管道的完整性監(jiān)測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種管道的完整性監(jiān)測(cè)的方法。沿著管道的路徑提供光纖，并且對(duì)管道中的流體進(jìn)行加壓和降壓。光纖被詢問用以提供分布式聲傳感器，并且在加壓和降壓期間從光纖的多個(gè)縱向部分對(duì)數(shù)據(jù)取樣。數(shù)據(jù)被處理用以檢測(cè)管道的完整性特有的信號(hào)。
【專利說明】管道的完整性監(jiān)測(cè)
[0001]本發(fā)明涉及管道的完整性監(jiān)測(cè)，特別地，本發(fā)明涉及使用分布式聲傳感(DAS)來在比如生產(chǎn)井和注入井等井中進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
[0002]當(dāng)比如油井等井被鉆探時(shí)，鉆孔得以形成。該鉆孔可以主要是垂直的，或者可以具有非垂直的部段。該鉆孔通常通過旋轉(zhuǎn)鉆探形成。
[0003]圖1示意性地示出了完成之后的、例如用于油或氣生產(chǎn)的典型生產(chǎn)井的部段的截面。當(dāng)鉆孔被鉆入地10中之后，一個(gè)或多個(gè)套管12、16被插入鉆孔中。套管可以被提供來保護(hù)含水層、提供壓力完整性、確保生產(chǎn)地層的隔離以及防止鉆孔坍縮在自身上。通常，套管被插入離散長(zhǎng)度的管子中，所述離散長(zhǎng)度的管子是通過將相鄰部段螺接在一起或者通過其它適當(dāng)?shù)氖侄味靡月?lián)接在一起的。在存在多個(gè)套管的情況下，較小直徑的套管可以被安裝在井孔的還存在較大直徑的套管的部段中。較小直徑的套管可以延伸穿過具有較大直徑的套管的井孔的整個(gè)長(zhǎng)度，或者僅僅穿過這種部段的一部分，比如較小直徑的套管的起始點(diǎn)從較大直徑的部段得到支承。
[0004]當(dāng)套管被定位在鉆孔中之后，它通常被膠結(jié)(cemented)就位，至少是對(duì)于井的深度的一部分來說，用以將套管密封到地中。通常，混凝土 14、16被沿相關(guān)的套管強(qiáng)制下移，并溢出端部，使得混凝土回填套管的外表面上與其環(huán)繞物之間的環(huán)形空間。因此，在圖1所示的示例中，較大直徑的套管16被定位在井孔中?；炷寥缓髮⒀卮笾睆教坠鼙粡?qiáng)制下移，用以回填套管16與地10之間的空間。一旦這被膠結(jié)就位后，可以進(jìn)一步進(jìn)行鉆探，并且在以后，較小套管直徑的套管12可以被插入。該套管也可以通過膠結(jié)被密封就位，但是在該情況下，膠結(jié)劑(或水泥)將回填兩個(gè)套管12和16之間的空隙。
[0005]可以存在多種不同類型的在井中使用的套管。例如，套管12可以是生產(chǎn)套管。生產(chǎn)套管可以是將被安裝的最后套管中的一個(gè)。因此，在使用中，生產(chǎn)套管的內(nèi)部對(duì)應(yīng)于井底與井口之間的通道。產(chǎn)品可以經(jīng)由生產(chǎn)套管被承載至表面，但是通常生產(chǎn)管道系統(tǒng)被安裝在生產(chǎn)套管內(nèi)，并且生產(chǎn)管道系統(tǒng)承載產(chǎn)品。附加的較大直徑的套管16可以是中間套管、表層套管或者導(dǎo)向套管。中間套管可以被用于保護(hù)薄弱或者高壓力地層的塌落，并且用于實(shí)現(xiàn)使用控制較低地層所需的不同密度的鉆探流體。表層套管可以被用于保護(hù)陸上的淡水含水層，并用于錨定防噴器(BOPs)。導(dǎo)向套管可以被用于支承表面地層，并且可以在鉆探已開始之后不久被設(shè)定，因?yàn)殂@孔的淺層部分可能快速地塌落。如所論述的，附加套管在生產(chǎn)套管12的插入之前被插入到鉆孔中，并且由混凝土 18設(shè)定就位。
[0006]雖然除了生產(chǎn)套管12之外只示出了單個(gè)套管16，但是應(yīng)該清楚的是可以提供多個(gè)附加套管，且每個(gè)附加套管由混凝土密封就位。
[0007]當(dāng)圍繞生產(chǎn)套管的混凝土 14已凝固并且井的結(jié)構(gòu)完成時(shí)，從生產(chǎn)套管到容納流體產(chǎn)品的地中的貯存器生成了流動(dòng)路徑。最常見的方法使用配備有成形爆炸射孔炸藥的噴射式射孔槍。然后可以進(jìn)行壓裂，以便增加從貯存器到生產(chǎn)套管的流體流，由此增加井的生產(chǎn)率。
[0008]由于套管一般被插入被聯(lián)接在一起的離散長(zhǎng)度中，所以這些接合可能在井形成和操作中導(dǎo)致令人擔(dān)憂的區(qū)域。鑒于套管在井完成時(shí)被膠結(jié)就位并且只能通過進(jìn)一步鉆探得到移除，所以希望的是在它們被膠結(jié)就位之前檢查這些套管的完整性。此外，鑒于井安裝的高成本以及如果井發(fā)生了泄漏所涉及的潛在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)后果，希望的是能夠監(jiān)測(cè)井的完整性。特別地，希望的是監(jiān)測(cè)井中的泄漏。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例旨在在一定程度上解決至少一部分上述問題。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種管道的完整性監(jiān)測(cè)的方法，其包括:沿著所述管道的路徑提供光纖；在所述管道中的流體與位于所述管道外的流體之間提供壓力差；詢問(interrogating)所述光纖來提供分布式聲傳感器,并且在所述壓力差存在的同時(shí)從的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及處理所述數(shù)據(jù)來檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。
[0011]管道的完整性特有的信號(hào)可以是表示管道中的泄漏的聲信號(hào)。在有泄漏的情況下，壓力差將使流體漏進(jìn)或者漏出管道，并且這能夠生成能夠被檢測(cè)到的可檢測(cè)聲標(biāo)記。
[0012]所述方法可以進(jìn)一步包括:沿著所述光纖從而沿著所述管道確定所述信號(hào)的起點(diǎn)位置。
