井底组件光纤形状感测 |
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| 申请号 | CN201380080219.0 | 申请日 | 2013-11-27 | 公开(公告)号 | CN105849364A | 公开(公告)日 | 2016-08-10 |
| 申请人 | 哈里伯顿能源服务公司; | 发明人 | B·加吉; A·普罗希特; R·S·卡戴姆; R·R·盖克维德; | ||||
| 摘要 | 可使用监测系统来监测地下 地层 的 热机 械特性中的一个或多个。示例性监测系统包括 信号 处理模 块 、 可视化 模块、信号源模块、信号检测模块、和一条或多条光纤。每条光纤包括一个或多个 传感器 。所述信号源模块将 光信号 发射至一条或多条光纤中。沿所述光纤的所述一个或多个传感器与所述光信号交互，并且响应于一个或多个检测到的热机械特性改变所述光信号。所得的光信号由所述信号检测模块检测。基于所述检测到的光信号，所述 信号处理 模块确定由所述传感器检测到的所述一个或多个热机械特性。操作员可使用所述可视化模块来观察和监测所述检测到的热机械特性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种系统，其包括： |
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| 说明书全文 | 井底组件光纤形状感测技术领域背景技术[0002] 井通常用于进入地球的地面下的区域以及从这些区域获取材料，例如在从地下位置定位和提取石油烃期间。井的构造通常包括钻探钻孔以及在所述钻孔内构建管道结构。在完成时，管道结构进入地下位置，并且允许将材料传送至地面。 [0003] 各种工具在井构造期间常规地使用，并且监测系统可用于评估工具在使用时的完整性。例如，带有井底组件(BHA)的钻柱可用于钻探钻孔，并且监测系统可用于在钻探期间监测与BHA的完整性相关的参数，以便确保BHA当承受极端环境条件(例如，高温和/或高压)时不发生故障。这些监测系统允许操作员将井下工具保持在安全操作极限内。 [0005] 图1示出用于钻探钻孔的示例性系统。 [0006] 图2为示例性监测系统的示意图。 [0007] 图3为带有布拉格光栅的示例性光纤的示意图。 [0008] 图4示出由于示例性光纤中的反射而导致的光干涉。 [0009] 图5A-D示出示例性BHA和光纤的不同视图。 [0010] 图6示出另一个示例性BHA和光纤。 [0011] 图7A-C示出示例性耦接构件的不同视图。 [0012] 图8A示出示例性钻铤。 [0013] 图8B-C示出钻铤和耦接构件的示例性布置。 [0014] 在各图中，类似的参考符号指示类似的元件。 具体实施方式[0015] 井构造通常包括钻探钻孔以及在所述钻孔内构建管道结构。例如，如图1所示，操作员可使用随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)系统100来钻探钻孔102。系统100包括地面控制单元110和钻柱120。 [0016] 钻柱120包括沿其下部分的井底组件(BHA)122，以及在BHA122与地面控制单元110之间延伸的钻杆128。 [0017] BHA 122为允许钻杆120钻探通过周围介质130，并且提供对于执行钻探操作必要的机械力和结构支撑的部件。BHA 122包括一个或多个部件以便提供此功能性。例如，BHA 122包括一个或多个钻头124。钻头124定位在BHA 122的端部，并且包括一个或多个可移动的钻探元件。在操作期间，钻头124通过其钻探元件的重击或旋转运动来粉碎、刮削、或切削周围介质130。 [0018] BHA 122还包括一个或多个钻铤126。钻铤126定位在钻头124与钻杆128之间，并且为钻头124和BHA 122的其他部件提供结构支撑。钻铤126通常具有管状形状，并且允许从钻杆128到钻头124的通过内部通道的流体通路。钻铤126还在钻头124上施加重量，并且通过其重量提供钻头124有效地钻探至周围介质130中所需的向下力。 [0020] BHA 122通过钻杆128连接至地面。钻杆128提供用于在BHA 122与地面控制单元110之间传输电力、流体和/或通信信号的导管，并且还提供通过其地面控制单元100升高、降低、和旋转BHA 122的连接。