NO345868B1

NO345868B1 - Reflektometri basert system for å estimere en parameter ved hjelp av parallelt kombinerte operasjoner

Info

Publication number: NO345868B1
Application number: NO20140219A
Authority: NO
Inventors: Brooks A Childers; Roger G Duncan; Robert M Harman; Philip Robin Couch; Alexander M Barry
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2021-09-20
Also published as: AU2012321275B2; GB201402978D0; WO2013055468A1; BR112014007105B1; AU2012321275A1; NO20140219A1; MY181561A; CA2848300C; GB2510720B; GB2510720A; US9546915B2; CA2848300A1; US20130093598A1; BR112014007105A2

Description

BAKGRUNN

[0001] US 6,892,031 B2 beskriver et signalbehandlingssystem for en multiplekset FBG-sensor ved bruk av CDMA som omfatter en pseudotilfeldig-bitsekvens- (PRBS-) generator for generering av pseudotilfeldig bitsekvens; en lysemitterende diode (LED) for lysemittering ved en pseudotilfeldig bit fra PRBS-generatoren; en fiberkopler for overføring av et lyssignal fra nevnte LED til en FBG-sensordel og for passering eller føring av signaler som er reflektert av FBG-sensordelen, derigjennom; idet FBG-sensordelen er egnet for mottak/refleksjon av lyssignalet via en optisk fiber for å videresende den tilbake til fiberkopleren; en FBG-filterdel for filtrering av signalet som er reflektert av FBG-sensordelen og ført gjennom fiberkopleren; en fotodetektor for konvertering av lyssignalet fra FBG-filterdelen til det elektriske signalet; en forsinkelsesdel for å forsinke et pseudotilfeldig bitsignal fra PRBS-generatoren i en forutbestemt tidsperiode; en blandingsdel for blanding av forsinkelsessignalet fra forsinkelsesdelen og utgangssignalet fra fotodetektoren; og minst én autokorrelasjonsanordning for integrering eller autokorrelering av signalet fra blandingsmidlene for derved å forbedre systemets stabilitet og lineariteten til et signal som skal måles til påført belastning. US 6,285,806 B1 omhandler en fiberoptisk sensorgruppe med flere segmenter, idet hvert er i stand til å detektere en fysisk tilstand, slik som for eksempel en akustisk bølge. Segmentene er adskilt ved hjelp av svake reflektorer, slik som fiberoptiske Bragg-gittere. Lys fra en lyskilde blir lagt inn i inngangsenden til gruppen. Lys som er reflektert av hver av reflektorene, har et faseskift som representerer effekten av den fysiske tilstanden på alle segmentene fra inngangsenden til den reflektoren. For å adressere en bestemt reflektor blir returlyset demultiplekset. Denne demultipleksingen er utført ved modulering av lysinngangen inntil inngangsenden av gruppen med en pseudotilfeldig bitsekvens og korrelering av utgangen med en tidsskiftet versjon av den pseudotilfeldige bitsekvensen for å isolere den delen av utgangen som er forårsaket av den reflektoren. For å adressere et spesifikt segment blir faseskiftene fra to tilstøtende reflektorer bestemt. Returlyset kan styrkes ved å blande det med en del av lyset som er hentet fra lyskilden. US 2011/0194166 A1 vedrører et apparat for kombinering av laserstråling, idet apparatet omfatter en frølaser, en splitter, et flertall av forsterkerkjeder, en referanseforsterkerkjede, deteksjonsmidler, demodulatormidler og fasekontrollmidler. Parameterovervåkingssystemer kan inkorporeres med borehullkomponenter som fiberoptisk distribuerte følersystemer (DSS). Eksempler på DSS-teknikker omfatter optisk frekvensdomene-reflektometri (OFDR), som går ut på å spørre en optisk fiberføler med et optisk signal for å generere reflekterte signaler i den optiske fiberføleren.

[0002] Mange borehullanvendelser krever typisk å måle parametere ved ekstremt lange dybder, som strekkes enda lenger i marine anvendelser. Innføringslengder (dvs. lengden på den optiske fiberen fra en optisk spørrer til interesseområdet) kan dermed være ganske lange, noe som kan redusere DSS-systemenes effektive målerekkevidde.

SAMMENDRAG

[0003] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelsen fremgår av de selvstendige patentkravene. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene. En framgangsmåte for å estimere en parameter omfatter: å generere et optisk signal, der det optiske signalet moduleres via et moduleringssignal; å sende det modulerte optiske signalet fra en lyskilde inn i en optisk fiber, der den optiske fiberen omfatter en mengde følersteder som er anbrakt langs den optiske fiberen og konfigurert til å reflektere lys; å motta et reflektert signal som omfatter lys som er reflektert fra mengden følersteder; og å kombinere, i parallell, hver av mengden referansesignaler med det reflekterte signalet for å estimere verdien av parameteren.

