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用于分布压感测的传感器构造

阅读:251发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于分布压感测的传感器构造专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供了一种含光纤 传感器 线,该传感器线具有至少一根气密密封的光纤。可以将含光纤传感器线安装在可以放置在井眼中的井下的 电缆 中。含光纤传感器线可以包括气密地密封在含光纤传感器线的金属结构内的第一光纤。,下面是用于分布压感测的传感器构造专利的具体信息内容。

1.一种电缆,包括:
含光纤传感器线,包括:
屏蔽结构,具有内部凹陷;
第一光纤,设置在内部凹陷内;和
密封件,该密封件构造成在内部凹陷的纵向跨度上气密密封光纤。
2.如权利要求1所述的电缆,其中,所述第一光纤紧密地放置成与所述内部凹陷的两个相对侧直接接触,以当所述外部压施加到屏蔽材料时允许所述第一光纤感测外部压力。
3.根据权利要求2所述的电缆,其中,所述第一光纤不对称地设置在所述内部凹陷内。
4.根据权利要求1所述的电缆,其中,所述第一光纤被宽松地放置以在任何时候都不直接接触所述内部凹陷的不止一侧,以允许第一光纤感测基本上没有由于屏蔽材料上的外部压力引起的噪声的参数。
5.根据权利要求1所述的电缆,包括设置在所述内部凹陷内的第二光纤,其中:
第一光纤紧密地放置成与内部凹陷的两个相对侧直接接触,以在将外部压力施加到屏蔽材料上时允许第一光纤感测外部压力;和
第二光纤被宽松地放置以在任何时候都不直接接触所述内部凹陷的不止一侧,以允许第二光纤感测除了压力以外的参数,该参数基本上没有由于屏蔽材料上的外部压力引起的噪声。
6.根据权利要求1所述的电缆,其中,所述屏蔽结构包括单个金属线,该单个金属线成形为以形成所述内部凹陷。
7.根据权利要求1所述的电缆,其中,所述屏蔽结构包括多根金属线,该多根金属线成形为以当结合在一起时形成所述内部凹陷。
8.根据权利要求1所述的电缆,其中,空气被气密密封在所述内部凹陷中。
9.根据权利要求1所述的电缆,包括电缆芯,其中含光纤传感器线设置在所述电缆芯内。
10.根据权利要求1所述的电缆,包括电缆芯,其中,含光纤传感器线设置在围绕所述电缆芯的铠装线强度构件内。
11.根据权利要求1所述的电缆,包括在所述第一光纤中的一个或多个反射器,其中,该一个或多个反射器被配置为限定使用所述第一光纤沿着所述电缆感测的点的位置
12.一种方法,包括:
将第一光纤设置在具有纵向跨度的线屏蔽结构的内部凹陷中,该线屏蔽结构包含内部凹陷;和
至少沿着线屏蔽结构的纵向跨度气密密封所述内部凹陷。
13.根据权利要求12所述的方法,包括通过从构成所述线屏蔽结构的单根线上去除材料来形成所述内部凹陷。
14.根据权利要求12所述的方法,其中,气密地密封所述内部凹陷包括结合两根线,该两根线具有当该两根线结合在一起时形成所述内部凹陷的形状。
15.根据权利要求12所述的方法,其中,所述第一光纤至少部分地通过将所述第一光纤紧密地放置成与所述内部凹陷的两个相对侧直接接触而被设置在所述内部凹陷中,以当外部压力施加到屏蔽材料时允许所述第一光纤感测该外部压力。
16.根据权利要求12所述的方法,其中,至少部分地通过将该第一光纤宽松地放置成在任何单个轴向位置不与所述内部凹陷的不止一侧直接接触而将所述第一光纤设置在所述内部凹陷中,以允许第一光纤感测除了压力之外的参数,该参数基本上没有由于在所述屏蔽材料上的外部压力引起的噪声。
17.根据权利要求12所述的方法,包括将第二光纤设置在所述内部凹陷内,其中:
第一光纤紧密地设置成与内部凹陷的两个相对侧直接接触,以在将外部压力施加到屏蔽材料上时允许第一光纤感测该外部压力;和
第二光纤被宽松地设置为在任何时候都不直接接触所述内部凹陷的不止一侧,以允许第二光纤感测除了压力之外的参数,该参数基本上没有由于所述屏蔽材料上的外部压力引起的噪声。
18.一种用于电缆的含光纤传感器线,该电缆被配置为放置在井眼中的井下,其中,所述含光纤传感器线包括气密密封在含光纤传感器线的金属结构内的第一光纤。