使用地面控制单元110，操作员可沿三维路径(例如，可变地钻探垂线、水平线或相对于地面处于中间角度)引导BHA 122，从而创建钻孔102。 [0021] 在钻探过程期间，系统100的部件通常承受苛刻的环境条件，例如力、压力、温度和其他外部紧张性刺激。当系统100的部件暴露于这些紧张性刺激时，这可导致部件温度变化、部件形状变化(例如，由于压力和/或加热的对形状的扭曲)、和/或由这些部件经历的应变、应力或压力变化。在一个实例中，周围介质130可将物理力施加至BHA 122，这可增加由BHA 122经历的应变或应力。在另一个实例中，周围介质130可以是比BHA 122更热或更冷的，并且可导致BHA 122在其横穿周围介质130时变热或冷却。在另一个实例中，周围介质130可将物理力施加至BHA 122，这可导致BHA 122变形。由于BHA 122在经历极端应变、应力、压力和温度时，或BHA 122在经历形状的极端变化时，BHA 122可被损害，操作员使用监测系统来监测BHA在操作期间的热机械特性(例如，由BHA 112经历的应变、应力和压力、BHA的形状、或BHA的温度)，以便将BHA 122保持在安全操作极限内。这些操作极限通常限定在其下BHA 122可安全操作，以便避免损害或破坏的条件。一般来讲，操作极限在不同的BHA之间可不同，并且可基于特定BHA的理论安全极限来确定，或可基于先前获得的性能信息来以经验为主地确定。在一些实施方案中，安全操作极限用于建立热机械特性中的一个或多个的阈值，例如，限定每个热机械特性的最大和/或最小安全值。可使用光纤监测系统来监测BHA 122的这些热机械特性中的一个或多个，从而在超过BHA的损害阈值之前允许操作员停止或修改BHA 122的操作。图2示意性地示出示例性光纤监测系统200。监测系统200包括信号处理模块202、可视化模块212、信号源模块204、信号检测模块206、和一条或多条光纤 208。每条光纤208包括一个或多个传感器210。信号源模块204产生光信号，并且将所述光信号发射至一条或多条光纤208中。沿光纤208的一个或多个传感器210与光信号交互，并且基于传感器210的热机械特性改变光信号。所得的光信号由信号检测模块206检测。基于检测到的光信号，信号处理模块202确定关于传感器210的一个或多个热机械特性的信息。使用可视化模块212向操作员显示此信息。 [0022] 当光纤208定位抵靠BHA 122，以使得光纤208符合BHA 122的形状并且承受与BHA 122类似的环境紧张性刺激时，监测系统200提供对于BHA 122的热机械特性的估计。因此，操作员可使用监测系统200来在钻柱120的操作期间观察和监测关于BHA 122的热机械特性的信息。 [0023] 信号源模块204产生光并且调节所述光以便产生光信号。信号源模块204耦接至光纤208，所以产生的光信号发射至光纤208中。信号源模块可产生单波长的光信号，或它可产生由多于一个波长构成的光信号。例如，在一些实现方式中，信号源模块204包括可在一个波长范围上产生光信号的光谱的一个或多个光发射器。在一些实现方式中，光发射器可产生带有变化的数据传输速率的光信号。在一些实现方式中，信号源模块204与信号处理模块202通信，并且信号源模块204的操作可被信号处理模块202控制。 [0024] 信号源模块204包括光发射器以便产生光信号。示例性光发射器包括半导体装置，诸如发光二极管(LED)和激光二极管。在一些实现方式中，光发射器包括例如部分地由磷化砷镓铟或砷化镓制成的LED。 [0025] 信号检测模块206检测由光纤208引导的光信号，并且允许系统200解释光信号。信号检测模块可检测在一个波长范围上以及在一个数据传输速率范围上的光信号。在一些实现方式中，信号源模块204与信号处理模块202通信，并且由信号检测模块206采集的信息可由信号处理模块202解释。 [0026] 信号检测模块206包括光接收器。光接收器使用光电效应将光转换成电，并且允许电气系统检测和解释光信号。示例性光接收器包括光电探测器或其他光电转换器。在一些实现方式中，光电探测器包括例如部分地由铟镓砷化物制成的基于半导体的光电二极管。 [0027] 在一些实现方式中，信号源模块204和信号检测模块206的功能可结合。