[0004] Et system for å estimere en parameter omfatter: en lyskilde i optisk kommunikasjon med en optisk fiber, der lyskilden er konfigurert til å generere et optisk signal, der den optiske fiberen er konfigurert til å motta det optiske signalet og omfatter en mengde følersteder som er anbrakt langs den optiske fiberen og konfigurert til å reflektere lys; en modulator som er konfigurert til å modulere det optiske signalet via et moduleringssignal; en detektor som er konfigurert til å motta et reflektert signal som omfatter lys som er reflektert fra mengden følersteder; og en prosessor som er konfigurert til å kombinere, i parallell, hver av mengden referansesignaler med det reflekterte signalet for å estimere verdien av parameteren.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0005] Emnet som betraktes som oppfinnelsen, er spesielt utpekt og kreves tydelig i kravene til slutt i beskrivelsen. Oppfinnelsens foregående og andre trekk og fordeler framgår av den følgende detaljerte beskrivelsen sammenholdt med de tilhørende tegningene, der like elementer har like henvisningstall, og der:

[0006] Fig. 1 illustrerer en eksemplarisk utførelsesform av et borehullsystem for boring, overvåking, vurdering, leting og/eller produksjon;

[0007] Fig. 2 illustrerer en eksemplarisk utførelsesform av en måleenhet i systemet i fig.

1;

[0008] Fig.3 illustrerer en annen eksemplarisk utførelsesform av måleenheten i systemet i fig.1;

[0009] Fig. 4 er et flytskjema som illustrerer en eksemplarisk utførelsesform av en framgangsmåte for å estimere en parameter;

[0010] Fig. 5 er en illustrasjon av en moduleringsfrekvens hos et modulert optisk signal; og

[0011] Fig.6 er en illustrasjon av en moduleringsfrekvens hos en mengde

demoduleringssignaler.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0012] Det tilveiebringes systemer og framgangsmåter for å spørre én eller flere optiske fibere. En eksemplarisk framgangsmåte omfatter å generere et optisk signal og modulere det optiske signalet ved hjelp av et moduleringssignal som har en moduleringsfrekvens. Dette modulerte optiske signalet sendes av en spørrer inn i en optisk fiber som omfatter ett eller flere målesteder, og et retursignal som omfatter lys som reflekteres og/eller spres tilbake fra målestedene, mottas. En mengde oscillerende referansesignaler genereres (f.eks. av en mengde respektive blandere) og blandes eller kombineres på annen måte i parallell med retursignalet. I én utførelsesform omfatter hvert referansesignal en forsinkelse for å svare til et område eller en lengde på den optiske fiberen. I én utførelsesform omfatter et system én eller flere blandere eller andre prosessorer som er konfigurert til å motta retursignalet fra den optiske fiberen og prosessere retursignalet ved hjelp av hvert referansesignal. For eksempel omfatter systemet en mengde blandere, der hver blander sender ut et signal som indikerer forskjellen i frekvens mellom moduleringssignalet og det reflekterte signalet. Denne frekvensforskjellen kan analyseres for å estimere parametere til hvert følerområde på den optiske fiberen.

[0013] Med henvisning til fig. 1 vises en eksemplarisk utførelsesform av et borehullsystem 10 i en jordformasjon 16 for boring, overvåking, vurdering, leting og/eller produksjon i et borehull 12. En borehullstreng 14 anbringes i borehullet 12 og utfører eller legger til rette for funksjoner så som boring, produksjon og formasjonsvurdering. Borehullstrengen 14 er laget av for eksempel et rør, flere rørseksjoner eller fleksirør. Borehullstrengen 14 omfatter for eksempel et boresystem og eller en bunnhullsammenstilling (BHA). Systemet 10 og/eller borehullstrengen 14 omfatter et hvilket som helst antall borehullverktøy 18 for ulike prosesser, inkludert boring, hydrokarbonproduksjon og formasjonsvurdering (FE) for å måle én eller flere fysiske størrelser i eller rundt et borehull. Ulike måleverktøy 18 kan inkorporeres i systemet 10 for å påvirke måleregimer, så som anvendelser med wireline-måleing eller anvendelser med logging under boring (LWD).

[0014] I én utførelsesform inkluderes et parametermålesystem som en del av systemet 10 og konfigureres til å måle eller estimere ulike borehullparametere i formasjonen 16, borehullet 14, verktøyet 18 og/eller andre borehullkomponenter. Målesystemet omfatter en optisk spørrer eller måleenhet 20 som er forbundet i operabel kommunikasjon med minst én optisk fiber 22. Måleenheten 20 kan for eksempel lokaliseres et sted på overflaten, eller kan inkorporeres med borehullstrengen 12 eller verktøyet 18, eller på annen måte anbringes i borehullet som ønsket. Måleenheten 20 omfatter for eksempel en elektromagnetisk signalkilde 24, så som en innstillbar lyskilde, en LED og/eller en laser, og en signaldetektor 26. I én utførelsesform er en behandlingsenhet 28 i operabel kommunikasjon med signalkilden 24 og detektoren 26, og er konfigurert til å styre kilden 24, motta reflekterte signaldata fra detektoren 26 og/eller behandle reflekterte signaldata. Selv om måleenheten 20 er vist som en enkelt enhet, kan den også konfigureres som flere enheter. Videre er ikke målesystemet som beskrives her, begrenset til borehullanvendelser. Målesystemet kan brukes i forbindelse med et hvilket som helst overflateeller borehullmiljø, særlig de som vil ha nytte av å måle distribuerte parametere (f.eks. temperatur eller trykk).