19.根据权利要求18所述的含光纤传感器线,其中,所述第一光纤设置在含光纤传感器线的内部凹陷中,与所述内部凹陷的两个相对侧直接接触,以当外部压力施加到含光纤传感器线上时,允许所述第一光纤感测该外部压力。
20.根据权利要求18所述的含光纤传感器线,其中,所述第一光纤宽松地设置在含光纤传感器线的内部凹陷中,并且在任何轴向位置不与所述内部凹陷的不止一侧直接接触,以允许第一光纤感测除了压力之外的参数,该参数基本上没有由于在含光纤传感器线上的外部压力引起的噪声。

说明书全文

用于分布压感测的传感器构造

技术领域

[0001] 本公开涉及一种用于使用嵌入在井下电缆的导体内的一根或多根光纤来获取井眼内期望参数的分布测量结果的系统和方法。

背景技术

[0002] 该部分旨在向读者介绍可能与本技术的各个方面有关的本领域的各个方面,下面将对其进行描述和/或要求保护。相信该讨论有助于向读者提供背景信息,以有助于更好地理解本公开的各个方面。因此,应该理解的是,应该从鉴于此阅读这些陈述,而不是作为任何形式的承认。
[0003] 从钻入地质地层的井眼开采是一项非常复杂的工作。在许多情况下,与烃勘探和开采有关的决策可以通过来自井下测井工具的测量结果来进行,这些测量工具被传送到井眼深处。该测量结果可用于推断井眼周围的地质地层的特性和特征。因此,当研究井眼以确定井眼内的流体、井眼内的气体或井眼本身的物理状况时,可能希望将电缆与相关的测量工具和/或传感器放置在井眼内。
[0004] 这样的测量工具和/或传感器可以包括一根或多根光纤,其可以向联接到电缆的端部的数据处理系统提供高速电磁干扰(EMI)免疫遥测。当使用光纤来感测诸如井眼中的压力的参数时,这可能需要使光纤暴露于井眼中的钻井流体中,这可能会损坏光纤。随着时间的流逝这种对光纤的损坏的累积效应可能导致由光纤获得的测量结果变得越来越不准确。发明内容
[0005] 下面阐述本文公开的某些实施例的概述。应当理解,呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些某些实施例的简要概述,并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上,本公开可以包括以下可能未阐述的多个方面。
[0006] 为了允许光纤感测诸如井下环境中的压力的参数,同时避免由于暴露于腐蚀性钻井流体而造成的损坏,含光纤传感器线可以保持气密密封的光纤。在一个示例中,这样的电缆可以包括具有屏蔽结构、第一光纤和密封件的含光纤传感器线。屏蔽结构可以具有可以保持第一光纤的内部凹陷。密封件可以在内部凹陷的纵向跨度中气密地密封光纤。
[0007] 在另一示例中,一种方法包括将第一光纤设置在具有包含纵向跨度的线屏蔽结构的内部凹陷中,该屏蔽结构包含该内部凹陷。该方法还包括至少沿着线屏蔽结构的纵向跨度气密密封内部凹陷。
[0008] 在另一个示例中,可以将含光纤传感器线安装在可以放置在井眼中的井下的电缆中。含光纤传感器线可以包括气密地密封在含光纤传感器线的金属结构内的第一光纤。
[0009] 可以相对于本公开的各个方面对上述特征进行各种改进。在这些各个方面中也可以并入其他特征。这些改进和附加特征可以单独存在或以任何组合存在。例如,以下关于一个或多个所示实施例讨论的各种特征可以单独地或以任何组合结合到本公开的上述方面中的任何一个中。上面呈现的简要概述旨在使读者熟悉本公开的实施例的某些方面和上下文,而不限于所要求保护的主题。附图说明
[0010] 通过阅读以下详细描述并参考附图,可以更好地理解本公开的各个方面,在附图中:
[0011] 图1是根据本公开的实施例的可沿井眼的长度获得数据测量结果的井眼测井系统和电缆的示意图;
[0012] 图2a是根据本公开的实施例的图1的电缆的截面图,其示出了设置在电缆内的含光纤传感器线;
[0013] 图2b是根据本公开的实施例的船用电缆的截面图,其示出了设置在电缆内的含光纤传感器线;
[0014] 图3是根据本公开的实施例的图2的含光纤传感器线的实施例的截面图,其示出了单件式含光纤传感器线的示意图;
[0015] 图4是根据本公开的实施例的制造图3的单件式含光纤传感器线的方法;
