专利名称：用于加热井中的u形光纤电缆组件以及安装和使用该组件的方法
技术领域：
本发明涉及用于加热井中的u形光纤电缆组件，用于将该u形光 纤组件安装到井中的方法和在加热井中使用该组件的方法。
背景技术：
在石油和天然气工业中，地下含烃地层常常由蒸汽注入和/或电加 热进行加热以便减小烃的粘度、蒸发、裂解和/或热解烃，使得生成粘 度低的、裂解的、蒸发的和/或热解的烃，所述烃容易通过地层的加热 部分流到一个或多个烃流体生产井。在这样的情况下，热量可以通过一个或多个专用加热井注入，蒸 汽通过所述加热井注入到地层中和/或电或其他加热器布置在所述加 热井中，并且烃可以通过一个或多个专用生产井生产。备选地，烃可 以通过蒸汽吞吐法生产，其中蒸汽通过一个或多个井注入到地层中， 于是井关闭以允许蒸汽使地层内的烃运动，随后井再打开以生产运动 的烃。备选地，蒸汽或热量可以注入到一个或多个井的下部区域中并 且可以从这些井的上部区域生产烃流体。在这样的情况下，希望以可靠的方式测量地层的加热部分内的温 度，压力和/或其他物理特性，例如地震波的传播。从欧洲专利申请EP 0424120、日本专利申请JP 2001124529A和 从国际专利申请WO 00/49273可知，在井中使用双端U形光纤组件以 便测量可以被加热的井内的温度、压力和/或其他物理特性。在这样的 组件中，光脉冲被交替地发射到悬吊在加热井、生产井或其他井内的 U形光纤电缆的第一和第二上端中，并且从沿着光纤的长度的各个点 逆散射的光的波长的变化(尤其是在逆散射光谱中的斯托克和反斯托 克峰值)与逆散射光到达电缆的上端的时间相结合地测量，以便测量
在沿着光纤电缆的长度的各个点处的温度、压力和/或其他物理特性。当发射的光脉冲沿着光纤电缆的长度行进时，它们将减弱并且在 沿着电缆的长度的各个点处逆散射的光可以随着时间变化，原因是光 的反射可以由于光纤的光导向芯体的暗化而减小，尤其是当光纤暴露 于来流氢时。通过将光脉冲交替地发射到双端u形光纤电缆的第一和第二端，在沿着井的长度的每个位置产生一对光反射，相对于彼此比较所述反 射以便评估当光脉冲沿着光纤电缆的长度行进时它们的减弱的影响和 光纤电缆中光纤的光导向芯体的逐渐暗化的影响，尤其是氢暗化的影 响。从美国专利5，138，676和从国际专利申请WO 2005/014976可知， 通过将玻璃光纤电缆的一部分加热到2000摄氏度以上的温度将电缆 弯曲成U形配置，于是电缆的赤热部分被拉伸并且同时被弯曲成预定 弯曲形状，于是弯曲部分被嵌入到包括一种材料(例如环氧树脂)的 前端部分中，所述材料具有不同于光纤电缆的光反射指数。这样的前 端部分可以具有小于3或5毫米的宽度，使得U形电缆可以容易地插 入到井中。已知的U形光纤电缆组件的问题在于，当所述组件部署在加热井 中时，尤其当所述井被加热到200或300摄氏度以上的温度时，尤其 是光纤电缆弯曲成U形的部分、光纤芯体和/或周围的前端部分易于暗 化，尤其易于氢暗化。本发明的一个目标是提供一种U形光纤电缆组件，其被配置成用 在加热井中，使得电缆的暗化，尤其是电缆的U形弯曲部分的暗化被 抑制。 发明内容根据本发明，提供了一种将u形光纤电缆组件布置在加热井中的 方法，所述方法包括将包括u形弯曲电缆部分的前端部分布置在井的 底部附近，在那里环境井温度低于井的加热的中间部分的温度。优选的是u形弯曲电缆部分嵌入到包括玻璃焊剂的前端部分中， 所述玻璃焊剂具有比光纤电缆低的反射指数，光纤电缆布置在铝保护管中使得u形弯曲电缆部分位于所述管的密封下端附近，并且容纳光纤电缆的铝保护管插入到井中使得所述管的密封下端位于井的底部附 近。井的底部附近的环境温度可以在200或300摄氏以下并且井的加 热的中间部分的温度可以在200或300摄氏度以上。优选地，光纤电缆是耐热电缆，其在至少200摄氏度的温度下， 尤其在至少300摄氏度的温度下耐受氢暗化。所述电缆可以包括由碳、聚酰亚胺、陶瓷和/或金属涂层包覆的纯 芯式耐氲光纤，所述光纤由气体吹洗和/或吸氢技术处理。根据本发明还提供了一种光纤电缆组件，其包括布置在铝保护管 中的U形光纤电缆，所述管具有密封下端使得防止井流体进入保护管 的内部。优选的是光纤电缆是带有在至少200摄氏度的温度下耐受氢暗化部分中，、所ii玻璃焊剂具有比光纤电纟i低的反射指数。曰'还优选的是光纤电缆是由碳、聚酰亚胺、陶瓷和/或金属涂层包覆 的纯芯光纤，所述光纤由气体吹洗和/或吸氢技术处理。根据本发明也提供了一种从地下含烃地层生产烃流体的方法，其 中地层的一部分由井的加热的中间部分加热并且横贯，并且井内的温 度、压力和/或其他物理参数通过借助于U形光纤组件测量逆散射光的 波长进行测量，所述U形光纤组件包括含有U形弯曲电缆部分的前端 部分，所述前端部分布置在井的底部，在那里环境井温度低于井的加 热中间部分的温度。根据本发明的方法和光纤电缆组件的这些和其他特征、实施例和 优点在附属权利要求、摘要和下面参考附图的优选实施例的具体描述 中有描述。