例如，收发器可用于将信号源模块204的光信号传输功能与信号检测器模块206的光信号检测功能结合。在一个实例中，收发器包括光发射器和光接收器。光发射器和光接收器可共享通用部件，例如通用电路或通用外壳。 [0028] 在一些实现方式中，监测系统200可在钻探过程之前、期间或之后测量BHA 122的一个或多个热机械特性。例如，监测系统200可在钻探操作期间监测由BHA 122经历的压力、应力或应变，BHA 122的形状或BHA 122的温度。在一些实现方式中，监测系统可实时或近实时采集关于这些特性中的一个或多个的信息，并且向操作员(例如，使用地面控制单元110的操作员)显示此信息，以使得操作员能够连续地监测钻柱120的操作。在一些实现方式中，监测系统可保留信息，使得可在稍后的时间查看所述信息。 [0029] 在一些实现方式中，监测系统200可确定与热机械特性相关的空间信息。即，监测系统200可测量热机械特性，并且确定所述测量相对于钻柱120的位置、方向和/或定向。例如，监测系统200可测量由BHA 122经历的局部应变，并且可进一步识别BHA 122上的经历所述局部应变的位置、以及应变测量的定向(例如，应变是否从位于BHA 122的顶部上、BHA 122底部上、BHA 122侧面上等的传感器测量)。 [0030] 在一些实现方式中，监测系统200可监测钻柱120的一个或多个部件的形状。例如，监测系统200可检测BHA 122(例如，一个或多个钻铤126)和/或钻杆128的形状。这允许操作员观察钻柱120的部件的形状和相对定向，使得操作员可确定钻柱120的部件是否如预期的定位和布置。这还允许操作员确定一个或多个部件在钻探操作期间是否是弯曲或屈曲的，并且允许操作员确定钻柱120是否是以可能损害或禁用钻柱120的方式弯曲或屈曲的。以此方式，操作员可使用监测系统200来安全地引导钻柱120的操作。 [0031] 可视化模块212通过操作员界面向操作员显示有关监测系统200的信息。显示的信息可包括例如由监测系统200测量的一个或多个热机械特性、监测系统200的特征(例如，监测系统200和/或其部件中的一个或多个的操作状态、或监测系统200的操作参数)、或与系统200的操作相关的其他信息。信息可被显示作为文本信息、图形信息、或文本信息和图像信息的组合。例如，操作员界面可以表格(例如，热机械特性的表格)、图表(例如，随时间推移的热机械特性的图表)、或图像(例如，示出关于一个或多个热机械特性的位置信息的图像、或示出钻柱的部件的形状的图像)的形式显示信息。 [0032] 在一些实现方式中，当测量的特性跨越特定阈值(例如，已知的安全阈值)时，信号处理模块202向操作员界面发送信号以便警告操作员。例如，如果测量的特性未跨越阈值，信号处理模块202向操作员界面发送适当的信号，并且操作员界面提供BHA 122正安全操作的指示。如果测量的特性接近跨越阈值，信号处理模块202向操作员界面发送适当的信号，并且操作员界面提供BHA 122正接近其安全极限的指示。如果测量的特性跨越阈值，信号处理模块202向操作员界面发送适当的信号，并且操作员界面提供BHA 122已超过其安全极限的指示。例如，如果BHA 122的所测量形状跨越特定阈值(例如，如果它的曲率超过特定的曲率阈值)，信号处理模块202向操作员界面发送信号，并且操作员界面提供BHA 122的形状已经超过其安全极限的指示。 [0033] 在一些实现方式中，信号处理模块202向操作员界面提供建议，所述建议协助将BHA 122保持在安全操作极限内。例如，如果测量的特性接近于跨越安全阈值，信号处理模块202向操作员界面提供关于如何避免不安全操作的建议(例如，缩回钻柱120、停止或减速钻探操作、或改变钻柱120的操作的其他方面的建议)。如果测量的特性跨越安全阈值，信号处理模块202向操作员界面提供关于如何避免进一步的不安全操作的建议。这些建议可向用户显示用于查看。 [0034] 信号处理模块202和操作员界面可基于最近获得的测量值、或基于多个测量值的历史趋势来提供安全指示和建议。在一个实例中，在一些实现方式中，当信号处理模块202确定特性正以在特定时间段内将把它带到阈值下的速率下降时，信号处理模块202和操作员界面提供BHA 122正返回安全操作极限的指示，并且提供继续当前操作的建议。