[0016] 图5是根据本公开的实施例的图2的含光纤传感器线的实施例的截面图,其示出两件式含光纤传感器线的示意图;
[0017] 图6是根据本公开的实施例的制造图5的两件式含光纤传感器线的方法;
[0018] 图7是根据本公开的实施例的图2的含光纤传感器线的实施例的截面图,其示出了含双光纤的传感器线;
[0019] 图8是根据本公开的实施例的制造图7的含双光纤的传感器线的方法;和[0020] 图9是根据本公开的一个实施例的含光纤传感器线的透视图。

具体实施方式

[0021] 以下将描述本公开的一个或多个具体实施例。这些描述的实施例仅是当前公开的技术的示例。另外,为了提供对这些实施例的简要描述,可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解,在任何此类实际实施方式的开发中,例如在任何工程或设计项目中,都必须做出许多特定于实施方式的决策,以实现开发人员的特定目标,例如遵守与系统相关的约束和与业务相关的约束,这可能因实施方式而异。此外,应当理解,这种开发工作可能是复杂且耗时的,但是对于受益于本公开的普通技术人员而言,这仍将是设计、制作和制造的例行工作。
[0022] 当介绍本公开的各种实施例的元件时,冠词“一(a)”,“一个(an)”和“该(the)”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的,并且意味着除所列元件之外可能还有其他元件。另外,应当理解,参考本公开的“一个实施例”或“一个实施例”不旨在解释为排除也包含所述特征的其他实施例的存在。
[0023] 用于井下油田使用的电缆内的光纤可具有点或多个传感器阵列(其中,光纤的每个点可有助于感测输出)。多个传感器阵列的配置可以提供沿着井眼的长度的期望参数的分布测量结果。空间分辨率可以限定光纤可以贡献给定输出的距离。通过使光纤变形(例如,非对称地压缩),光纤可以用作测量整个井眼中的压力分布的压力感测器。
[0024] 当在井眼内操作时,光纤可能通过与腐蚀性流体接触、对井眼外部的磨损和/或其他磨损因素而物理损坏。常规技术中的特定问题可能包括用屏蔽结构包围光纤,该屏蔽结构保护光纤免受井眼的恶劣环境的影响,同时保持光纤精确检测被测量(例如压力)的能力。本公开的系统和方法允许屏蔽光纤,同时使光纤能够在不损失信号质量的情况下测量井眼内的期望参数(例如,压力)。
[0025] 考虑到这一点,图1示出了可以采用本公开的系统和方法的测井系统10。测井系统10可用于经由井眼16将井下工具12或假重物输送通过地质地层14。井下工具12可经由测井绞盘系统20在电缆18上输送。虽然测井绞盘系统20在图1中示意性地示出为由卡车携带的移动式测井绞盘系统,但是测井绞盘系统20可以是基本上固定的(例如,基本上是永久的或模化的长期安装)。可以使用用于测井的任何合适的电缆18。电缆18可以包括嵌入在电缆内的一根或多根光纤。电缆18可在鼓筒22上绕线或退绕,并且辅助电源24可向测井绞盘系统20和/或井下工具12提供能量
[0026] 井下工具12可以通过任何合适的遥测(例如,通过穿过地质地层14发脉冲的电信号光信号或通过泥浆脉冲遥测)将测井测量结果26提供给数据处理系统28。数据处理系统28可以处理测井测量结果。测井测量结果26可以指示井眼16的某些性质(例如,压力、温度、应变、振动或其他),其否则会无法由操作人员辨别。
[0027] 为此,数据处理系统28因此可以是可用于执行本公开的系统和方法的任何电子数据处理系统。例如,数据处理系统28可以包括处理器30,其可以执行存储在存储器32和/或存储装置34中的指令。因此,数据处理系统28的存储器32和/或存储装置34可以是任何合适的可以存储指令的制品。存储器32和/或存储装置34可以是ROM存储器、随机存取存储器(RAM)、闪存、光存储介质或硬盘驱动器,仅举几个示例。可以是任何合适的电子显示器的显示器36可以使用测井测量结果26提供地质构造14或井眼16的可视化、测井或其他特性指示。