[0015] Den optiske fiberen 22 er operabelt forbundet med måleenheten 20 og konfigurert til å anbringes i et borehull. Den optiske fiberen 22 omfatter ett eller flere følersteder 30 anbrakt langs en lengde av den optiske fiberen. Følerstedene 30 er konfigurert til å reflektere og/eller spre optiske spørresignaler som sendes ut av måleenheten 20. Eksempler på følersteder omfatter fiber-Bragg-gitter (FBG), speil, Fabry-Perot-hulrom og steder med iboende spredning samt hvilke som helst induserte refleksjoner. Steder med iboende spredning omfatter punkter i eller lengder av fiberen som reflekterer spørresignaler, så som steder med Rayleigh-spredning, Brillouin-spredning og Raman-spredning. Følerstedene 30 konfigureres slik at de returnerer reflekterte og/eller tilbakespredte signaler (her kollektivt kalt «reflekterte signaler» eller «retursignaler») fra følerstedne 30 som reaksjon på optiske målesignaler (dvs. spørresignaler) som sendes inn i den optiske fiberen 22.

[0016] I én utførelsesform er målesystemet konfigurert som et optisk frekvens-domenereflektometri-system (OFDR). I denne utførelsesformen omfatter kilden 24 en kontinuerlig innstillbar laser som brukes til å spektralt spørre den optiske fiberføleren 22. Spredte signaler som reflekteres fra iboende spredte steder, følersteder 30 og andre reflekterende overflater i den optiske fiberen 22, detekteres som en funksjon av frekvens og analyseres. Hvert spredte signal kan korreleres med en lokalitet, for eksempel ved en matematisk transformasjon eller ved å interferometrisk analysere de spredte signalene sammenliknet med en valgt felles referanselokalitet. Hvert spredte signal kan integreres for å rekonstruere kabelens totale lengde og/eller form.

[0017] Én type av OFDR kalles inkoherent OFDR (IOFDR) (også kalt frekvensmodulert kontinerlig bølge-teknikker (FMCW)). I IOFDR frekvensmodulers spørresignalet over tid (f.eks. periodisk) via et moduleringssignal. Frekvensen kan moduleres trinnvis eller kontinuerlig (sveipet frekvens). Spørresignalet sendes inn i den optiske fiberen, og reflekterte signaler returneres fra følerstedene og detekteres som en funksjon av moduleringsfrekvens. I én utførelsesform blandes de reflekterte signalene med det originale moduleringssignalet eller et annet moduleringssignal i det elektriske domenet for å generere et interferenssignal. En Fouriertransformasjon (f.eks. hurtig Fourier-transform) av spørresignalet som en funksjon av frekvens tilveiebringer tid-domene-signalet, som kan brukes til å korrelere spørresignalet med steder langs fiberen.

[0018] Et eksempel på måleenheten 20 er vist i fig. 2. I dette eksempelet er måleenheten en inkoherent OFDR-anordning. Måleenheten 20 omfatter den optiske kilden 24, så som en diodelaser med innstillbar kontinuerlig bølge (cw)-frekvens (eller -bølgelengde) optisk forbundet med den optiske fiberen 22. En modulator (f.eks. funksjonsgenerator) 32 i optisk kommunikasjon med den innstillbare optiske kilden 24 modulerer den optiske kilden 24 etter for eksempel kraft, intensitet eller amplitude, ved hjelp av et moduleringssignal.

Moduleringssignalet er generelt en oscillerende bølgeform, så som en sinusbølge, som har en moduleringsfrekvens. I én utførelsesform kan modulatoren 32 inkorporeres som en del av den optiske kilden 24. En detektor 26, så som en fotodiode, inkluderes for å detektere reflekterte signaler fra den optiske fiberen 22 som reaksjon på modulert optisk signal som sendes fra den optiske kilden 24.

[0019] Med fortsatt henvisning til fig. 2 koples et databehandlingssystem 28 til minst detektoren 26, og konfigureres til å behandle de reflekterte lyssignalene. For eksempel kan databehandlingssystemet 28 demodulere det reflekterte signalet ved hjelp av et demoduleringssignal, så som moduleringssignalet som ble brukt til å sende det optisk spørresignalet, eller en annen lokal oscillator (kalt et «referansesignal»). Databehandlingssystemet 28 kan konfigureres som en signalblander, som måler amplituden og fasen til moduleringssignalet eller referansesignalet i forhold til det mottatte reflekterte signalet. Behandlingssystemet 28 kan også konfigureres til å behandle det demodulerte signalet videre. For eksempel konfigureres behandlingssystemet 28 til å omforme (f.eks. via en FFT) det reflekterte signalet for å tillate romlig korrelasjon mellom signalet og følerstedene 30 eller utvalgte steder eller områder på den optiske fiberen 22.

[0020] En annen utførelsesform av måleenheten 20 er vist i fig. 3. I denne utførelsesformen omfatter måleenheten 20 den optiske kilden 24 optisk forbundet med den optiske fiberen 22, og modulatoren 32 i optisk kommunikasjon med den innstillbare optiske kilden 24. Modulatoren 32 genererer et moduleringssignal 34, så som en oscillerende bølgeform. Modulatoren 32 sender i tillegg til å generere moduleringssignalet som skal brukes av den optiske kilden, moduleringssignalet til databehandlingssystemet 28.