[0013]提供壓力差的步驟可以包括增加流體在所述管道中的相對(duì)壓力的步驟。替代地，提供壓力差的步驟可以包括降低流體在所述管道中的相對(duì)壓力。
[0014]所述管道可以是井孔中的套管。可以在所述管道被膠結(jié)就位之前，在井的生產(chǎn)工藝中進(jìn)行完整性監(jiān)測(cè)方法。所述管道可以是生產(chǎn)套管。
[0015]所述方法可以包括以下步驟:將所述生產(chǎn)套管內(nèi)的流體的壓力增加至第一預(yù)定水平，并在生產(chǎn)套管中存在泄漏的情況下，隨著流體流動(dòng)穿過泄漏處進(jìn)入環(huán)繞空腔中，允許壓力降低至第二預(yù)定水平。環(huán)繞空腔可以是圍繞待測(cè)試的管道的任何空腔，但是在管道是生產(chǎn)套管的情況下，可以特別由圍繞生產(chǎn)套管定位的中間套管限定出。將生產(chǎn)套管中的流體加壓至第一預(yù)定水平并允許它降低的步驟可以進(jìn)行多次，以便增加環(huán)繞空腔的流體中的壓力。所述方法可以于是進(jìn)一步包括:對(duì)所述生產(chǎn)套管中的壓力進(jìn)行泄壓，并使用分布式聲傳感來監(jiān)測(cè)從例如由中間套管限定出的環(huán)繞空腔向所述生產(chǎn)套管的流動(dòng)特有的信號(hào)。
[0016]所述光纖可以經(jīng)由金屬線(wire line)單元提供。
[0017]所述方法可以包括對(duì)提供壓力差和詢問光纖的步驟進(jìn)行多次重復(fù)，即對(duì)生成壓力差然后進(jìn)行監(jiān)測(cè)用以檢測(cè)是否存在泄漏特有的信號(hào)的多次重復(fù)。然而，所述方法可以包括在所述重復(fù)的至少兩次之間相對(duì)于所述管道縱向地移動(dòng)所述光纖，使得光纖的不同部段在重復(fù)之間監(jiān)測(cè)管道的不同部段。
[0018]所述處理步驟可以包括處理相對(duì)于所述管道在不同位置從所述光纖獲得的數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。通過相對(duì)于管道移動(dòng)光纖，能夠識(shí)別由于光纖自身造成的系統(tǒng)誤差。如果在第一重復(fù)期間，從光纖的第一部段檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于管道的第一部段的信號(hào)，并在第二重復(fù)中，在光纖已被移動(dòng)之后，從光纖的第二部段檢測(cè)到再次對(duì)應(yīng)于管道的第一部段的信號(hào)，則這種信號(hào)可以被認(rèn)為是從管道的第一部段發(fā)生的真實(shí)的信號(hào)。然而，如果在第二重復(fù)中，再次從光纖的第一部段檢測(cè)到信號(hào)，其現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于管道的第二部段，則可能的情況是該信號(hào)實(shí)際上是與光纖和詢問器相關(guān)的系統(tǒng)誤差，而不是真實(shí)的信號(hào)。
[0019]附加地或替代地，所述方法可以包括沿著所述管道的路徑提供多個(gè)光纖，并詢問所述多個(gè)光纖，以便提供多個(gè)分布式聲傳感器。便利地，所述多個(gè)光纖被提供在一個(gè)光纖線纜內(nèi)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道的，光纖線纜可以通常容納若干光纖芯。在本方法中，這些光纖芯的至少兩個(gè)被用于分布式聲傳感?？梢允褂脮r(shí)分多路復(fù)用(time divisionmultiplexing)來將單個(gè)詢問器用于詢問所述多個(gè)光纖。再次，通過處理來自沿著管道的路徑部署的兩個(gè)或更多個(gè)光纖的數(shù)據(jù)，能夠識(shí)別并消除系統(tǒng)誤差。如果由兩個(gè)光纖在相同部位處檢測(cè)到信號(hào)，則該信號(hào)可能是真實(shí)的，而只由一個(gè)光纖檢測(cè)到的信號(hào)可能是使用該光纖形成的傳感器的系統(tǒng)誤差。應(yīng)該理解的是，在分布式聲傳感器中使用的每個(gè)光纖都可能導(dǎo)致一些系統(tǒng)誤差，但是即使在使用常見的詢問器單元時(shí)，這些系統(tǒng)誤差也不太可能在每個(gè)光纖中出現(xiàn)在相同位置處。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于監(jiān)測(cè)管道的完整性的完整性監(jiān)測(cè)設(shè)備，其包括:沿著所述管道的長(zhǎng)度定位的光纖；加壓機(jī)構(gòu)，所述加壓機(jī)構(gòu)被配置來在所述管道中的流體與位于所述管道外的流體之間提供壓力差；光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問光纖并提供分布式聲傳感；和處理器，所述處理器適于接收來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以監(jiān)測(cè)所述光纖，用以檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。所述加壓機(jī)構(gòu)可以是壓力車(pressure truck)。
[0021 ] 本發(fā)明的該方面的設(shè)備提供所有相同的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠在如以上相對(duì)于方法所描述的所有相同實(shí)施例中使用。特別地，所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于相對(duì)于所述管道縱向地移動(dòng)所述光纖的機(jī)構(gòu)。附加地或替代地，所述設(shè)備可以包括沿著所述管道的長(zhǎng)度定位的多個(gè)光纖，其中所述光纖詢問器適于使用時(shí)分多路復(fù)用來詢問所述多個(gè)光纖。
