蒸汽注入的監(jiān)測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于井（具體地，油和瀝青井）中的蒸汽注入的井下監(jiān)測的方法和設(shè) 備，并且具體地涉及使用一個(gè)或多個(gè)光纖傳感器監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了從某些油田（尤其是包含粘性油或?yàn)r青沉積物的那些油田）有效地提取油，有 時(shí)使用蒸汽，其主要目的通常是主要通過隨著蒸汽冷凝來傳遞熱以提高沉積物的溫度(從 而降低其粘性）。通常地，通過"注入"井道(well shaft)引入蒸汽，并且經(jīng)由"生產(chǎn)"井道移 除加熱的沉積物。
[0003]如技術(shù)人員將熟悉的那樣，存在各種蒸汽吞吐技術(shù)。例如，在蒸汽輔助重力泄油 (SAGD)中，當(dāng)已確定包含粘性資源礦床的儲集層，并且地質(zhì)狀況允許，則鉆出兩個(gè)孔，二者 均帶有在儲集層中的水平區(qū)段，上部井道在下部井道上方延伸。為了允許稠密的焦油狀資 源流動，通過上部井道(而且，在一些井中，最初通過下部井道)注入蒸汽，從而引起資源加 熱、液化并且向下排入下部"生產(chǎn)"井道的區(qū)域內(nèi)，從該處將資源移除。
[0004] 其它相關(guān)技術(shù)是"蒸汽驅(qū)采"（也被稱為"連續(xù)蒸汽注入"），其中蒸汽(通常)通過若 干個(gè)注入井道被引入儲集層，從而降低粘性，而且，隨著蒸汽冷凝為水，朝向生產(chǎn)井道驅(qū)動 油。在其變型，即所謂的循環(huán)蒸汽注入中，相同的井道可以作用為注入井道和生產(chǎn)井道兩 者。首先，引入蒸汽(該階段可持續(xù)數(shù)周），然后關(guān)閉或密封井，從而允許蒸汽冷凝并且將其 熱傳遞到沉積物。接著，重新打開井并且提取油直到當(dāng)油冷卻時(shí)生產(chǎn)減緩。然后可重復(fù)該過 程。
[0005] 在一些情況中可將蒸汽注入技術(shù)應(yīng)用于并非最初蒸汽輔助的現(xiàn)有井，以改進(jìn)和/ 或維持生產(chǎn)超過在缺乏蒸汽吞吐的情況中所能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)。
[0006] 取決于井和所采用的蒸汽輔助的類型，可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)蒸汽注入。例如，一 些傳統(tǒng)蒸汽注入井道套管包括長狹槽，蒸汽從該狹槽釋放以便實(shí)現(xiàn)儲集層的均勻加熱。然 而，由于蒸汽趨于沿著儲集層內(nèi)阻力最小的路徑，因此加熱可能局域化。這意味著形成的所 謂"蒸汽穴"或"蒸汽室"的形狀可能是不規(guī)則的，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下以及"蒸汽穿透" (由此蒸汽找到其到生產(chǎn)井的路線，從而當(dāng)抽取油時(shí)與油混合)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 最近以來，注入井套管已經(jīng)設(shè)計(jì)成有具有帶有滑閥而不是單一長狹槽的多個(gè)離散 通風(fēng)口。示例在W02012/082488和W02013/032687中以Halliburton的名義描述，其也生產(chǎn)被 稱為sSteam?閥的商用產(chǎn)品?？梢岳缁趯φ羝业男螤畹墓烙?jì)來選擇性地控制這樣的 閥，以通過沿著注入井道的長的選擇性蒸汽注入來嘗試改進(jìn)形狀。