[0021] I denne utførelsesformen omfatter måleenheten 20 en mengde signalprosessorer 36, 38 og 40 som hver er konfigurert til å generere et respektivt referansesignal 42, 44 og 46, som hvert enkelt kan anvendes på det reflekterte lyssignalet, dvs. via blanding eller demodulering. Referansesignalene 42, 44 og 46 konfigureres for å anvendes på det reflekterte signalet i parallell, det vil si, hvert referansesignal anvendes på det samme reflekterte signalet. For eksempel anvendes hvert referansesignal 42, 44 og 46 på det samme retursignalet over et vesentlig identisk tidsvindu, og/eller hvert referansesignal anvendes i det minste vesentlig samtidig på retursignalet.

[0022] I én utførelsesform er hvert av moduleringssignalet 34 og referansesignalene 42, 44 og 46 oscillerende signaler som har en tidsvarierende oscilleringsfrekvens, også kalt «moduleringsfrekvensen». Hvert signal omfatter en respektiv oscilleringsfrekvens eller moduleringsfrekvens som varierer over tid i henhold til en eller annen funksjon, så som en trinnfunksjon eller en lineær funksjon.

[0023] Fig. 3 illustrerer en eksemplarisk konfigurasjon for å anvende referansesignalene. Måleenheten 20 omfatter en stråledeler 48 for å dele retursignalet i flere enkelte retursignaler. Hvert enkelt retursignal kan ha samme eller ulik kraft, men har samme bølgelengde og modulering. En detektor (f.eks. en opto-elektrisk omformer) 50 konverterer hvert enkelt retursignal til et elektrisk signal. Hvert detektorsignal blandes eller kombineres på annen måte med et respektivt referansesignal 42, 44, 46 via signalprosessorene 36, 38 og 40, som kan konfigureres som for eksempel radiofrekvensblandere (RF).

[0024] Konfigurasjonen vist i fig.3 er ikke ment å være begrensende, ettersom en hvilken som helst egnet konfigurasjon kan brukes til å introdusere flere lokale oscilleringssignaler og utføre flere kombinasjons- eller blandingsoperasjoner i parallell på det samme reflekterte eller tilbakespredte signalet. Slike konfigurasjoner omfatter å anvende flere signalgenererende kretser, eller å bruke andre digitale forsinkelsesmetoder. For eksempel kan det reflekterte signalet konverteres av en enkelt detektor til et elektrisk signal, og det konverterte signalet kan være inndata til flere signalgenereringskretser som hver tilveiebringer et ulike referansesignal å kombinere med det reflekterte signalet. Andre utførelsesformer kan omfatte å introdusere referansesignalene optisk til hvert enkelt reflektert signal, for eksempel ved å optisk forsinke hvert enkelt reflektert signal og blande hvert forsinket reflektert signal med moduleringssignalet.

[0025] Databehandlingssystem 28 koples til minst detektoren 26, og konfigureres til å behandle de reflekterte lyssignalene. For eksempel kan databehandlingssystemet 28 demodulere eller blande retursignalet med et referansesignal så som de forsinkede referansesignalene 42, 44 og 46. Databehandlingssystemet kan konfigureres som en signalblander, som måler amplituden og fasen til hvert moduleringssignal i forhold til det mottatte reflekterte signalet. Ulike ytterligere komponenter kan også inkluderes som en del av måleenhetene 20 og 30, som for eksempel en spekteranalysator, en stråledeler, en lyssirkulator, en forsterkningsmåler, en fasemåler, en linse, et filter og en fiberoptisk kopler.

[0026] Fig. 4 illustrerer en framgangsmåte 60 for å måle borehullparametere. Framgangsmåten 60 omfatter ett eller flere trinn 61–65. Selv om framgangsmåten 60 beskrives i sammenheng med systemet 10 og målesystemene som beskrives ovenfor, er ikke framgangsmåten 60 begrenset til bruk sammen med disse utførelsesformene, og kan utføres av måleenheten 20 eller annen behandlings- og/eller signaloppdagingsanordning. I én utførelsesform omfatter framgangsmåten 60 utførelsen av alle trinnene 61–65 i rekkefølgen som beskrives. Likevel kan noen trinn utelukkes, trinn kan legges til, og rekkefølgen på trinnene kan endres.

[0027] I det første trinnet 61 senkes den optiske fiberen 22 sammen med borehullstrengen 12, verktøy 18 og/eller andre komponenter ned i borehullet. Komponentene kan senkes ned via for eksempel en wireline eller en borestreng.

[0028] I det andre trinnet 62 genereres et modulert optisk signal som har en bølgelengde λ og sendes inn i den optiske fiberen 22. Modulatoren 32 modulerer kraften, intensiteten og/eller amplituden til det optiske signalet (f.eks. ved hjelp av et moduleringssignal så som moduleringssignal 34) i henhold til en sinusoidal eller annen oscillerende funksjon som har en tidsvarierende oscilleringsfrekvens eller moduleringsfrekvens. Generelt ligger moduleringsfrekvensene i radiofrekvensområdet, selv om andre frekvenser kan brukes ned til null Hertz.