[0022]如上所述，通過相對(duì)于例如管道等受監(jiān)測(cè)的部位移動(dòng)分布式聲傳感器的光纖，能夠識(shí)別從而消除在分布式聲傳感器內(nèi)發(fā)生的系統(tǒng)誤差。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式聲傳感的方法，其包括:相對(duì)于感興趣的區(qū)域配置光纖；改變所述光纖相對(duì)于所述感興趣的區(qū)域的縱向位置；詢問所述光纖來提供分布式聲傳感器，并且隨著所述光纖的位置相對(duì)于所述感興趣的區(qū)域發(fā)生改變，從所述光纖的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及處理所述數(shù)據(jù)來確定從所述感興趣的區(qū)域入射到所述光纖的聲信號(hào)。
[0023]所述方法可以進(jìn)一步包括:在所述光纖的位置改變時(shí)，沿著所述光纖確定檢測(cè)到的信號(hào)的起點(diǎn)位置，以及在所述感興趣的區(qū)域中的相應(yīng)部位。如果所述起點(diǎn)位置相對(duì)于所述管道保持不變，則所述信號(hào)被認(rèn)為發(fā)生于所述感興趣的區(qū)域，并且如果所述起點(diǎn)或位置相對(duì)于所述光纖保持不變，則所述信號(hào)被認(rèn)為發(fā)生于所述光纖內(nèi)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式聲傳感器設(shè)備，其包括:光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問被部署于感興趣的區(qū)域內(nèi)的光纖，并提供分布式聲傳感；和處理器，所述處理器適于接收并處理來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以確定從所述感興趣的區(qū)域入射到所述光纖的聲信號(hào)；所述設(shè)備進(jìn)一步包括位置改變機(jī)構(gòu)，所述位置改變機(jī)構(gòu)被配置來改變所述光纖相對(duì)于所述管道的縱向位置。
[0025]也如以上提及的，在光纖分布式聲傳感器中的系統(tǒng)誤差也能夠通過使用多個(gè)光纖芯來得到識(shí)別。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種分布式聲傳感的方法，其包括:沿著感興趣的區(qū)域中的路徑提供多個(gè)光纖芯；詢問所述多個(gè)光纖芯用以在每個(gè)芯上提供分布式聲傳感，并從所述光纖的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及處理所述數(shù)據(jù)，用以在至少兩個(gè)光纖芯沿著所述路徑在相同位置處提供基本上相同的信號(hào)特性的情況下，確定真實(shí)的入射信號(hào)。
[0026]所述多個(gè)光纖芯可以被提供在單個(gè)光纖線纜中?？梢詮氖褂脮r(shí)分多路復(fù)用詢問脈沖的單個(gè)詢問器詢問所述多個(gè)光纖芯。[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光纖分布式聲傳感設(shè)備，其包括:沿著路徑定位的多個(gè)光纖芯；光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問所述多個(gè)光纖芯，并在每個(gè)芯上提供分布式聲傳感；和處理器，所述處理器適于接收來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以監(jiān)測(cè)所述光纖芯，用以在至少兩個(gè)光纖芯沿著所述路徑在相同位置處提供基本上相同的信號(hào)特性的情況下，確定真實(shí)的入射信號(hào)。
[0028]所述多個(gè)光纖芯可以被提供在單個(gè)光纖線纜中?？梢詮氖褂脮r(shí)分多路復(fù)用詢問脈沖的單個(gè)詢問器詢問所述多個(gè)光纖芯。
[0029]現(xiàn)在將只相對(duì)于以下附圖通過示例方式來描述本發(fā)明，所述附圖中:
圖1示意性地示出了典型井的截面；
圖2示意性地示出了分布式光纖傳感器的基本部件；
圖3示意性地示出了一個(gè)截面，其中光纖被提供在已被鉆入地中的生產(chǎn)井內(nèi)；
圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的驗(yàn)證設(shè)備；并且 圖5示意性地示出了多芯光纖。
[0030]圖2示出分布式光纖傳感配置的示意圖。一節(jié)傳感光纖104(其可以是諸如在電信應(yīng)用中使用的標(biāo)準(zhǔn)光纖)在一端連接至詢問器106。來自詢問器106的輸出被傳遞到信號(hào)處理器108，并且可選地，被傳遞到用戶界面，該用戶界面在實(shí)踐中可以由適當(dāng)指定的PC來實(shí)現(xiàn)。傳感光纖在長(zhǎng)度上可以為很多公里，例如達(dá)到40km長(zhǎng)。然而，在井下應(yīng)用中，傳感光纖的長(zhǎng)度通常從例如Ikm到5km長(zhǎng)。
[0031]詢問器106將詢問光信號(hào)發(fā)射到傳感光纖中，所述詢問光信號(hào)可以例如包括具有所選頻率模式的一連串脈沖。瑞利(Rayleigh)反向散射的現(xiàn)象導(dǎo)致輸入到光纖中的光的某一部分被反射回到詢問器，在這里，它被檢測(cè)用以提供代表光纖附近的聲擾動(dòng)的輸出信號(hào)。如將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚明了的，也可以采用拉曼(Raman)和布里淵(Brillouin)散射，來獲得代表光纖附近的聲擾動(dòng)的信號(hào)。光輸入的形式和檢測(cè)方法允許單個(gè)連續(xù)的光纖被空間地分解為離散的傳感長(zhǎng)度。也就是說，在一個(gè)傳感長(zhǎng)度處傳感到的聲信號(hào)可以被提供成基本上獨(dú)立于在相鄰長(zhǎng)度處的傳感信號(hào)。空間分辨率可以為大約IOm或更小，并且可以是Im或2m。