在另一个实例中，如果信号处理模块202确定特性正以在特定时间段内将超过阈值的速率上升时，信号处理模块202和操作员界面提供BHA 122正以不安全方式操作的指示，并且提供停止当前操作的建议。 [0035] 在一些实现方式中，当超过安全阈值时，系统可自动(即，没有来自操作员的另外输入)关闭或另外修改BHA的操作。 [0036] 可视化模块212可包括用于向操作员表示信息的一个或多个显示装置，例如状态指示器(例如，照明以便指示信息的光)，或视频显示器，诸如平板显示器(例如，液晶显示器(LCD)监测器)。在一些实现方式中，可视化模块212位于地面控制系统110处，使得操作员可在钻柱120的操作期间观察有关监测系统200的信息。 [0037] 监测系统200可以各种方式检测热机械特性。例如，传感器210可以是可提供在沿光纤208的一个或多个离散点处的测量的光纤布拉格光栅(FBG)传感器。参见图3，示例性FGB传感器210包括多个布拉格光栅302，其沿单一模式光纤208(即传送单一光线的光纤)的长度以周期(即FBG传感器的波长)定位。λ [0038] 在一些实现方式中，光纤208包括较小的内芯(例如，直径为大约4至9μm)和具有较大直径(例如，直径为大约125μm)的外部部分(即包层)。内芯例如可由玻璃(SiO2)制成，并且具有由高元素掺杂(例如，锗掺杂)导致的高折射指数。在内芯与包层之间的折射指数的差异导致光仅在内芯内传播。 [0039] 每个布拉格光栅302具有一个带有不同于光纤208的折射指数的折射指数的区域，并且因此，在其条纹(即在光栅302与光纤208之间的界面)处反射特定带宽的光。例如，参见图3，由信号源模块204发射的具有λa和λb的波长的光不被反射，并且由光纤208引导至信号检测模块206。然而，具有波长λc的光的一部分被每个布拉格光栅302的条纹反射回信号源模块204，同时所述光的一部分继续反射到信号检测模块206上。反射率(即，由每个布拉格光栅条纹反射的光的部分)可以是相当小的，例如在0.001％与0.1％之间。 [0040] 此外，因为每个布拉格光栅302反射带有不同相移的光，干涉发生并且大部分的反射光被抵消。然而，带有相等相移的反射积累到强反射峰值。这在图4中示出。图4的顶部示出带有10条纹布拉格光栅402的光纤208。光从光纤208的左侧进入。以下，存在带有不同波长的三个光束404a-c。上部光束404a精确地具有光栅周期的波长λ0，并且所有的单一条纹反射被同相反射，并且因此合计达十倍于单一条纹反射的反射能量水平406a。下一个光束406b具有10％更高的频率，使得11个光周期λ0+1具有10个栅格周期λ0的长度。所有的单一条纹反射因此具有不同的相位和抵消，从而导致0的反射能量水平406b。类似的抵消效果在最低光束404c的情况下发生，所述光束404c具有10％更低的频率，使得9个光周期λ0-1具有10个栅格周期λ0的长度，并且导致0的反射能量水平406c。 [0041] 这样，反射带宽和所得的反射能量函数取决于FBG传感器的波长λ。此波长λ取决于由光纤208经历的各种热机械特性。例如，应变和温度与波长λ相关，根据以下方程式： [0042] [0043] 其中 [0044] Δλ＝波长偏移， [0045] λ0＝基本波长开始， [0046] k＝1-p， [0047] p＝光测弹性系数， [0048] k＝应变系数， [0049] ΔT＝以K计量的温度变化， [0050] αδ＝折射指数的改变变化， [0051] [0052] 在示例性实现方式中，光测弹性系数p为0.22，应变系数k为0.78，并且折射系数的变化αδ为 [0053] 等式的第一表达式(k*ε)描述由力(εm)和温度(εT)引起的应变影响的方程式。第二表达式(αδ*ΔT)描述仅由温度引起的玻璃折射指数n的变化。 [0054] 另外， [0055] ε＝εm+εT， [0056] 其中 [0057] εm＝机械引起的应变， [0058] εT＝温度引起的应变， [0059] εT＝αsp*ΔT， [0060] αsp＝试样的每K膨胀系数。 [0061] 这产生描述在应变和温度的影响下的FBG传感器的行为的以下方程式： [0062] [0063] 以及 [0064] [0065] 在纯温度传感器的情况下，布拉格光栅未产生应力。FBG传感器Δλ/λ0信号随后仅随温度而变化。