一种水平井光纤实时监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油天然气开采技术领域，尤其涉及一种水平井光纤实时监测装置。


背景技术：

2.海上油田因地层良好的物性(孔隙度、渗透率)在生产中均存在产层出水、含水过高的问题，尤其是在大幅提液过程中水锥突进问题，造成全井水淹严重影响到生产和经济效益。在此背景下迫切需要一种测井装置，精确找出水锥突破点，也就是出水层段，后期通过对出水层段的有效封堵，降低该井的含水率，提高经济效益。但是海上油田大部分都是下部水平段筛管完井、上部生产油管带电泵完井方式，常规的测井装置都不具备施工能力，无法实时监测、测出动态产液剖面、精确定位出水层段。
3.目前对于水平井，常规测井手段有电缆、钢丝测井，测井仪器设置在连续油管末端，对全水平段产层测试时需要连续油管的上下拖动，这样测试对现场操作要求高，做动态监测时需要长时间上下活动连续油管，因此井下工具特别是堵塞器失效导致回流和卡死的风险高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种水平井光纤实时监测装置，以解决y型接头下方的回流问题，避免与连续油管出现卡死现象，且能够给实时监测和精确定位出水层段。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种水平井光纤实时监测装置，包括：
7.光纤光缆，所述光纤光缆预先设于连续油管内，并能够随所述连续油管入井,所述光纤光缆的首端与光纤接线盒连接，末端密封在光纤密封短节内，所述光纤密封短节设于水平井段；
8.激光发射/接收器，通过地面光纤连接线连接所述光纤接线盒；
9.堵塞器，所述堵塞器包括顺次连接的内密封组件、棘爪组件和外密封组件，所述连续油管穿设在所述堵塞器内且能够将所述堵塞器送至y型接头的工作筒内。
10.可选地，所述光纤光缆包括两根多模光纤和一根单模光纤。
11.可选地，当井温范围为
‑
40℃
‑
150℃时，光纤光缆为低温光纤；当井温范围为大于150℃且小于250℃时，光纤光缆为中温光纤；当井温范围为250℃
‑
350℃时，光纤光缆为高温光纤。
12.可选地，所述激光发射/接收器包括分布式光纤温度传感器和分布式光纤声波传感器。
13.可选地，所述内密封组件包括多个串联连接的盘根密封，多个所述盘根密封之间可拆卸式连接；所述棘爪组件包括棘爪轴套和弹性棘爪，所述棘爪轴套的第一端连接所述盘根密封，所述棘爪轴套上套设所述弹性棘爪，所述弹性棘爪设有多个，多个所述弹性棘爪
围设所述棘爪轴套间隔且均匀设置；所述外密封组件包括外密封轴套、外密封圈和护盖，所述外密封轴套连接在所述棘爪轴套的第二端，所述护盖盖设在所述外密封轴套的端部，所述外密封圈套设在所述外密封轴套的外周壁上。
14.可选地，所述内密封组件还包括内密封圈和护帽，所述护帽连接在所述内密封组件的顶部的所述盘根密封上，所述内密封圈设有多个，多个所述内密封圈设置在所述盘根密封的端部。
15.可选地，所述棘爪组件还包括第一止推环，所述第一止推环设置在多个所述弹性棘爪的朝向所述外密封组件的端部。
16.可选地，所述外密封组件还包括第二止推环和剪切销钉，所述第二止推环设置在所述外密封轴套的远离所述棘爪组件的端部；所述剪切销钉设有多个，多个所述剪切销钉在所述护盖表面均匀布置。
17.可选地，所述水平井光纤实时监测装置还包括马达头总成、万向接头、加长杆和冲洗头，顺次连接在所述光纤密封短节的前端。
18.可选地，所述水平井光纤实时监测装置还包括地面动力撬和液压控制柜，所述动力撬通过所述液压控制柜连接井口设备。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型的水平井光纤实时监测装置，通过在连续油管内预先设置光纤光缆，并通过光纤密封短节将光纤光缆的末端设于水平井段，便于激光发射/接收器通过光纤光缆发射和接收激光信号，从而实现根据激光信号实时监测和精确定位出水层段。
21.本实用新型通过将堵塞器设于y型接头工作筒内，连续油管穿过堵塞器继续下放至水平井段，堵塞器密封连续油管和工作筒之间的间隙，解决y型接头下方的回流问题，可有效避免堵塞器和连续油管出现卡死现象。
附图说明
22.图1是本实用新型的一种水平井光纤实时监测装置的地面结构示意图；