[0032]該分布式聲傳感器可以例如是諸如在英國(guó)專利申請(qǐng)公開N0.2，442，745中描述的分布式聲傳感器，該英國(guó)專利申請(qǐng)公開的內(nèi)容通過引用并入本文。如在GB2，442，745中描述的分布式聲傳感器通過確定光纖上的相位變化來確定光纖上的聲致應(yīng)變。將光纖中的相位變化用作對(duì)擾動(dòng)的測(cè)量允許光纖上的低頻應(yīng)變被檢測(cè)到，這在本發(fā)明的實(shí)施例中是特別有利的。
[0033]應(yīng)當(dāng)指出的是，如本文所使用的，術(shù)語“聲”應(yīng)該被理解為意指任何類型的擾動(dòng)，該擾動(dòng)可以在光纖上引起光路長(zhǎng)度變化，并包括任何類型的機(jī)械和壓力波以及低頻應(yīng)變。
[0034]使用如在GB2, 442, 745中所描述的分布式聲傳感器,單個(gè)傳感光纖能夠提供傳感到的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與相鄰傳感器的復(fù)用陣列類似，所述傳感器被配置在線性路徑中，根據(jù)應(yīng)用，該線性路徑可以是直的或彎曲的。
[0035]在管道被加壓和降壓時(shí)，可以通過確定管道的完整性特有的信號(hào)，來在一個(gè)實(shí)施例中使用光纖104來測(cè)試管道122的完整性。通過對(duì)管道內(nèi)的流體進(jìn)行加壓和/或降壓，能夠與環(huán)繞管道的流體生成壓力差。如果在管道中存在泄漏，則流體可以被強(qiáng)制流出或者流入受壓下的管道，這將導(dǎo)致可識(shí)別的聲信號(hào)。管道可以是井套管，并且以下示例將論述對(duì)生產(chǎn)套管的應(yīng)用。然而，應(yīng)該理解的是，比如其它套管或者生產(chǎn)管道系統(tǒng)也可以同樣地得到測(cè)試。
[0036]為了進(jìn)行完整性測(cè)試，光纖104被部署在井中，如圖3所示。圖3示意性地示出了一個(gè)截面，其中光纖104在一端被連接至詢問器106，并且被設(shè)置在已鉆入地120中的生產(chǎn)井內(nèi)。光纖104可以設(shè)置有金屬線單元，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的。
[0037]光纖104被示出為定位在生產(chǎn)套管122內(nèi)。然而，在另一些實(shí)施例中，光纖104可以被配置在生產(chǎn)套管的外部，比如光纖可以在生產(chǎn)套管被插入到井中時(shí)附接至生產(chǎn)套管的外部。中間套管124圍繞生產(chǎn)套管122設(shè)置。雖然示出了中間套管，但是如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的，除了生產(chǎn)套管122之外，套管124還可以是任何形式的套管。此外，可以圍繞生產(chǎn)套管122存在多個(gè)不同的套管。替代地，對(duì)于井的一些部分來說，在生產(chǎn)套管122外，可以不存在附加的套管。
[0038]應(yīng)當(dāng)指出的是，圖3示出了處于構(gòu)建的中間階段的井，其中中間套管124已被膠結(jié)126就位，但是生產(chǎn)套管122還未被膠結(jié)就位。然而，可以是膠結(jié)劑塞子或者其它適當(dāng)塞子的塞子(未示出)可以被設(shè)置在生產(chǎn)套管122中，用以密封將進(jìn)行完整性測(cè)試的生產(chǎn)套管的容積。生產(chǎn)套管中的塞子的目的是為了隔離生產(chǎn)套管的內(nèi)部與生產(chǎn)套管的外部，即生產(chǎn)套管與中間套管之間的間隙，使得從生產(chǎn)套管到中間套管以及從中間套管到生產(chǎn)套管的任何流體流動(dòng)只能通過壁中或者生產(chǎn)套管的接頭之間的任何泄漏來發(fā)生。
[0039]還有必要在井的表面處在生產(chǎn)套管122的頂部設(shè)置密封件132，用以允許壓力在生產(chǎn)套管122中升高。密封件132可以是防止流體逸出套管的任何形式的密封件。
[0040]生產(chǎn)套管的內(nèi)部容積130中的壓力可以被增加。這可以使用圖3中未示出的壓力車或者其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)來進(jìn)行。如果在井內(nèi)存在空氣，則生產(chǎn)套管中的空氣的壓力可以被增加。然而，井孔在生產(chǎn)的各個(gè)階段常?？赡苋菁{有水，因此套管可能充滿或者部分地充滿水。在該情況下，套管將充注有被加壓的水。替代地，另一液態(tài)流體或者其它氣體可以被引入到將被加壓的生產(chǎn)套管中。
[0041]隨著生產(chǎn)套管中的流體的壓力被增加，光纖104被詢問以進(jìn)行DAS。如果在生產(chǎn)套管壁122中存在任何裂紋或者泄漏，或者如果生產(chǎn)套管的部段之間的接合存在任何缺陷，則流體將在這些位置從生產(chǎn)套管122逸出。隨著生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力被增加，在生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130與其外部的容積128之間生成壓力差。該壓力差將通過存在于生產(chǎn)套管壁122中的任何缺損，使流體從生產(chǎn)套管內(nèi)部容積130流動(dòng)至外部容積128。流體的這種流動(dòng)能夠被DAS檢測(cè)到。
[0042]如果檢測(cè)到來自生產(chǎn)套管122的流動(dòng)，則生產(chǎn)套管的完整性可以被確定為受到危害。缺陷的部位可以使用DAS確定，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員的清楚的，并且生產(chǎn)套管于是可以被修理、潛在地替換或者可以對(duì)完整性缺失的性質(zhì)實(shí)施進(jìn)一步調(diào)查。
[0043]生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130中的壓力可以被增加，而不改變生產(chǎn)套管外的容積128的壓力，以便在兩個(gè)容積之間生成壓力差。替代地或者替代地，可以通過降低生產(chǎn)套管外的容積128中的壓力，來增加生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130中的相對(duì)壓力。