在这种情况下，α是热膨胀系数，α是光纤的热膨胀α玻璃系数。 [0066] [0067] 或 [0068] [0069] 产生用于温度测量FBGS的方程式： [0070] [0071] 光纤的膨胀系数α玻璃是非常低的。例如，在示例性实现方式中，α玻璃＝0.55*10-6/K。最大的影响由温度相关的折射指数αδ的变化导致。当将光纤固定至样本时，FBG传感器信号Δλ/λ0随试样的应变(εm+εT)而改变，并且因此热膨胀系数随后是αsp并且不是α玻璃。因此，[0072] [0073] 产生用于应变测量FBG传感器的方程式： [0074] [0075] 当FBG传感器在没有机械应变(εm＝0)的区域上固定至样本时，它作为温度补偿FBG传感器工作。它的信号根据以下方程式计算： [0076] [0077] [0078] 这样，FGB传感器可使用以上关系基于反射的传感器信号的测量来确定沿着光纤的离散点处的应变和温度的信息。基于此信息，还可确定关于沿着光纤的离散点处的应力的附加信息。例如，对于带有已知的应力-应变关系的材料，关于应力的信息可作为所测量应变的函数被确定。 [0079] 在一些实现方式中，一个或多个波长的光可被引导通过光纤208，并且FGB传感器可与每个波长的光不同地交互。在一些实现方式中，包括光的光谱的光信号被引导通过光纤208，并且分析反射光谱以便同时测量多个FBG信号。可例如使用干涉仪来分析反射光谱，以便根据其分量光线的波长分离光谱。 [0080] 在一些实现方式中，FBG传感器可用于确定光纤208的形状。例如，在一些实现方式中，光纤208包括两个或更多个间隔开的芯，其中每个芯包括多个传感器210。如上所述，光纤208的每个芯的传感器210可用于确定关于光纤208的应变信息。如果安装芯以使得它们是非共面的，当光纤208弯曲时，每个芯将经历不同的应变。在每个芯之间的应变的差异可用于确定沿着离散点(沿着光纤)的曲率，并且可用于确定光纤208的形状。通过检测沿着多个非共面芯的应变，可确定多维差分应变矢量。使用此差分应变矢量，可确定关于光纤208的曲率和形状的信息。在示例性实现方式中，带有三个非共面芯的光纤208可用于确定关于光纤208的三维形状信息。在一些实现方式中，可代替带有多个芯的单一光纤208使用各自带有单一芯的多条光纤208。在一些实现方式中，可使用可商购获得的工具来实施形状感测，诸如使用Luna Innovations Incorporated(Roanoke，VA)的光分布传感器询问器、分布式感测系统、或光反向散射反射计产品线。 [0081] 在一些实现方式中，监测系统200可确定与测量中的每一个相关的空间信息。即，监测系统200可测量热机械特性，并且确定所述测量相对于钻柱120的位置、方向和/或定向。这可以用各种方式来实施。例如，在一些实现方式中，监测系统200可提供来自光纤208的离散点的测量。如果光纤208的空间布置是已知的，监测系统200可使用此信息来确定测量的源的具体位置和/或定向。作为实例，如果已知光纤208围绕BHA 122螺旋卷绕，那么来自光纤208的离散点的测量可与沿此螺旋线的具体点相关。此点可用于确定测量相对于钻柱120的位置、方向和定向。在一些实现方式中，可部分地基于光纤208的所测量形状来确定空间信息。 [0082] 在一些实现方式中，代替FBG传感器，监测系统200可包括其他类型的传感器210，诸如微弯曲传感器、干涉测量传感器、偏振计传感器、或两种或更多种不同类型的传感器组合。例如，传感器210可以是微弯曲传感器。在示例性实现方式中，当光纤208承受小变形(即“微弯曲”)时，在光纤的内芯中的光线可超过内芯的临界角。这导致能量在内芯与包层模之间的的重新分布。所引导的较高阶内芯模联接至包层模，从而导致在光纤中传播的光减少。例如通过放置光纤与一系列周期性定位的变形接触，可获得此模耦接。因此，由于光泄漏到包层中，微弯曲导致光强度减少。通过监测和关联光强度的损失，可设计不同类型的微弯曲传感器，所述微弯曲传感器可给出作用在其上的力的测量值。在一些实现方式中，微端传感器比其他类型的光纤传感器更容易实施，并且可潜在地以更低的成本实施。 [0083] 光纤208和其传感器210可定位在系统100的一个或多个部件上，以便监测由这些部件经历的热机械特性。例如，参见图5A，光纤208可定位在BHA 122的钻铤126上。