23.图2是本实用新型的一种水平井光纤实时监测装置中堵塞器的结构示意图；
24.图3是图2的剖面图。
25.图中：
26.1.光纤光缆；11.工作滚筒；2.激光发射/接收器；3.堵塞器；31.内密封组件；311.盘根密封；312.内密封圈；313.护帽；32.棘爪组件；321.棘爪轴套；322.弹性棘爪；323.第一止推环；33.外密封组件；331.外密封轴套；332.外密封圈；333.护盖；334.第二止推环；4.连续油管；5.光纤接线盒；6.光纤连接线；7.地面动力撬；8.液压控制柜；9.井口设备。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
28.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
31.为了解决y型接头下方的回流问题，避免与连续油管出现卡死现象，且能够给实时监测和精确定位出水层段，本实用新型提供一种水平井光纤实时监测装置，包括光纤光缆1、激光发射/接收器2和堵塞器3，光纤光缆1预先设于连续油管4内，并能够随连续油管4入井,光纤光缆1的首端与光纤接线盒5连接，末端密封在光纤密封短节内，光纤密封短节设于水平井段；激光发射/接收器2通过地面光纤连接线6连接光纤接线盒5；堵塞器3包括顺次连接的内密封组件31、棘爪组件32和外密封组件33，连续油管4穿设在堵塞器3内且能够将堵塞器3送至y型接头的工作筒内，以密封工作筒与连续油管4之间的间隙。
32.需要解释说明的是，本实用新型的水平井光纤实时监测装置，首先是需要在连续油管4内预先设置光纤光缆1，如图1，并将预设有光纤光缆1的连续油管4缠绕在工作滚筒11上，光纤光缆1的一端通过光纤接线盒5、光纤连接线6接入地面激光发射/接收器2，光纤密封短节能够将光纤光缆1的末端设于水平井段，当地面激光发射/接收器2通过光纤光缆1发射和接收激光信号，可以实现根据激光信号实时监测和精确定位出水层段。光纤接线盒5还连接液压控制柜8，液压控制柜8为光纤接线盒5提供液压控制。
33.本实用新型通过将堵塞器3设于y型接头工作筒内，连续油管4穿过堵塞器3继续下放至水平井段，堵塞器3密封连续油管4和工作筒之间的间隙，解决y型接头下方的回流问题。堵塞器3包括顺次连接的内密封组件31、棘爪组件32和外密封组件33，堵塞器3可以通过克服棘爪组件32的弹性阻力实现起出堵塞器3，如出现底层砂堆积或工具本体扭曲变形，也可以通过连续油管4硬提，拉断棘爪的方式起出，因此可有效避免堵塞器3和连续油管4出现卡死现象。
34.可选地，光纤光缆1包括两根多模光纤和一根单模光纤。光纤光缆2可应用于水平井、定向井和直井的产液剖面实时监测、压裂监测和油气井完整性监测等等。光纤光缆1自身相当于一串传感器，空间分辨率0.1m，光纤光缆1随连续油管4入境至井底后静止不动，然后通过地面激光发射/接收器监测光纤光缆任意深度的信号，避免了连续油管4的上下运动监测。本实施例中连续油管4的外径为44.45mm；光纤电缆1采用双层不锈钢毛细管封装单模和多模纤芯，外径3.2mm，温度等级175℃，压力等级30kpsi。
35.可选地，当井温范围为
‑
40℃
‑
150℃时，光纤光缆1为低温光纤；当井温范围为大于
150℃且小于250℃时，光纤光缆1为中温光纤；当井温范围为250℃
‑
350℃时，光纤光缆1为高温光纤。
36.需要解释说明的是，低温光纤、中温光纤和高温光纤均是相对于井温范围内使用的光纤光缆1的划分，并没有确定在定义，只要是满足相应井温范围的光纤光缆1都可以称之为相应低温光纤、中温光纤或高温光纤。
37.可选地，激光发射/接收器2包括分布式光纤温度传感器和分布式光纤声波传感器。
38.本实用新型的水平井光纤实时监测装置可以同时或单独以dts(分布式光纤测温系统)或das(分布式光纤声波传感系统)模式进行检测。其中分布式光纤温度传感器(dts温度激光器)采集温度精度0.01℃，空间分辨率0.1m，采集分辨率0.25m；分布式光纤声波传感器(das声波激光器)空间分辨率0.5m，频率范围5
‑
20khz。
39.dts温度激光器原理：大功率窄脉宽激光脉冲ld入射到传感光纤后，产生微弱的背向散射光，根据波长不同分别是瑞利(rayleigh)、反斯托克斯(anti
‑