[0029] For eksempel, som vist i fig. 5, varierer oscilleringsfrekvensen over tid i henhold til en valgt funksjon. For eksempel sveipes, dvs. endres, det optiske signalets moduleringsfrekvens av modulatoren 32 over en tidsperiode, så som i en kontinuerlig eller nesten kontinuerlig endring (f.eks. lineær endring, eksponentiell). For eksempel modulerer modulatoren 32 det optiske signalet med et moduleringssignal 34 som har en moduleringsfrekvens som representeres av en lineær funksjon 70. Denne funksjonen kan produseres av f.eks. en funksjonsgenerator som regulerer strømmen som anvendes på laseren. I dette eksempelet begynner funksjonen ved en initiell tid «to», da moduleringsfrekvensen er ved et valgt minimum «f1» (f.eks. ved eller nær null), og slutter ved en tid «tf», da moduleringsfrekvensen er ved et valgt maksimum «f2». Denne funksjonen kan gjentas etter ønske. Flere modulerte signaler kan sendes gjentatt for flere laserbølgelengder.

[0030] I det tredje trinnet 63 detekteres et reflektert signal av detektoren 26, 50 og tilsvarende data for retur- eller reflektert signal genereres av prosessoren 28. De reflekterte signalene kan omfatte lys som reflekteres og/eller spres tilbake fra følerstedene 30. For eksempel er det reflekterte signalet en følge av refleksjoner og/eller tilbakespredning fra FBG-er, Rayleigh-spredning, Raman-spredning, og/eller Brillouin-spredning.

[0031] I det fjerde trinnet 64 blandes eller demoduleres det reflekterte signalet i forhold til flere referansesignaler. Det reflekterte signalet blandes i forhold til referansesignaler så som referansesignal 42 og 44, som hvert har en oscilleringsfrekvens som varierer ulikt, f.eks. som varierer i henhold til en ulik funksjon. I én utførelsesform varierer hvert referansesignals moduleringsfrekvens i henhold til en funksjon som har i det minste vesentlig samme form som moduleringssignalet, der funksjonen tidsforsinkes i forhold til moduleringssignalet i henhold til en valgt tidsforsinkelse. For eksempel, som vist i fig. 6, har hvert referansesignal i det minste vesentlig samme form som moduleringssignalet 34, dvs. er en sinusoidal bølgeform som har en moduleringsfrekvens som varieres over tid. I dette eksempelet har både moduleringssignalet 34 og referansesignalene 42 og 44 i det minste vesentlig samme sveipehastighet (dvs. endringshastighet til moduleringsfrekvensen fra to til «tf+d» over en tidsperiode), men referansesignalsene 42 og 44 tidsforsinkes. Tidsforsinkelsene «dl» og «d2» i dette eksempelet er representert av tidsperioden henholdsvis fra t0 til «td1» og fra t0 til «td2». Referansesignalet kan forsinkes ved hjelp av en hvilken som helst egnet metode eller mekanisme, så som å generere det forsinkede referansesignalet ved hjelp av modulatoren 34 eller en separat signalgenereringskrets. Andre metoder å introdusere forsinkelsen på omfatter bruk av digitale forsinkelsesanordninger så som first-in first-out-buffere (FIFO). Som diskutert ovenfor kan det optiske retursignalet alternativt deles i flere enkelte signaler som har samme fase, og optisk forsinket (f.eks. med henholdsvis dl og d2). De optisk forsinkede signalene kan deretter hver for seg blandes med det orginale moduleringssignalet 34.

[0032] Mengden av hver forsinkelse svarer for eksempel til løpetid for et optisk signal mellom et sendested (f.eks. inngangssted for den optiske kilden 24) og et valgt sted eller område i den optiske fiberen 22. Løpetiden kan innhentes eller beregnes ved hjelp av et hvilket som helst egnet middel, så som ved å bruke måleenheten 20 eller annen optisk kilde til å sende et pulset signal og registrere mottakstiden for resulterende reflekterte signaler. Hver forsinkelse kan være i det minste vesentlig lik forskjellen i løpetiden mellom to steder som grenser inn et valgt område av fiberen.

[0033] I én utførelsesform deles det optiske retursignalet i flere enkelte signaler, og hvert enkelt signal konverteres til et elektrisk signal (f.eks. via detektor 50 som omfatter en optoelektrisk omformer). Hvert elektrisk signal blandes individuelt med et respektivt referansesignal 42, 44 og 46 for å generere et datasett for et område av den optiske fiberen som svarer til forsinkelsen. I en annen utførelsesform konverteres det optiske retursignalet til et elektrisk signal uten å dele det optiske signalet, og det elektriske signalet blandes i parallell med hvert referansesignal.

[0034] Blandingsoperasjonene utføres hver for seg på retursignalet over samme tidsvindu, for å generere data som svarer til ulike lengder av den optiske fiberen. I én utførelsesform utføres hver av blandingsoperasjonene som utføres på retursignalet, samtidig. Disse operasjonene produserer faktisk flere datasett som hvert svarer til en del av lengden av den optiske fiberen og/eller et sted eller en rekke steder med ulike følere langs den optiske fiberen. Ettersom lengre fiberlengder produserer signaler med større mengder pipestøy, reduserer disse datasettene med redusert lengde pipestøyen, noe som gjør det mulig å øke sveipehastighetene for moduleringssignaler i forhold til teknikker som benytter et enkelt referansesignal.