光纤208可围绕钻铤126(例如以螺旋图案)缠绕，以使得在所述光纤沿钻铤126的长度延伸时，它围绕钻铤126的圆周周边连续卷绕。这允许监测系统200沿着钻铤126的轴向长度连续采集信息，以及在围绕钻铤126的径向方向上连续采集信息。光纤208符合钻铤126的形状并且相对于通道固定，以使得钻铤126的任何变形导致光纤208的对应变形。 [0084] 光纤208可定位在通道502内，以使得它从钻铤126的外周边凹进。这在图5B中示出，所述图5B更详细地示出图5A的虚线区域。类似光纤208，通道502可沿钻铤126的长度延伸，并且可围绕钻铤126螺旋地缠绕。 [0085] 在一些实现方式中，光纤208由包层504保护。例如，参见图5C-D，包层504围绕通道502内的光纤208，保护光纤208免于外部环境影响，并且确保光纤208相对于钻铤126固定。 包层504可通过在光纤208上添加硬质材料的任何过程来添加，例如焊接或等离子转移弧(PTA)技术。 [0086] 光纤208可以各种方式连接至监测系统200和系统100的其他部件。例如，参见图6，示例性BHA 122可包括一个或多个钻铤126，同时光纤208定位在沿钻铤126的长度延伸的通道502内。钻铤126在一个轴向端上连接至源接头602，所述源接头602容纳系统200的信号源模块204(未示出)。源接头602沿BHA 122的下部分连接至钻铤126，并且在光纤208与信号源模块204之间提供连接点，以使得沿着光纤208的长度朝向BHA 122的上端引导由信号源模块204产生的光信号。 [0087] 信号检测模块206可定位在与信号源模块204相对的端上，例如在MWD/LWD钻铤604中，在钻柱120的另一个部分上，或在地面上(例如，在地面控制单元110处)。信号源模块204在与信号源模块204相对的端处连接至光纤208，并且可提供关于光信号在其穿过光纤208时的反射行为的信息。 [0088] 信号处理模块202可放置在各种位置中，例如沿钻柱120或在地面处(例如，在地面控制单元110处)。信号处理模块202通过一个或多个信号发射器(例如，有线或无线信号传输连接)连接至信号源模块204和信号检测模块206。信号处理模块202控制信号源模块204和信号检测模块206的操作，并且处理光信号以便确定关于一个或多个特性和其沿光纤208的相关联的位置或定向的信息。 [0089] 如图6所示，钻柱120的两个或更多个部件(例如，BHA 122)可通过耦接构件606来连接。耦接构件606在两个相邻部件之间提供牢固连接，并且允许光纤208在两个部件之间经过。例如，MWD/LWD钻铤604可使用耦接构件606a连接至钻铤126a。在另一个实例中，可使用耦接构件606b来连接两个钻铤126a-b。在又一个实例中，可使用耦接构件606c来连接钻铤126b和源接头602。在这些实例中的每一个中，光纤208连续穿过两个连接的部件。 [0090] 耦接构件606在图7A-C中更详细地示出。耦接构件606为大体管状的，并且在一个轴向端处包括突出部702，以及在另一个轴向端处包括凹槽704。突出部702和凹槽704允许耦接构件606牢固地插入到相应地带有对应凹槽或突出部的部件中。耦接构件606包括两个通道706和708。通道706定位在耦接构件606的轴向中心处，并且允许材料在两个互连的部件之间流动。例如，在一些实现方式中，当耦接构件606b在两个钻铤126a-b之间连接时，通道706允许钻井液在钻铤126a-b中的每一个之间流动。通道708沿耦接构件606的径向周边定位，并且允许光纤208在两个互连的部件之间经过。例如，在一些实现方式中，当耦接构件606b在两个钻铤126a-b之间连接时，通道708允许光纤208在第一钻铤126a的通道502与第二钻铤126b的通道502之间经过。耦接构件606还可包括一个或多个套筒710，所述一个或多个套筒710可在耦接构件606的端部上滑动，以便将连接点固定在耦接构件606与连接的部件之间。 [0091] 为确保光纤208可在两个互连的部分之间连续经过，一个或多个部件可包括带有减小的外径的一个或多个部分。参见图8A，示例性钻铤126包括带有对应于耦接构件606的凹槽704的突出部804的端部部分802。钻铤126还包括部分806，所述部分806带有相对于钻铤126的主延伸部808的外径减少的外径。