[0028] 图2a是电缆18的一个实施例的截面图。电缆18可以是连续的或分段的,并且长度可以是1米(m)、10m、100m、1000m或更大。电缆18可容纳电缆芯40,该电缆芯40可被一个或多个铠装线强度构件42周向围绕。铠装线强度构件42可以围绕电缆芯40提供(例如,螺旋缠绕),沿着电缆芯40的长度纵向延伸,或者以任何适合于围绕电缆芯40的方式围绕电缆芯40设置。铠装线强度构件42可以物理地保护电缆芯40,并且可以为电缆18提供额外的刚性。另外,铠装线强度构件42可以支撑电缆18的重量并减轻电缆芯40上的应变。
[0029] 电缆芯40可包括一根或多根信号电缆44。信号电缆44可包括设置在保护结构48内的内部线46。内部线46可包括线50、含光纤传感器线52、或预期在电缆18内的任何其他合适的线。含光纤传感器线52可包括设置在屏蔽结构56内的一根或多根光纤54。一根或多根光纤54可用作传感器(例如压力感测器、温度传感器),其可以感测井眼16的内部状况(例如,压力,温度)并且将关于内部状况的数据中继到数据处理系统28。内部线46可以另外将指令信号或电力传输到联接到电缆18的端部的部件(例如,井下工具12)。含光纤传感器线52也可以设置在铠装线强度构件42内。
[0030] 图2b是船用电缆55的截面图。船用电缆55可包括电缆芯40。电缆芯40可包括一根或多根信号电缆44。信号电缆44可包括设置在保护结构48内的内部线46。内部线46可以包括传感器(例如,一根或多根光纤54)、铜线50或预期在电缆18中的任何其他合适的线。内部线46也可以包括含光纤传感器线52。内部线46可将指令信号或电力传输到联接至船用电缆55的端部的部件(例如,井下工具12)。保护结构48可以包封内部线46并且在电缆18的操作期间物理地保护内部线。为了获得关于所监视的参数(例如,温度、压力、地震剖面或其他)的更好的信噪比,含光纤传感器线52可以位于船用电缆55的外周附近。含光纤传感器线52可以设置在船用电缆55的屏蔽层57内。另外,屏蔽层57可以被保护性外层59包封。
[0031] 图3示出了单件式含光纤传感器线52a的实施例的截面图。为了便于讨论,可参考“x”方向60、“y”方向62和“z”方向64来描述含光纤传感器线52(例如,一件式含光纤传感器线52a)的各种实施例。一件式含光纤传感器线52a可以包括围绕一根或多根光纤54设置的屏蔽结构56a。屏蔽结构56a可以包括导体(例如,铜)或适用于预期目的的任何合金。一根或多根光纤54可以设置在屏蔽结构56a的凹陷66内。一根或多根光纤54可以对称地或非对称地嵌入凹陷66内。凹陷66可以从与屏蔽结构56a的外表面68相邻的第一端部67向屏蔽结构56a内的第二端部69径向地延伸。虽然图3示出了具有大致圆形或C形的屏蔽结构56a的实施例,但是屏蔽结构56a可以采用任何合适的形状,诸如正方形、三形或椭圆形。
[0032] 一根或多根光纤54可以与凹陷66的内表面70物理接触。内表面70可以在直径相对的接触点72处接触一根或多根光纤54,使得内表面70可以相切地延伸到在直径上相对的接触点72。在直径上相对的接触点72可以确保施加到屏蔽结构56a的任何外部压力将向一根或多根光纤施加横向(例如,“y”方向62)力。理想地,压力可以沿垂直于凹陷66的内表面70的方向(例如,“y”方向62)施加到屏蔽结构56a。附加地或替代地,可以以“x”方向60、“y”方向62和/或“z”方向64的任意组合将压力施加到屏蔽结构56a。
[0033] 插头76可以插入凹陷66的第一端部67中,从而在屏蔽结构56a内形成封闭的腔78。插头76可以压力配合到屏蔽结构56a中和/或通过机械联接(例如,焊接激光焊接、粘合胶或其他方法)结合到屏蔽结构。插头76可以沿着屏蔽结构56a的长度纵向地(例如,“z”方向
64)延伸,并且在封闭的腔78内的一根或多根光纤54与外部环境80之间形成气密密封。外部环境80可能包含可能损坏一根或多根光纤54的涂层并导致一根或多根光纤54内的光损耗的流体。例如,氢进入封闭腔78可能导致随后形成可能吸收许多重要波长的光的氢根离子(OH-),从而降低一根或多根光纤54的信号强度。