[0044]雖然以上描述了升高生產(chǎn)套管中的流體的壓力來在生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130與生產(chǎn)套管外的容積128之間生成壓力差以便進(jìn)行完整性檢查，但是也可以通過相對(duì)于環(huán)繞空腔的流體降低生產(chǎn)套管內(nèi)的流體的壓力來生成壓力差。在該情形下，如果在生產(chǎn)套管壁122中存在任何裂紋或者泄漏，或者如果生產(chǎn)套管的部段之間的接合存在任何缺陷，則由于生產(chǎn)套管內(nèi)的相對(duì)壓力的降低，流體將在這些位置處從生產(chǎn)套管外的容積128流動(dòng)至生產(chǎn)套管122的內(nèi)部容積130。這可以涉及增加位于生產(chǎn)套管122外的容積128中的壓力和/或降低生產(chǎn)套管122內(nèi)的容積130中的壓力。
[0045]如以上指出的，如果在生產(chǎn)套管中存在泄漏或者在生產(chǎn)套管的接頭中存在缺陷，并且生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力被增加(相對(duì)于生產(chǎn)套管外的壓力)，則流體將從生產(chǎn)套管流動(dòng)至外部的容積128。隨著流體從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130流動(dòng)至生產(chǎn)套管外的容積128，生產(chǎn)套管外的容積中的壓力由于流體的侵入而也將開始增加。該效應(yīng)可以在本發(fā)明一實(shí)施例中使用，以用于進(jìn)行完整性監(jiān)測(cè)/測(cè)試。
[0046]在本發(fā)明一實(shí)施例中，生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力可以被增加，直到該壓力已達(dá)到第一預(yù)定閾值。第一閾值可以相對(duì)較高，以便在生產(chǎn)套管的內(nèi)部和外部之間提供潛在地高的壓力差，這將有助于檢測(cè)泄漏，同時(shí)對(duì)于套管和任何其它井設(shè)備來說保持在安全操作壓力內(nèi)。
[0047]隨著流體如上所述從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130流動(dòng)至生產(chǎn)套管外的容積128，如果存在泄漏則生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力將降低，并且可以使用光纖104來監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管的完整性。生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力可以被允許降低直到它已達(dá)到第二預(yù)定閾值。該第二預(yù)定閾值可以從第一預(yù)定閾值降低20%或者相似程度。
[0048]然后可以在生產(chǎn)套管內(nèi)將壓力增加回到較高的值，比如原始的第一預(yù)定閾值，同時(shí)在流體從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130流動(dòng)至生產(chǎn)套管外的容積128時(shí)使用光纖104和詢問器106來監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管的完整性。
[0049]可以再次允許壓力降低，例如再次至第二預(yù)定值，或者達(dá)設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)，或者直到檢測(cè)不到進(jìn)一步的壓力降低。增加壓力并允許它在流體從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130流動(dòng)至生產(chǎn)套管外的容積時(shí)降低的這些步驟可以進(jìn)行多次，且至少在壓力釋放步驟期間詢問光纖，用以確定是否存在泄漏特有的任何信號(hào)。該循環(huán)可以重復(fù)所需次數(shù)。然而，應(yīng)該理解的是，該工藝的重復(fù)，生產(chǎn)套管外的流體的壓力將增加。加壓并允許降低的步驟因此可以被重復(fù)直到生產(chǎn)套管外的容積128中的壓力基本上等于處于第一預(yù)定壓力水平的生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力時(shí)為止。在加壓和降壓步驟的重復(fù)期間，壓力可以被允許降低較小的量，例如從第一預(yù)定值的20%至第一預(yù)定值的10%，因?yàn)樯a(chǎn)套管外的容積128中的壓力得到增加，原因是由于壓力差所導(dǎo)致的流體從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130的侵入。在整個(gè)該工藝中，都使用光纖104和詢問器106來監(jiān)測(cè)完整性。
[0050]一旦容積128、130中壓力基本上相等或者至少套管外的流體中的壓力已從其起始值增加所需量后，就可以從生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130中泄壓，使得生產(chǎn)套管130內(nèi)的壓力被降低。由于現(xiàn)在在生產(chǎn)套管內(nèi)的容積130中的壓力比在生產(chǎn)套管與中間套管之間的容積128中的壓力低，所以該壓力差將通過存在于生產(chǎn)套管壁122中的任何缺損，使流體從生產(chǎn)套管外的容積128流動(dòng)至內(nèi)部的容積130。流體的這種流動(dòng)能夠被DAS檢測(cè)到。