如图8B所示，当钻铤126的突出部804装配到耦接构件606的凹槽704中时，部分806保留在耦接构件606的外部。此部分806允许光纤208顺利地从钻铤126的通道502经过到钻铤606的通道708中，以使得它可在两个部件之间连续经过。如图8C所示，耦接构件606可以此方式使用以便将两个部件(例如，两个钻铤126a-b)连接在一起，以使得光纤208在连接的部件中的每一个之间连续经过。 [0092] 在一些实现方式中，可使用多于一个的光纤208。例如，钻铤126可包括沿其周边卷绕的两条或更多条光纤208。光纤可被定位成使得它们彼此相等地间隔(例如，被定位成使得它们沿钻铤126维持彼此恒定的距离)，或它们可以其他布置来定位。例如，在一些实现方式中，光纤208可被定位成使得在一个或多个位置处，光纤208比在一个或多个其他位置处更靠近彼此。在一些实现方式中，一条或多条光纤208捆绑在一起，以使得它们沿其延伸部的长度各自靠近平行运行。 [0093] 在一些实现方式中，光纤208可以不同的布置定位。例如，在一些实现方式中，光纤208可用变化的节距来卷绕，以使得它相对于其他部分更频繁地围绕某些部分卷绕。在一些实现方式中，代替螺旋图案，光纤208可被定位成使得它基本上平行于钻铤126的轴向长度运行。在一些实现方式中，光纤208可根据任何其他任意布置来定位。在一些实现方式中，光纤208可包括这些布置中的两个或更多个的组合。例如，在一些实现方式中，光纤208可具有带有恒定螺旋图案的部分、带有平行图案的部分、以及带有变化螺旋图案的部分。 [0094] 在一些实现方式中，信号源模块204和信号检测模块206可放置在光纤208的相同端上，而不是放置在相反端上。信号检测模块206可包括干涉仪来分析光的反射波长的光谱，以便确定一个或多个热机械特性。 [0095] 以上描述的技术可在数字电子电路中实施，或在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构和其结构等效物)中实施，或在它们中的一个或多个的组合中实施。例如，信号处理模块202可包括电子处理器，并且所述电子处理器可用于处理由信号检测模块206检测的光信号以便确定一个或多个热机械特性，如以上描述的。在另一个实例中，电子处理器可用于控制信号源模块204、信号检测模块206、和/或可视化模块212的操作。 [0096] 术语“电子处理器”包括用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，举例来说，包括可编程处理器、计算机、芯片上系统、或上述各者中的多个或上述各者的组合。设备可以包括特殊用途逻辑电路，例如，FPGA(场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件，设备还可包括为所讨论计算机程序创造执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或上述各者中的一个或多个的组合的代码。设备和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，诸如网络服务、分布式计算和网格计算基础设施。 [0097] 适用于执行计算机程序的处理器以举例的方式包括通用和专用微处理器、以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本原件为用于根据指令执行动作的处理器、和用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常，计算机将还包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘、或光盘)，或可操作地耦接以便从其接收数据或将数据传输至其或两者。然而，计算机不必须具有此类装置。此外，计算机可嵌入在另一个装置中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、可移动的音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器、或便携式存储装置(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动)等等。