stokes)和斯托克斯(stokes)光；其中反斯托克斯温度敏感，为信号光；斯托克斯温度不敏感，为参考光，从而可根据两者的光强比值计算出温度。而位置是利用高速数据采集测量散射信号的回波时间计算得到。温度精度0.01℃，采集分辨率0.25m，空间分辨率0.1m，采样速度10s，最大测量深度可达20km。
40.可选地，内密封组件31包括多个串联连接的盘根密封311，多个盘根密封311之间可拆卸式连接；棘爪组件32包括棘爪轴套321和弹性棘爪322，棘爪轴套321的第一端连接盘根密封311，棘爪轴套321上套设弹性棘爪322，弹性棘爪设有多个，多个弹性棘爪322围设棘爪轴套321间隔且均匀设置；外密封组件33包括外密封轴套331、外密封圈332和护盖333，外密封轴套331连接在棘爪轴套321的第二端，护盖333盖设在外密封轴套331的端部，外密封圈332套设在外密封轴套331的外周壁上。
41.如图2和图3所示，多个盘根密封311依次丝扣连接形成串联的密封结构，当任意一个盘根密封311发生磨损需要更换时，丝扣连接便于拆装，且预紧力可调，设置多个还具有防松作用。弹性棘爪322套设在棘爪轴套321上，弹性棘爪322采用弹性片，通过弹性棘爪322的弹力抵接于工作筒的内侧壁，即使是发生变形的情况下，也可以通过连续油管4硬提，拉断弹性棘爪322以起出，有效避免堵塞器3和连续油管4出现卡死现象。外密封圈332套设在外密封轴套331上，可以密封工作筒和堵塞器之间的间隙，防止回流。
42.可选地，内密封组件31还包括内密封圈312和护帽313，护帽313连接在内密封组件31的顶部的盘根密封311上，内密封圈312设有多个，多个内密封圈312设置在盘根密封311的端部。内密封圈312可以起到密封盘根密封311之间间隙以及盘根密封311与棘爪轴套321之间的间隙的作用，同时内密封圈312也可以与连续油管4之间紧密接触，便于连接和移动密封。
43.可选地，棘爪组件32还包括第一止推环323，第一止推环323设置在多个弹性棘爪3222的朝向外密封组件33的端部，对弹性棘爪322进行轴向限位。
44.可选地，外密封组件33还包括第二止推环334和剪切销钉，第二止推环334设置在外密封轴套331的远离棘爪组件32的端部；剪切销钉设有多个，多个剪切销钉在护盖333表面均匀布置。
45.第二止推环334对外密封轴套331的轴向进行限位，同时也可以对外密封圈332进行轴向限位，利于起提过程的顺利进行。当堵塞器整体随连续油管4下行至y型接头的工作筒内，连续油管4继续下行并剪断剪切销钉，以下行至设计深度。剪切销钉的数量可以根据堵塞器与工作筒之间的配合情况进行增减，以精确调整剪切值。
46.可选地，水平井光纤实时监测装置还包括马达头总成、万向接头、加长杆和冲洗头，顺次连接在光纤密封短节的前端。
47.需要解释说明的是，堵塞器3、光纤密封短节、马达头总成、万向接头、加长杆和冲洗头顺次连接并形成井下工具串，其中，光纤密封短节、马达头总成、万向接头、加长杆和冲洗头均位于水平井段。光纤密封短节的作用除了可以密封光纤光缆1的末端，还因为光纤密封短节设有流通通道，当连续油管4入井发生砂阻时，底面气泵向连续油管4内泵入清水，清水可以通过光纤密封短节的流通通道，从井下工具串末端冲洗头高度喷出，冲开附近沉砂，边冲洗边下放，直至井底。井下工具串各组成部分之间的连接关系采用所属领域内的常规连接方式即可。
48.可选地，水平井光纤实时监测装置还包括地面动力撬7和液压控制柜8，液压控制柜8连接在地面动力撬7和井口设备9之间。
49.如图1所示，地面动力撬7提供动力，液压控制柜8控制井口设备9将连续油管4及井下工具串入井直至设计深度，然后激光发射/接收器2发射激光信号同时接收并记录光纤光缆1反射回来的激光信号，对井内的温度剖面、声波震动信息数据进行采集并进行数模分析、拟合，得到井底沿井身轨迹的温度场、声波震动等数据，由这些海量数据由数模软件进行进一步的解译，还原出井下的流体温度、液量、流速等信息，得到产层的产液剖面数据。其中，激光发射/接收器2干涉在光纤光缆1中所产生的散射光，通过在光谱强度上的区别来分辨声源位置。通过分布式温度传感(dts)采集、分析、解译，能够得到对应位置的流体温度数据，解译出井底流体的流速、液量、入口、流道、方向等信息。
50.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。