[0051]使用該方法，在生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力被最初增加時(shí)，以及在壓力從生產(chǎn)套管中被最后泄壓時(shí)，將出現(xiàn)最大的壓力差。這些最大的壓力差將通過生產(chǎn)套管中的任何缺陷引起最大的流量，并且將提供最強(qiáng)的DAS信號(hào)。此外，由于增加和降低壓力的步驟被進(jìn)行多次，所以這允許DAS在生產(chǎn)套管上進(jìn)行多次，盡管通過缺損的流量越來越少。這可以提供多次機(jī)會(huì)來檢查缺損，并且將允許多次檢查完整性缺損的任何指征，因?yàn)槿魏稳睋p的部位應(yīng)該保持不變。由于生產(chǎn)套管內(nèi)的壓力從不超過可以被選擇為處于安全操作極限內(nèi)的第一預(yù)定閾值，所以該方法也確保最大壓力差總是受控的。該方法還允許在套管的內(nèi)部與外部之間以正壓力差和負(fù)壓力差來測(cè)試套管。
[0052]本發(fā)明可以允許在生產(chǎn)套管以混凝土設(shè)定就位之前確定生產(chǎn)套管的完整性。通過在該階段進(jìn)行完整性分析，如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)套管有缺損，則能夠節(jié)省時(shí)間和金錢。
[0053]以上描述了能夠監(jiān)測(cè)/測(cè)試生產(chǎn)套管的完整性的方法。然而，如果檢測(cè)到了泄漏特有的信號(hào)，則希望的是知道該信號(hào)實(shí)際上是與泄漏相關(guān)聯(lián)的信號(hào)還是系統(tǒng)誤差，例如固定噪聲型誤差或者與光纖相關(guān)聯(lián)的假象。因此，希望的是能夠驗(yàn)證泄漏檢測(cè)信號(hào)。
[0054]在一個(gè)實(shí)施例中，光纖104用于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管122的完整性，同時(shí)光纖104相對(duì)于生產(chǎn)套管縱向地移動(dòng)。
[0055]為了進(jìn)行完整性監(jiān)測(cè)，光纖104被部署在井中，如圖4所示。圖4示意性地示出了一個(gè)截面，其中光纖104在一端被連接至詢問器106，并且被設(shè)置在已鉆入地200中的生產(chǎn)井內(nèi)。光纖104可以設(shè)置有金屬線單元，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的。
[0056]光纖104被定位在生產(chǎn)套管210內(nèi)。雖然在圖4中未示出附加套管，但是應(yīng)該清楚的是可以圍繞生產(chǎn)套管210設(shè)置中間套管或者類似物。
[0057]應(yīng)當(dāng)指出的是，雖然圖4示出了生產(chǎn)套管210還未被膠結(jié)就位的處于構(gòu)建的中間階段的井，但是生產(chǎn)套管210可以被膠結(jié)就位。
[0058]如果在生產(chǎn)套管210中存在泄漏，則流體將經(jīng)由泄漏逸出生產(chǎn)套管。該泄漏能夠經(jīng)由DAS檢測(cè)到，然而，可能不能夠確定檢測(cè)到的泄漏是真正的泄漏還是傳感光纖104中的效果或不穩(wěn)定。為了確定它，提供了一種手段來相對(duì)于生產(chǎn)套管104縱向地移動(dòng)光纖104(如圖4中的箭頭所示)。有必要使光纖移動(dòng)達(dá)至少等于光纖的傳感長(zhǎng)度的縱向距離。通過移動(dòng)光纖104，如果檢測(cè)到的信號(hào)是檢測(cè)器中的系統(tǒng)誤差特有的，而不是生產(chǎn)套管的完整性特有的，則信號(hào)的部位將跟隨光纖104的移動(dòng)。
[0059]換言之，如果信號(hào)的起點(diǎn)位置相對(duì)于生產(chǎn)套管210保持不變，則檢測(cè)到完整性狀態(tài)，其中生產(chǎn)套管210的完整性可能受到危害。然而，如果信號(hào)的起點(diǎn)或位置相對(duì)于光纖104保持不變，則沒有完整性狀態(tài)被檢測(cè)到，并且信號(hào)可以被確定為是系統(tǒng)誤差特有的。
[0060]可以通過在生產(chǎn)中或者在井完成之前將光纖部署于井中，來使用該方法。該方法也可以與如所相對(duì)于圖3所描述的加壓方法分別地或者組合地使用。
[0061]除了移動(dòng)光纖之外或者代替移動(dòng)光纖，在另一實(shí)施例中，為了驗(yàn)證泄漏檢測(cè)信號(hào)，可以同時(shí)詢問兩個(gè)或更多個(gè)光纖。這些光纖可以是存在于井中的多余的光纖，它們不用于沿井的數(shù)據(jù)傳輸，并且它們將沿井跟隨基本上相同的路徑。如果同時(shí)詢問這些光纖中的兩個(gè)或更多個(gè)，則伴隨單個(gè)光纖的系統(tǒng)誤差將被突顯出來，因?yàn)樾孤z測(cè)信號(hào)應(yīng)該在相同部位處被所有光纖檢測(cè)到。如果所有光纖都檢測(cè)到泄漏特有的信號(hào)，則有可能這些信號(hào)就是真實(shí)的泄漏特有的。然而，如果只有單個(gè)光纖檢測(cè)到信號(hào)，則這可能表示虛假的信號(hào)?？梢酝ㄟ^使用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)詢問脈沖的單個(gè)詢問器單元來詢問多個(gè)光纖。
[0062]優(yōu)選地，可以使用多芯光纖。圖5示出了雙芯光纖500，其在光纖500的涂層內(nèi)具有兩個(gè)光纖芯502。雖然圖5示出了雙芯光纖500，但是應(yīng)該清楚的是多芯光纖可以容納多于兩個(gè)的光纖芯。[0063]與使用兩個(gè)分離光纖一樣，能夠使用單個(gè)詢問器單元來詢問光纖500的兩個(gè)芯502，所述單個(gè)詢問器單元使用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)技術(shù)。比如，可以對(duì)于一個(gè)光纖產(chǎn)生詢問脈沖，然后在短間隔處對(duì)下一光纖產(chǎn)生詢問脈沖。兩個(gè)或更多個(gè)分離的檢測(cè)器可以對(duì)于每個(gè)光纖分別地處理返回值，并且/或者單個(gè)檢測(cè)器可以與來自分離的光纖的返回值多路復(fù)用。
[0064]通過沿生產(chǎn)井部署比如光纖500等光纖，泄漏信號(hào)的有效性能夠得到檢查，而無需不同的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此降低成本和監(jiān)測(cè)時(shí)間。