[0035] De demodulerte reflekterte signalen kan deretter inversomformes ved hjelp av en matematisk algoritme så som en hurtig Fourier-transform (FFT) til et romlig frekvensdomene.

[0036] Trinn 61-64 kan gjentas for optiske signaler som har flere optiske bølgelengder. For eksempel utføres trinn 61-64 ved hjelp av et modulert signal som har en første vesentlig konstant første bølgelengde λι, og gjentas for N påfølgende signaler som har bølgelengder λ2 -λN. Flere sett med avlesninger kan samles i ett sammensatt sett med avlesninger, som tilveiebringer et komplekst datasett som blant andre parametere inneholder amplitude av refleksjon (eller utsending) og romlige steddata for hver av komponentene i optisk kommunikasjon med den optiske fiberen 22. Det modulerte signalets bølgelengde kan varieres i en hvilken som helst ønsket hastighet, f.eks. sveipes på en trinnvis måte eller kontinuerlig måte.

[0037] I det femte trinnet 65 benyttes de blandede signaldataene til å estimere ulike parametere langs den optiske fiberen 22. De reflekterte signaldataene korreleres til steder på eller lengder av den optiske fiberen 22, og parametere estimeres for ett eller flere følersteder 30.

Eksempler på slike parametere er temperatur, trykk, vibrasjon, kraft, belastning og deformasjon av borehullkomponenter, kjemisk sammensetning av borehullfluider eller formasjonen, akustiske hendelser og annet.

[0038] Systemene og framgangsmåtene som beskrives her, tilveiebringer ulike fordeler framfor kjent teknikk. Systemene og framgangsmåtene tilveiebringer en mekanisme for å kompensere for eller redusere/oppheve virkninger så som reduserte signal/støy-forhold (SNR) grunnet økning i følerlengder. For eksempel øker systemene og framgangsmåtene måleevnen til OFDR-systemer ved å introdusere parallelle blandingsoperasjoner på det samme reflekterte og/eller tilbakespredte optiske signalet, noe som gjør det mulig å øke det effektive antallet følere som kan overvåkes ved hjelp av en akseptabel SNR og/eller en økning i SNR ved hver av målingene, og forbedre måletroheten. Dette kan gjøre det mulig med en effektivt høyere sveipehastighet for en gitt signalgenereringskrets, samtidig som det blir mulig å analysere flere segmenter av DUT i parallell.

[0039] Til støtte for det foreliggende kan det anvendes ulike analysekomponenter, inkludert et digitalt og/eller et analogt system. Komponenter av systemet, så som måleenheten 20 eller 30, prosessoren 28 og andre komponenter av systemet 10, kan ha komponenter som en prosessor, lagringsmedier, minne, inngang, utgang, kommunikasjonslenk, brukergrensesnitt, programvare, signalbehandlere (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (for eksempel motstander, kondensatorer, induktorer og annet) for å besørge drift og analyse av anordningen og framgangsmåtene beskrevet her på en hvilken som helst av flere måter fra velkjent teknikk. Det anses at det foreliggende kan, men ikke trenger å implementeres sammen med et sett datamaskineksekverbare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, inkludert minne (ROM, RAM), optisk (CD-ROM) eller magnetisk (disker, harddisker), eller en hvilken som helst annen type som når den eksekveres, får en datamaskin til å implementere framgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen. Disse instruksjonene kan besørge utstyrsdrift, kontroll, datainnsamling og dataanalyse samt andre funksjoner som betraktes som relevante av en systemdesigner, eier, bruker eller annet slikt personale, i tillegg til funksjonene som er beskrevet her.

[0040] Det vil anerkjennes at de ulike komponentene eller teknologiene kan gi visse nødvendige eller fordelaktige funksjoner eller trekk. Disse funksjonene og trekkene som kan være nødvendige for å støtte de medfølgende kravene, anerkjennes følgelig som en iboende del av det foreliggende, og som en del av den beskrevne oppfinnelsen som er definert av de medfølgende kravene.

[0041] Selv om oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til en eksemplariske utførelsesformer, vil det forstås at det kan gjøres ulike endringer og settes inn ekvivalenter for elementer i den uten at det avviker fra oppfinnelsens omfang definert av de medfølgende kravene. Dessuten kan mange modifiseringer gjøres for å tilpasse et spesielt instrument, en spesiell situasjon eller et spesielt materiale til oppfinnelsens lærdom uten at det avviker fra dens essensielle omfang definert av de medfølgende kravene. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til den spesifikke utførelsesformen som beskrives som den best uttenkte måten å gjennomføre denne oppfinnelsen på, men at oppfinnelsen skal omfatte alle utførelsesformer som faller innenfor omfanget definert av de medfølgende kravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Framgangsmåte for å estimere en parameter, der framgangsmåten omfatter: å generere et optisk signal, der det optiske signalet moduleres via et moduleringssignal (34);

å sende det modulerte optiske signalet fra en lyskilde (24) inn i en optisk fiber (22), der den optiske fiberen (22) omfatter en mengde av følersteder (30) som er anbrakt langs den optiske fiberen (22) og konfigurert til å reflektere lys, idet mengden av følersteder (30) innbefatter et første følersted og et andre følersted som er anbrakt ved forskjellige områder til den optiske fiberen (22);

å motta et retur- eller reflektert signal som omfatter lys som er reflektert fra mengden av følersteder (30) over et valgt tidsvindu; og