[0008] 對于各種蒸汽輔助方法，將有利的是能夠監(jiān)測蒸汽注入的特性。這可以僅對于提 供關(guān)于儲集層上的總體作用的信息而言是有用的，而且在一些應(yīng)用中，其可能控制蒸汽注 入，即改變總體流動速率或壓力或選擇性地控制沿著注入井的長的各個(gè)閥以便實(shí)現(xiàn)期望的 分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于確定和/或監(jiān)測與蒸汽注入井下相關(guān)的各種參數(shù)的方法 和設(shè)備。
[0010] 因此，根據(jù)本發(fā)明提供一種在蒸汽輔助井中監(jiān)測蒸汽注入的方法，所述方法包括： 通過在第一光纖上執(zhí)行分布式溫度感測來獲得井的至少第一部分的第一溫度分布，所 述第一光纖沿井的所述第一部分配置； 通過解調(diào)（interrogating)沿井的第一部分配置的第二光纖來獲得井的至少所述第一 部分的第二溫度分布，以提供溫度變化的分布式感測，其中解調(diào)所述第二光纖包括將相干 輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖的解調(diào)反復(fù)地發(fā)射入所述第二光纖內(nèi)，檢測從每個(gè)解調(diào)瑞利反向散 射的任何輻射并且分析所檢測的反向散射輻射以檢測由于溫度變化導(dǎo)致的解調(diào)之間的任 何變化；以及 組合所述第一溫度分布和第二溫度分布以提供蒸汽注入分布。
[0011] 本發(fā)明的方法使用光纖分布式溫度感測技術(shù)結(jié)合基于瑞利的光纖分布式感測技 術(shù)。
[0012] 光纖分布式溫度感測(DTS)是已知技術(shù)，其中可使用經(jīng)受布里淵和/或拉曼散射的 解調(diào)輻射和解調(diào)光反復(fù)地解調(diào)光纖。通過查看布里淵頻移的特性和/或斯托克斯(Stokes)/ 反斯托克斯分量的幅度，能夠確定纖維的給定部分的絕對溫度。通過使用光時(shí)域反射計(jì) (OTDR)型技術(shù)，能夠定時(shí)選通并且分析從纖維的不同部分散射的光，以確定纖維的多個(gè)離 散縱向溫度感測部分中的每一個(gè)的溫度。
[0013] DTS的使用因此允許沿著井的至少第一部分的長度獲得溫度分布，該井通常將是 用于蒸汽注入的井。溫度分布實(shí)際上可以是沿著井的蒸汽注入管線的溫度分布。該溫度分 布(是絕對溫度的分布)能夠用于指示沿井的相關(guān)長度的蒸汽分布。由DTS產(chǎn)生的溫度分布 是有用的，但是已認(rèn)識到DTS需要相對長的時(shí)間的解調(diào)以便測量并且因此不提供溫度的實(shí) 時(shí)描繪。而且DTS的溫度分辨率可能是相對有限的。
[0014] 本發(fā)明的實(shí)施例的方法因此也解調(diào)第二光纖(其是或可能不是與第一光纖相同的 光纖），以確定來自光纖的瑞利反向散射并且使用所檢測的瑞利反向散射輻射中的變化以 確定沿著第二光纖的長度的任何溫度改變。
[0015] 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，當(dāng)輻射在光纖內(nèi)傳播時(shí)，可發(fā)生各種類型的 散射過程。如上文提及的，光可以經(jīng)受布里淵散射和/或拉曼散射。這些散射過程是非彈性 的并且與解調(diào)輻射的頻率相比，通常涉及散射輻射的頻移。瑞利反向散射是不同的散射過 程，其起因于從光纖內(nèi)的固有散射點(diǎn)的散射。瑞利反向散射是彈性散射過程并且因此瑞利 反向散射的輻射具有與解調(diào)輻射相同的頻率。
[0016] 相干瑞利散射是分布式聲學(xué)感測(DAS)的已知技術(shù)的基礎(chǔ)。DAS是一種感測類型， 其采用相干光學(xué)輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖解調(diào)光纖并且檢測從所述纖維內(nèi)瑞利反向散射的 任何輻射。通過使用OTDR原理能夠再次將反向散射光集合入時(shí)間倉(time bin)內(nèi)，以提供 來自纖維的給定感測部分的瑞利反向散射的指示。