[0065]可以通過在生產(chǎn)中或者在井完成之前將光纖部署于井中，來使用該方法。該方法也可以與如所相對(duì)于圖3所描述的加壓方法分別地或者組合地使用。該方法也可以與如所相對(duì)于圖4所描述的驗(yàn)證方法分別地或者組合地使用。
[0066]雖然以上描述了監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管的完整性，但是應(yīng)該清楚的是，上述方法可以同樣適用于監(jiān)測(cè)中間套管、表層套管或?qū)蛱坠?、或者事?shí)上生產(chǎn)管道系統(tǒng)或井內(nèi)的任何管道的完整性。
[0067]此外，以上描述了在生產(chǎn)套管被膠結(jié)就位之前監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管的完整性。然而，如應(yīng)該明白的，也可以在套管已經(jīng)被膠結(jié)就位之后，用上述方法來檢測(cè)泄漏特有的信號(hào)。
[0068]還應(yīng)該理解的是，以上描述的方法和設(shè)備涉及分布式聲傳感的方法和設(shè)備，其允許識(shí)別從光纖和詢問器的組合出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差以及辨別真實(shí)的入射信號(hào)。這些方法和設(shè)備已經(jīng)相對(duì)于監(jiān)測(cè)管道的完整性進(jìn)行了描述，但是也可以適用于其它應(yīng)用。
[0069]顯然，相對(duì)于將被監(jiān)測(cè)的區(qū)域移動(dòng)光纖的方法需要能夠移動(dòng)光纖的設(shè)備，所述光纖可以被附接至可移動(dòng)的物品，比如鋼繩或者類似物，其可以(在一端或者兩端)被絞住(winced)。然而，在光纖受到約束并且不可輕易地移動(dòng)的情形下，則使用多個(gè)光纖芯的實(shí)施例可以是優(yōu)選的。
[0070]應(yīng)該明白的是，以上僅僅通過示例描述了本發(fā)明，并且能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)細(xì)節(jié)做出改進(jìn)。
[0071]可以獨(dú)立地或以任何適當(dāng)?shù)慕M合提供在說明書中以及(適當(dāng)時(shí))在權(quán)利要求書和附圖中公開的每個(gè)特征。
【權(quán)利要求】
1.一種管道的完整性監(jiān)測(cè)的方法，包括: 沿著所述管道的路徑提供光纖； 在所述管道中的流體與位于所述管道外的流體之間提供壓力差； 詢問所述光纖來提供分布式聲傳感器，并且在所述壓力差存在的同時(shí)從所述光纖的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及 處理所述數(shù)據(jù)來檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述信號(hào)是表示所述管道中的泄漏的聲信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括: 沿著所述光纖從而沿著所述管道確定所述信號(hào)的起點(diǎn)位置。
4.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中，提供壓力差的步驟包括增加流體在所述管道中的相對(duì)壓力的步驟。
5.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，提供壓力差的步驟包括降低流體在所述管道中的相對(duì)壓力。
6.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述管道是井孔中的套管。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述套管被膠結(jié)就位之前，在井的生產(chǎn)工藝中進(jìn)行完整性監(jiān)測(cè)方法。
8.如權(quán)利要求6或7所`述的方法，其中，所述管道是生產(chǎn)套管。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下步驟:將所述生產(chǎn)套管內(nèi)的流體的壓力增加至第一預(yù)定水平，并在生產(chǎn)套管中存在泄漏的情況下，隨著流體流動(dòng)穿過泄漏處進(jìn)入環(huán)繞空腔中，允許壓力降低至第二預(yù)定水平。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述環(huán)繞空腔由圍繞所述生產(chǎn)套管定位的中間套管限定出。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，包括進(jìn)行以下步驟:將所述生產(chǎn)套管中的流體加壓至第一預(yù)定水平，并允許它降低多次，以便增加所述環(huán)繞空腔中的流體的壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括:對(duì)所述生產(chǎn)套管中的壓力進(jìn)行泄壓，并使用分布式聲傳感來監(jiān)測(cè)從所述環(huán)繞空腔向所述生產(chǎn)套管中的流動(dòng)特有的信號(hào)。
13.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中，所述光纖經(jīng)由金屬線單元提供。
14.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，包括對(duì)提供壓力差和詢問所述光纖的步驟進(jìn)行多次重復(fù)，其中所述方法包括在所述重復(fù)的至少兩次之間相對(duì)于所述管道縱向地移動(dòng)所述光纖。
15.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述處理步驟包括處理相對(duì)于所述管道在不同位置從所述光纖獲得的數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。