[0034] 插头76可以另外形成细长的压力密封件,其可以确保封闭的腔78与外部环境80之间的压力差不相等。封闭腔78与一根或多根光纤54之间的空间可以包括缓冲流体。在一个实施例中,缓冲流体可包括诸如空气的气体;在另一实施例中,可以使用真空代替缓冲流体。使用空气作为缓冲流体可以减少或消除由测压效应(例如,传感器读取缓冲流体的重量而不是外部压力)引起的压力读数变化。缓冲流体可以是气体、液体或其组合。插头76可以包括任何合适的材料,例如铜、或有机化合物。此外,可将多个光纤54插入凹陷66中以提供不同的信息。这可能是由于多根光纤54在凹陷66中的位置不同(例如,靠近第二端部69的弯曲内边界的光纤54几乎看不到外部压力引起的非对称应力,但是可以看到轴向应变的全部影响)。另外,具有以不同取向插入的不对称内部结构的光纤54可经历对外部压力的不同响应。
[0035] 图4表示用于组装一件式传感器52a的方法90的一个实施例的流程图。在框92中,凹陷66可以形成在屏蔽结构56a内。可以通过以下方式形成凹陷66:通过模具挤出屏蔽结构56a,对屏蔽结构56a进行机械加工或任何其他合适的制造方法。在框94中,可以将一根或多根光纤54设置在屏蔽结构56a的凹陷66内。在框96中,插头76可以联接至凹陷66的第一端部
67,以在屏蔽结构56a内形成封闭的腔78。插头76可通过压配合(例如,压接)、机械联接(例如,焊接、激光焊接、粘合胶或其他方法)或任何合适的附加制造方法而联接至屏蔽结构
56a。
[0036] 图5示出了两件式含光纤传感器线52b的一个实施例的截面图。两件式含光纤传感器线52b可以包括围绕一根或多根光纤54设置的屏蔽结构56b。屏蔽结构56b可以包括导体(例如,铜)或适合于期望目的的任何合金。虽然图5示出了具有大致圆形形状的屏蔽结构56b的实施例,但是屏蔽结构56b可以采取任何合适的形状,例如正方形、三角形或椭圆形。
[0037] 屏蔽结构56b可以包括上半部100和下半部102。一根或多根光纤54可以被提供在设置在上半部100、下半部102或这两者内的凹槽104中。屏蔽结构56b的上半部100和下半部102可以在边缘106处通过机械联接(例如,激光缝焊、粘合胶、其他粘合剂、焊接或使用其他连接方法)联接在一起。为了确保一根或多根光纤54和屏蔽结构56b之间的良好机械联接,在施加粘合剂的同时,上半部100和下半部102可以被压缩在一起,从而使在粘合剂固化之后轻微的横向(例如,“y”方向)压力保持施加在一根或多根光纤54上。在一些实施例中,凹槽104的直径可以比一根或多根光纤54的直径略小,以另外确保一根或多根光纤54在屏蔽结构56b的整个长度上可以与内表面70物理接触。这可以允许一根或多根光纤54感测屏蔽结构56b外部的压力。在另一实施例中,凹槽104的直径可以比一根或多根光纤54的直径稍大,其在当屏蔽结构56b被压缩时可以使光纤54与非对称应力隔离。这可以允许光纤54感测井眼16内的其他期望参数,例如温度、振动、应变或声学/地震信号。
[0038] 内表面70和一根或多根光纤54之间的物理接触可以确保施加到屏蔽结构56b的任何外部压力都将大体上横向的力(例如,沿“y”方向62)施加到屏蔽结构56b内的一根或多根光纤54。理想地,可以在垂直于上半部100的内表面70和下半部102的内表面70的方向(例如,在“y”方向62上)向屏蔽结构56b施加外部压力。另外地或可替代地,可以以“x”方向60、“y”方向62和/或“z”方向64的任意组合将压力施加到屏蔽结构56b。
[0039] 联接的边缘106可以另外用作气密密封以在上半部100和下半部102之间形成封闭的腔78。如在图2的一件式含光纤传感器线52a的实施例中所讨论的,封闭的腔78可以密封一根或多根光纤54,使其免受外部环境80中的污染物(例如,腐蚀性化学物质)的污染,这可能会损坏一根或多根光纤54。
[0040] 图6示出了用于组装两件式含光纤传感器线52b的方法110的一个实施例的流程图。在框112中,可以通过通过模具的挤压、机加工或任何其他合适的制造方法来形成屏蔽结构56b的上半部100和下半部102。在框114中,一根或多根光纤54可以设置在屏蔽结构56b的上半部100和下半部102之间。上半部100、下半部102或两者可包括凹槽104,一根或多根光纤54可设置在凹槽104中。在框116中,屏蔽结构56b的上半部100和下半部102可以通过机械联接(例如,焊接、激光焊接、粘合胶或其他方法)联接在一起。联接的上半部100和下半部102可以形成封闭的腔78,该封闭的腔与外部环境80气密密封。
