纤(8)的首端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统，其特征在于，所述的多频超声成像测井仪(5)包括超声换能器(6)和低频声波换能器(7)两种发射换能器，能在测井过程中发射两种声波信号，低频声波换能器可单独拆卸，以适应不同井况条件下的测井作业。

3.根据权利要求1所述的基于介质声阻抗的套管外铠装光纤定位系统，其特征在于，所述的多频超声成像测井仪(5)包括采用耐高温耐高压的金属材料制造的外壳，内部还设有陀螺仪。

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