å dele det reflekterte signalet inn i et flertall av enkelte reflekterte signaler innbefattende i det minste et første reflektert signal og et andre reflektert signal, idet det første reflekterte signalet og det andre reflekterte signalet har samme bølgelengde og modulasjon, idet det første reflekterte signalet og det andre reflekterte signalet er assosiert med samme valgte tidsvindu og innbefatter en del av lyset som er reflektert fra mengden av følersteder (30);

å kombinere det første reflekterte signalet med et første referansesignal (42, 44, 46) ved hjelp av en første signalprosessor (36, 38, 40) for å generere et første kombinert signal som er assosiert med det første følerstedet,

å kombinere det andre reflekterte signalet med et andre referansesignal (42, 44, 46) ved hjelp av en andre signalprosessor (36, 38, 40) for å generere et andre kombinert signal som er assosiert med det andre følerstedet, idet det andre reflekterte signalet er forskjellig eller ulikt fra det første reflekterte signalet, hvor den første signalprosessoren (36, 38, 40) den andre signalprosessoren (36, 38, 40 utfører kombineringen av det første reflekterte signalet med det første referansesignalet (42, 44, 46) og kombineringen av det andre reflekterte signalet med det andre referansesignalet (42, 44, 46) i parallell og i det minste vesentlig samtidig, og

å estimere en verdi av parameteren basert på kombineringen av kombineringen av det første reflekterte signalet med det første referansesignalet (42, 44, 46) og kombineringen av det andre reflekterte signalet med det andre referansesignalet (42, 44, 46), hvor estimeringen innbefatter bestemmelse av lengde og/eller form av et første område for den optiske fiberen (22) som er assosiert med det første følerstedet basert på det første kombinerte signalet, og bestemmelse av lengde og/eller form av et andre område for den optiske fiberen (22) som er assosiert med det andre følerstedet basert på det andre kombinerte signalet;

hvor parameteren er en borehullparameter for minst én av: en formasjon (16), et borehull (14), et verktøy (18) og/eller andre borehullkomponent(er).

2. Framgangsmåte i henhold til krav 1, der moduleringssignalet (34) og de første og andre referansesignaler er oscillerende signaler som har en tidsvarierende oscilleringsfrekvens, der hver av de første og andre referansesignaler omfatter en respektiv oscilleringsfrekvens som varierer over tid i henhold til en ulik funksjon.

3. Framgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, der borehullparameteren er minst én av: temperatur, trykk, vibrasjon, kraft, belastning og deformasjon av borehullkomponent(er), kjemisk sammensetning av borehullfluider eller formasjonen (16) og/eller akustisk(e) hendelse(r).

4. Framgangsmåte i henhold til krav 2, der hver av de første og andre referansesignaler omfatter den respektive oscilleringsfrekvensen som varierer over tid i henhold til en referansesignalfunksjon som har i det minste vesentlig samme form som moduleringssignalet (34), der referansesignalfunksjonen midlertidig tidsforsinkes i forhold til moduleringssignalet (34) i henhold til en valgt tidsforsinkelse (d1, d2).

5. Framgangsmåte i henhold til krav 4, der referansesignalfunksjonen forsinkes i henhold til en ulik tidsforsinkelse.

6. Framgangsmåte i henhold til krav 4 eller 5, der referansesignalfunksjonen innbefatter en tidsforsinkelse som velges slik at den tilsvarer en avstand mellom lyskilden (24) og ett av mengden av følersteder (30).

7. Framgangsmåte i henhold til krav 1, der det første referansesignalet er midlertidig forsinket i henhold til en første tidsforsinkelse, og det andre referansesignalet er midlertidig forsinket i henhold til en andre tidsforsinkelse som er ulik den første tidsforsinkelsen.

8. Framgangsmåte i henhold til krav 7, der moduleringssignalet (34) varierer i henhold til en funksjon som begynner ved en starttid, idet det første referansesignalet har en første oscilleringsfrekvens som varieres mellom en første forsinket starttid og en sluttid, og der det andre referansesignalet har en andre oscilleringsfrekvens som varieres mellom en andre forsinket starttid og sluttiden, idet hver av den første forsinkede starttiden og den andre forsinkede starttiden finner sted ved en ulik valgt tid etter starttiden.

9. Framgangsmåte i henhold til krav 8, der det første reflekterte signalet demoduleres med det første referansesignalet over en første tidsperiode som defineres av den første forsinkede starttiden og sluttiden, og det andre reflekterte signalet demoduleres med det andre referansesignalet over en andre tidsperiode som defineres av den andre forsinkede starttiden og sluttiden.

10. Framgangsmåte i henhold til krav 1, som ytterligere omfatter å generere en mengde av kombinerte signaler som tilsvarer valgte lengder av den optiske fiberen (22), og å omforme hvert kombinert signal av mengden av kombinerte signaler fra et frekvensområde eller -domene til et tidsområde eller -domene for å tilveiebringe et målesett som tilsvarer hver valgt lengde av den optiske fiberen (22).