[0041] 现在转向图7,其示出了含双光纤传感器线52c的一实施例的截面图。含双光纤传感器线52c可以包括围绕一根或多根光纤54和第二光纤120设置的屏蔽结构56c。屏蔽结构56c可以包括导体(例如,铜)或适合于预期目的任何的合金。虽然图7示出了具有大致圆形或C形的屏蔽结构56c的实施例,但是屏蔽结构56c可以采取任何合适的形状,诸如正方形、三角形或椭圆形。
[0042] 一根或多根光纤54和第二光纤120可以设置在屏蔽结构56c的凹陷66内。一根或多根光纤54可以对称地或非对称地嵌入在凹陷66内。凹陷66可以从与屏蔽结构56c的外表面68相邻的第一端部67向屏蔽结构56c内的第二端部69径向地延伸。第二光纤120可以设置在凹陷66的内表面70中的带凹槽部分122内。带凹槽部分122可以形成环形腔,该环形腔略大于第二光纤120的直径并且沿屏蔽结构53c的长度纵向延伸(例如,“z”方向64)。当屏蔽结构
56c被压缩时,带槽部分122可将第二光纤120与由一根或多根光纤54所经受的不对称应力隔离。因此,第二光纤120可以用于感测井眼16内的其他期望参数,例如温度、振动、应变或声学/地震信号。
[0043] 一根或多根光纤54可以与屏蔽结构56c的内表面70物理接触。内表面70可以在在直径上相对的接触点72处接触一根或多根光纤54,使得内表面70可以相切地延伸到在直径上相对的接触点72。在直径上相对的接触点72可以确保施加到屏蔽结构56c上的任何外部压力将横向(例如,“y”方向62)力施加到一根或多根光纤54。理想地,压力可以沿垂直于凹陷66的内表面70的方向(例如,“y”方向62)施加到屏蔽结构56c。附加地或替代地,可以以“x”方向60、“y”方向62和/或“z”方向64的任意组合将压力施加到屏蔽结构56a。
[0044] 插头76可以插入凹陷66的第一端部67中,从而在屏蔽结构56c内形成封闭腔78。插头76可以压力配合到屏蔽结构56c中和/或通过诸如焊接或粘合剂的机械联接而结合到屏蔽结构。插头76可以沿着屏蔽结构56c的长度纵向地(例如,“z”方向64)延伸,并且在封闭的腔78内的一根或多根光纤54和第二光纤120与外部环境80之间形成气密密封。外部环境80可能包含会损坏一根或多根光纤54和/或第二光纤120的涂层的流体,这可能会导致一根或多根光纤54和/或第二光纤120中的光损耗。
[0045] 插头76可以另外形成细长的压力密封件,其可以确保封闭的腔78与外部环境80之间的压力差不相等。维持封闭的腔78与外部环境80之间的压力差可以使一根或多根光纤54能够准确地检测井眼16内的压力分布。插头可以包括任何合适的材料,例如铜或铝。
[0046] 现在参考图8,示出了用于组装含双光纤传感器线52c的方法130的一个实施例的流程图。在框132中,可以在屏蔽结构56c内形成凹槽66和带凹槽部分122。可以通过以下方式形成凹陷66和带凹槽部分122:通过挤压屏蔽结构56c穿过模具,机械加工该冲模屏蔽结构56c或任何其他合适的制造方法。在框134中,可将一根或多根光纤54设置在屏蔽结构56c的凹陷66内。在框136中,第二光纤120可以设置在凹陷66的带凹槽部分122内。在框138中,插头76可以联接至凹陷66的第一端部67,以在屏蔽结构56c内形成封闭的腔78。插头76可以通过压配合(例如,压接)、通过机械联接(例如焊接或粘合剂)或任何其他合适的制造方法而联接到屏蔽结构56c。
[0047] 现在转向图9,其示出了一件式含光纤传感器线52a和屏蔽结构56a的透视图。下面的讨论可以另外地应用于含光纤传感器线52的任何实施例,例如两件式含光纤传感器线52b和含双光纤传感器线52c。一件式含光纤传感器线52a可以连续地以长的长度(例如,数千米)制造,并且可以测量井眼16沿着该长度的期望参数(例如,静压力、动压力、温度、应变或其他)。一件式含光纤传感器线52a可以消除在电缆18的整个范围内采用单独单点传感器的需要,以便获得沿井眼16的长度的测量结果。