16.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，包括沿著所述管道的路徑提供多個(gè)光纖，并詢問所述多個(gè)光纖，以便提供多個(gè)分布式聲傳感器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述多個(gè)光纖被提供在一個(gè)光纖線纜內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的方法，包括使用單個(gè)詢問器通過時(shí)分多路復(fù)用來詢問所述多個(gè)光纖。
19.一種用于監(jiān)測(cè)管道的完整性的完整性監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括: 沿著所述管道的長(zhǎng)度定位的光纖；加壓機(jī)構(gòu)，所述加壓機(jī)構(gòu)被配置來在所述管道中的流體與位于所述管道外的流體之間提供壓力差； 光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問光纖并提供分布式聲傳感；和 處理器，所述處理器適于接收來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以監(jiān)測(cè)所述光纖，用以檢測(cè)所述管道的完整性特有的信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述加壓機(jī)構(gòu)是壓力車。
21.如權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于相對(duì)于所述管道縱向地移動(dòng)所述光纖的機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求19~21中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，包括沿著所述管道的長(zhǎng)度定位的多個(gè)光纖，其中所述光纖詢問器適于使用時(shí)分多路復(fù)用來詢問所述多個(gè)光纖。
23.—種分布式聲傳感的方法,包括: 相對(duì)于感興趣的區(qū)域配置光纖； 改變所述光纖相對(duì)于所述感興趣的區(qū)域的縱向位置； 詢問所述光纖來提供分布式聲傳感器，并且隨著所述光纖的位置相對(duì)于所述感興趣的區(qū)域發(fā)生改變，從所述光纖的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及 處理所述數(shù)據(jù)來確定從所述感興趣的區(qū)域入射到所述光纖的聲信號(hào)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括: 在所述光纖的位置改變時(shí)，沿著所`述光纖確定檢測(cè)到的信號(hào)的起點(diǎn)位置，以及在所述感興趣的區(qū)域中的相應(yīng)部位。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，如果所述起點(diǎn)位置相對(duì)于所述感興趣的區(qū)域保持不變，則所述信號(hào)被認(rèn)為發(fā)生于所述感興趣的區(qū)域，并且如果所述起點(diǎn)位置相對(duì)于所述光纖保持不變，則所述信號(hào)被認(rèn)為發(fā)生于所述光纖內(nèi)。
26.—種分布式聲傳感器,包括: 光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問被部署于感興趣的區(qū)域內(nèi)的光纖，用以提供分布式聲傳感；和 處理器，所述處理器適于接收并處理來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以確定從所述感興趣的區(qū)域入射到所述光纖的聲信號(hào)；所述設(shè)備進(jìn)一步包括 位置改變機(jī)構(gòu)，所述位置改變機(jī)構(gòu)被配置來改變所述光纖相對(duì)于所述管道的縱向位置。
27.—種分布式聲傳感的方法,包括: 沿著感興趣的區(qū)域中的路徑提供多個(gè)光纖芯； 詢問所述多個(gè)光纖芯用以在每個(gè)芯上提供分布式聲傳感，并從所述光纖的多個(gè)縱向部分取樣數(shù)據(jù)；以及 處理所述數(shù)據(jù)，用以在至少兩個(gè)光纖芯沿著所述路徑在相同位置處提供基本上相同的信號(hào)特性的情況下，確定真實(shí)的入射信號(hào)。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述多個(gè)光纖芯被提供在單個(gè)光纖線纜中。
29.如權(quán)利要求27或28所述的方法，其中，從使用時(shí)分多路復(fù)用詢問脈沖的單個(gè)詢問器詢問所述多個(gè)光纖芯。
30.一種光纖分布式聲傳感設(shè)備,包括:沿著路徑定位的多個(gè)光纖芯； 光纖詢問器，所述光纖詢問器適于詢問所述多個(gè)光纖芯，并在每個(gè)芯上提供分布式聲傳感；和 處理器，所述處理器適于接收來自所述詢問器的傳感數(shù)據(jù)，用以監(jiān)測(cè)所述光纖芯，用以在至少兩個(gè)光纖芯沿著所述路徑在相同位置處提供基本上相同的信號(hào)特性的情況下，確定真實(shí)的入射信號(hào)。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)光纖芯被提供在單個(gè)光纖線纜中。
32.如權(quán)利要求30或31所述的設(shè)備，其中，從使用時(shí)分多路復(fù)用詢問脈沖的單個(gè)詢問器詢問所述多個(gè)光纖芯。
33.一種基本上如`在本文參考附圖所描述的管道完整性監(jiān)測(cè)方法和完整性監(jiān)測(cè)設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G01M3/24GK103518123SQ201280021709
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月4日
【發(fā)明者】J.E.魯瓦, C.J.凱利 申請(qǐng)人:光學(xué)感應(yīng)器控股有限公司