11. System (10) for å estimere en parameter, der systemet omfatter:

en lyskilde (24) i optisk kommunikasjon med en optisk fiber (22), der lyskilden (24) er konfigurert til å generere et optisk signal, der den optiske fiberen (22) er konfigurert til å motta det optiske signalet og omfatter en mengde av følersteder (30) som er anbrakt langs den optiske fiberen (22) og konfigurert til å reflektere lys, idet mengden av følersteder (30) innbefatter et første følersted og et andre følersted som er anbrakt ved forskjellige områder til den optiske fiberen (22);

en modulator (32) som er konfigurert til å modulere det optiske signalet via et moduleringssignal (34);

en stråledeler (48) som er konfigurert til å dele et retur- eller reflektert signal som innbefatter lyset som er reflektert fra mengden av følersteder (30), inn i en mengde av enkelte reflekterte signaler, hvor mengden av enkelte reflekterte signaler innbefatter i det minste et første reflektert signal og et andre reflektert signal, idet det første reflekterte signalet og det andre reflekterte signalet har vesentlig samme bølgelengde og modulasjon, idet det første reflekterte signalet og det andre reflekterte signalet er assosiert med samme valgte tidsvindu og innbefatter en del av lyset som er reflektert fra mengden av følersteder (30);

en første signalprosessor (36, 38, 40) som er konfigurert til å motta det første reflekterte signalet og som er i stand til å kombinere det første reflekterte signalet med et første referansesignal (42, 44, 46) for å generere et første kombinert signal som er assosiert med det første følerstedet;

en andre signalprosessor (36, 38, 40) som er konfigurert til å motta det andre reflekterte signalet og som er i stand til å kombinere det andre reflekterte signalet med et andre referansesignal (42, 44, 46) for å generere et andre kombinert signal som er assosiert med det andre følerstedet, idet det andre reflekterte signalet er forskjellig eller ulikt fra det første reflekterte signalet, idet den første signalprosessoren (36, 38, 40) den andre signalprosessoren (36, 38, 40 er konfigurert til å utføre kombineringen av det første reflekterte signalet med det første referansesignalet (42, 44, 46) og kombineringen av det andre reflekterte signalet med det andre referansesignalet (42, 44, 46) i parallell og i det minste vesentlig samtidig; og

en prosessor som er konfigurert til å estimere en verdi av parameteren basert på kombinerte signaler som er generert av den første signalprosessoren (36, 38, 40) og den andre signalprosessoren (36, 38, 40), idet prosessoren videre er konfigurert til estimere verdien basert på bestemmelse av lengde og/eller form av et første område for den optiske fiberen (22) som er assosiert med det første følerstedet basert på det første kombinerte signalet, og bestemmelse av lengde og/eller form av et andre område for den optiske fiberen (22) som er assosiert med det andre følerstedet basert på det andre kombinerte signalet;

12. System i henhold til krav 11, der moduleringssignalet (34) og de første og andre referansesignaler er oscillerende signaler som har en tidsvarierende oscilleringsfrekvens, og hver av de første og andre referansesignaler omfatter en respektiv oscilleringsfrekvens som varierer over tid i henhold til en ulik funksjon.

13. System i henhold til krav 11 eller 12, der borehullparameteren er minst én av: temperatur, trykk, vibrasjon, kraft, belastning og deformasjon av borehullkomponent(er), kjemisk sammensetning av borehullfluider eller formasjonen (16) og/eller akustisk(e) hendelse(r).

14. System i henhold til krav 12, der hver av de første og andre referansesignaler omfatter den respektive oscilleringsfrekvensen som varierer over tid i henhold til en referansesignalfunksjon som har i det minste vesentlig samme form som moduleringssignalet (34), der referansesignalfunksjonen midlertidig tidsforsinkes i forhold til moduleringssignalet (34) i henhold til en valgt tidsforsinkelse (d1, d2).

15. System i henhold til krav 14, der referansesignalfunksjonen forsinkes i henhold til en ulik tidsforsinkelse.

16. System i henhold til krav 14, der referansesignalfunksjonen innbefatter en tidsforsinkelse som velges slik at den tilsvarer en avstand mellom lyskilden (24) og ett av mengden av følersteder (30).

17. System i henhold til krav 12, der moduleringssignalet (34) har en oscilleringsfrekvens som varieres mellom en starttid og en sluttid.

18. System i henhold til krav 17, der det første referansesignalet har en første oscilleringsfrekvens som varieres mellom en første forsinket starttid og sluttiden, og der det andre referansesignalet har en andre oscilleringsfrekvens som varieres mellom en andre forsinket starttid og sluttiden, idet hver av den første forsinkede starttiden og den andre forsinkede starttiden finner sted ved en ulik valgt tid etter starttiden.

19. System i henhold til krav 18, der det første reflekterte signalet demoduleres med det første referansesignalet over en første tidsperiode som defineres av den første forsinkede starttiden og sluttiden, og det andre reflekterte signalet demoduleres med det andre referansesignalet over en andre tidsperiode som defineres av den andre forsinkede starttiden og sluttiden.

20. System i henhold til krav 11, der systemet er konfigurert til å generere en mengde av kombinerte signaler som tilsvarer valgte lengder av den optiske fiberen (22), og til å omforme hvert kombinert signal av mengden av kombinerte signaler fra et frekvensområde eller -domene til et tidsområde eller -domene for å tilveiebringe et målesett som tilsvarer hver valgt lengde av den optiske fiberen (22).