[0048] 包含在一件式含光纤传感器线52a内的一根或多根光纤54可包含沿着一根或多根光纤54的长度设置的一个或多个离散的反射器140(例如,感测点)。反射器140可以作为复用的传感器点被单独地询问和/或用作限定相邻反射器140之间的感测区域的定界器。在另一实施例中,反射器140可以以紧密的间隔彼此相邻放置,这可以增强来自一根或多根光纤54的反向散射。
[0049] 井眼16内的压力可以在一件式含光纤传感器线52a上施加压缩力142。压缩力142可以压缩凹陷66并且因此使一根或多根光纤54不对称地变形。例如,在所示的实施例中,压缩力142可以横向地(例如,“y”方向)压缩一根或多根光纤54。可以使用波分复用、时域或频域反射法和/或用于光纤感测的任何其他合适的技术来询问反射器140。数据处理系统28可以用于从井眼16内外推期望的参数。
[0050] 在时分复用的情况下,具有足够带宽的探测脉冲被发射到光纤54和/或120中,并且每个反射器140返回被该反射器140的反射光谱滤波的脉冲;对于双折射反射器,反射光谱可以包括一对光谱线,其响应于双折射(它们的平均反射波长可以指示温度和应变)而沿相反的方向偏移(即,移动得更远或更近)。
[0051] 在第二种方法中,可以测量由相邻的一对反射器描绘的光纤54的每个部分的双折射,例如,如使用由2004年1月20日提交的“Interferometric Method and Apparatus for Measuring Physical Parameters,”的美国专利号7,548,319所描述的技术所描述的,为了所有目的将其全部内容通过引用并入于此。
[0052] 用于询问压力的第三种方法可以是完全分布的,并使用扫频相干瑞利反射法确定沿着光纤54的光纤54双折射的分布,其技术描述在2000年3月24日提交的“Apparatus and Method for Measuring Strain in Optical Fibers using Rayleigh Backscatter,”的美国专利号6,545,760中以及2006年3月9日提交的“Calculation of Birefringence in a Waveguide Based on Rayleigh Scatter,”的美国申请号PCT/US2006/008438中,两者均为了所有目的将其全部内容通过引用并入于此。这可以结合如由2007年7月17日提交的“Frequency-Scanned Optical Time-Domain Reflectometry,”的美国专利号7,859,654所描述的时域和频域询问进行使用,为了所有目的也将其全部内容通过引用并入于此。
[0053] 在某些情况下,仅双折射的动态变化可用于识别参数。例如,在想要测量地震波的情况下可能就是这种情况。分布声波传感(DAS)(也称为分布振动感测)的形式越来越多地用于钻井地震采集中。该技术测量光纤54上的动态应变,并且主要响应于轴向应变。还可能期望测量例如通过听器报告的动态压力。多种技术可用于DAS/DVS。在图3、5、7和9中所示的压力纤维的每个轴上使用这种技术可以允许提取压力信号(两个轴之间的差)和动态应变信号(使用两个轴的共模信号内容)。在此,中央光纤54可以充当分布水听器和动态轴向应变的分布传感器。例如,这可以允许上下波分离,并且在某些应用中,还可以克服纯轴向测量结果的方向敏感性。
[0054] 继续考虑将压敏光纤54用作分布水听器,在反射器阵列的情况下,可以使用例如在2009年10月14日提交的“Polarization-Diverse,Heterodyne Optical Receiving System,”的美国专利号8,401,401中公开的技术确定由一对反射器描绘的每个部分的动态双折射,其出于所有目的通过引用整体并入于此。
[0055] 已经通过示例的方式示出了上述特定实施例,并且应当理解,这些实施例可能易于进行各种修改和替换形式。应当进一步理解,权利要求书并不旨在限于所公开的特定形式,而是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
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