[0017] 從纖維的任何給定感測部分瑞利散射的量將取決于該感測部分內(nèi)散射點(diǎn)的分布。 每個(gè)散射點(diǎn)可被認(rèn)為是小的反射器，其用作將解調(diào)輻射的一小部分反射回纖維的前方。假 定解調(diào)輻射是相干的，則來自不同散射點(diǎn)的散射將干涉。從光纖反向散射的輻射的強(qiáng)度由 于散射點(diǎn)的隨機(jī)變化將沿著纖維的長度隨機(jī)變化。然而，在沒有任何環(huán)境刺激的情況中并 且假設(shè)解調(diào)輻射的性質(zhì)保持相同，那么從纖維的任何給定感測部分瑞利反向散射的輻射從 一個(gè)解調(diào)到下一個(gè)解調(diào)將具有相同的性質(zhì)。然而，作用在纖維上的導(dǎo)致相關(guān)感測部分的有 效路徑長度的改變的任何應(yīng)變將引起來自該感測部分的合成的反向散射干涉信號的改變。 性質(zhì)的這種變化可以作為強(qiáng)度的改變，或在一些實(shí)施例中作為相的改變來檢測，并且被用 于指示作用在光纖的相關(guān)部分上的動態(tài)應(yīng)變。
[0018] 將注意到的是，在這樣的傳感器中并且也在DTS中，感測功能貫穿整個(gè)光纖分布并 且依賴于光纖內(nèi)的固有散射過程，而不是諸如纖維布拉格光柵等的特別引入的反射點(diǎn)（盡 管拉曼或布里淵散射依賴于與瑞利散射不同的散射過程）。因此可以使光纖的感測部分的 尺寸和分布變化，從而恰好改變解調(diào)輻射的性質(zhì)和在其中分析反向散射的時(shí)間倉。如本文 所使用的術(shù)語分布式傳感器因此應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是意味著光纖傳感器，其中感測功能以這種方 式貫穿光纖分布。
[0019] 這樣的DAS傳感器已通常用于檢測相對快速作用的動態(tài)應(yīng)變，例如附隨 (incident)聲學(xué)信號。然而，將理解的是，相同的原理可應(yīng)用于檢測由溫度改變和因此相關(guān) 感測部分的路徑長度的改變（由于因此產(chǎn)生的應(yīng)變和/或折射率調(diào)制)所引起的動態(tài)改變。
[0020] 因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中方法涉及將相干輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖的解調(diào)反復(fù)地 發(fā)射至所述第二光纖內(nèi)，檢測從每個(gè)解調(diào)瑞利反向散射的任何輻射并且分析所檢測的反向 散射輻射以檢測由于溫度變化導(dǎo)致的解調(diào)之間的任何變化。使用這些DAS原理以通過該方 式監(jiān)測溫度改變能夠提供溫度的非常小的變化的測量并且能夠提供快速響應(yīng)于任何溫度 變化的測量。該技術(shù)能夠分辨小于I mK的溫度變化并且能夠響應(yīng)于溫度的快速變化，從而 提供有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0021] 以該方式使用瑞利反向散射以確定作用在感測光纖的離散感測部分上的任何溫 度變化在本文中將被稱為分布式溫度梯度感測(DTGS)。
[0022]因此，除了DTS溫度分布(第一溫度分布)之外，本方法使用這種DTGS技術(shù)以獲得第 二溫度分布。第二溫度分布因此是沿井的長度的溫度變化分布，而不是絕對溫度，但就溫度 變化而言通常將具有更好的溫度分辨率并且具有對任何改變的更好的瞬時(shí)響應(yīng)。
[0023]本發(fā)明的方法因此結(jié)合第一溫度分布(DTS