适用于存储计算机程序指令和数据的装置包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，以举例的方式包括半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM磁盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或结合在其中。 [0098] 一般来讲，在一方面，系统包括井底组件(BHA)，所述井底组件(BHA)包括一个或多个钻铤以及连接至所述一个或多个钻铤的钻头。系统还包括用于监测BHA的传感器系统。传感器系统包括沿一个或多个钻铤螺旋缠绕和延伸的一个或多个长度的光纤、被布置来将光信号发射至一个或多个长度的光纤中的信号源模块、被布置来检测由一个或多个长度的光纤从信号源模块引导的光信号的信号检测模块、与检测模块通信的信号处理模块、以及与信号处理模块通信的操作员界面。信号处理模块被编程以便在系统的操作期间，基于检测的光信号确定当BHA用于钻井时，关于在一个或多个钻铤上的多个不同位置处的热机械特性的测量信息。信号处理模块还被编程以便在系统的操作期间，当测量信息超过阈值时向操作员界面发送信号。 [0099] 此方面的实现方式可以包括下述特征中的一或多个特征。信号处理模块可被进一步编程以便在系统的操作期间，基于测量信息和阈值向操作员界面提供建议。热机械特性可以是应变。热机械特性可以是温度。热机械特性可以是压力。热机械特性可以是BHA的形状。BHA可包括通过耦接器彼此连接的至少两个钻铤，其中所述耦接器包括从第一端和第二端延伸的管形壁以及在第一端与第二端之间的通道，并且其中一个或多个长度的光纤穿过通道以便连续延伸横跨至少两个钻铤和耦接器。一个或多个长度的光纤可设置在沿BHA螺旋地延伸的一个或多个通道中。系统还可包括设置在一个或多个通道中的保护包层。信号源模块可定位在一个或多个钻铤与钻头之间。系统还可包括与信号处理模块通信的可视化模块，其中可视化模块被编程以便在系统的操作期间显示测量信息和对应于测量信息的位置的指示。 [0100] 通常，在另一个方面中，监测井底组件(BHA)的方法包括将光信号引导至围绕BHA一个或多个钻铤螺旋地缠绕以及沿其延伸的一个或多个长度的光纤中；在光信号由一个或多个长度的光纤引导之后检测光信号；基于检测的光信号确定当BHA用于钻井时，关于在一个或多个钻铤上的多个不同位置处的热机械特性的测量信息；以及当测量信息超过阈值时向操作员界面发送信号。 [0101] 此方面的实现方式可以包括下述特征中的一或多个特征。方法还可包括基于测量信息和阈值向用户提供建议。热机械特性可以是应变。热机械特性可以是温度。热机械特性可以是压力。热机械特性可以是BHA的形状。方法还可包括显示测量信息和对应于测量信息的在BHA上的位置的指示。 [0102] 通常，在另一个方面中，用于监测井底组件(BHA)的传感器系统包括被适配成沿BHA螺旋地缠绕和延伸的一个或多个长度的光纤、被布置来将光信号发射至一个或多个长度的光纤中的信号源模块、被布置来接收由一个或多个长度的光纤从信号源模块引导的光信号的信号检测模块、与检测模块通信的信号处理模块、以及与信号处理模块通信的操作员界面。信号处理模块被编程以便在系统操作期间，确定关于在BHA上的多个不同位置处的热机械特性的测量信息，并且当测量信息超过阈值时，向操作员界面发送信号。 [0103] 此方面的实现方式可以包括下述特征中的一或多个特征。信号处理模块可被进一步编程以便在系统的操作期间，基于测量信息和阈值向操作员界面提供建议。热机械特性可以是应变。热机械特性可以是温度。热机械特性可以是压力。热机械特性可以是BHA的形状。信号源模块可定位在钻铤与钻头之间。系统还可包括与信号处理模块通信的可视化模块，其中可视化模块被编程以便在系统的操作期间显示测量信息和对应于测量信息的在BHA上的位置的指示。系统还可包括将BHA的第一部分连接至BHA的第二部分的耦接器，其中耦接器包括从第一端和第二端延伸的管形壁以及在第一端与第二端之间的通道，并且其中一个或多个长度的光纤穿过通道以便连续延伸横跨至少两个钻铤和耦接器。 |
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