图l描绘了加热井，其中U形光纤电缆组件根据本发明布置，使
得电缆的U形折叠部分位于井的底部，在井的加热区域之下；和图2描绘了容纳U形光纤电缆和前端部分的导管，电缆的U形折 叠部分嵌入到所述前端部分中。
具体实施方式
图1描绘了横贯地下含烃地层2的加热井1，蒸汽通过井1的中 间部分IB的外壳4中的穿孔3注入到所述地层中。在图1中表示为 H20的蒸汽具有200摄氏度以上的温度并且通过在井头1C处的蒸汽 注入端口 5注入，使得蒸汽从井头1C和穿孔3流到地层2中。可选 地，电加热电缆6悬吊在井1中以便将蒸汽和/或周围地层2保持在200 摄氏度以上的期望温度。为了监控加热井1的内部的温度、压力和/或其他物理特性，U形 光纤电缆组件10悬吊在井1内。该组件包括具有第一和第二上端11A 和11B以及检测单元I和II的U形光纤电缆11，光脉冲借助于第一 和笫二光源通过所述上端交替地发射到电缆11中。电缆11插入到铝 导管12中并且包括嵌入到前端部分13中的U形折叠下部分11C，所 述前端部分包括具有比光纤电缆11低的光反射指数的玻璃焊剂或其 他材料。前端部分13布置在铝帽14内，该铝帽被悍接或以另外方式 密封地固定到导管12的下端。U形折叠下部分11C特别易受氢暗化， 所以布置在其中温度低于200摄氏度的井的底部1A附近，而被加热 的中间部分1B的温度可以在200或300摄氏度以上。图2描绘了铝导管22的备选实施例，该导管包含双端、U形光纤 电缆21,其带有嵌入到前端部分23中的U形折叠下部分21C。 U形 折叠下部分21C互连光纤21的两个细长的基本直的部分。U形折叠 下部分21C被加热到2000摄氏度以上的温度并且在弯曲处理期间被 拉伸，于是赤热的U形折叠弯曲电缆部分被嵌入到由一种材料(例如 玻璃焊剂)制造的前端部分23中，所述材料具有比光纤21的U形折 叠前端部分21C低的反射指数，由此在U形折叠前端部分21C中产 生光学连续性。用于将光纤电缆弯曲成U形配置的合适方法在美国专利
5，138，676和国际专利申请WO 2005/014976中公开。前端部分23包括耐冲击护罩26并且具有大体圓柱形的形状。围 绕前端部分23的护罩26的外部宽度W可以小于lcm，优选小于5mm, 并且更优选小于3mm。铝导管1可以具有小于lcm，优选小于5mm 的内部宽度。导管12的小的内部和外部宽度产生分布式感测组件，该组件是紧 凑的和非侵入的，并且可以容易地插入到用于生产烃流体(例如原油 和/或天然气)和/或用于热或蒸汽注入的地下井中的窄通道(例如液 压动力和控制导管)中。前端部分23之上的光纤电缆21的细长部分包括一对上端21A和 21B,所述上端连接到包括一对光源的光脉冲发生和接收单元I和II， 所述光源被配置成交替地或同时地将脉冲波激光信号29A和29B通过 上端21A和21B发射到光纤电缆21中。单元I和II容纳在基准室30 中，在该基准室中通过校准的温度计和/或压力计监控温度和/或压力 以提供一个区域，在该区域中细长部分4A和4B的上部暴露于已知的 温度和/或压力。通过使用双端光纤温度和/或压力感测电缆21 ，光脉沖29A和29B 可以沿两个方向通过电缆21，当光脉冲29A和29B沿着光纤电缆21 的长度行进时，这样允许补偿它们的任何衰减，并且消除了使用井下 压力和/或温度基准传感器的需要，该井下压力和/或温度基准传感器 对于传统的单端分布压力和/或温度感测(DPS/DTS)光纤组件来说是 需要的。在图2所示的实施例中，光纤电缆21自由悬吊在铝导管22内， 该导管在其下端由铝端帽31密封。使用铝导管22和端帽31是优选的， 原因是铝比其他材料(例如不锈钢)提供更好的屏障以防止氢从井眼 进入。如图1和2中所示的光纤11和21优选地是耐热光纤，例如由碳 涂层包覆的纯芯光纤，所述光纤由气体吹洗和/或吸氢技术处理。光纤中氢的影响和暗化效应是众所周知的。在CSELT Technicalreport,第XIII巻第五期，1985年10月出版的P. Anelli等人的论文"光 缆上氢致效应的研究和可能对策"中描述了可逆和不可逆效应，在所述 论文中提出了可能的对策，例如消除磷掺杂剂。在Journal Of Lightwave Technology第LT國5巻第五期，1987年 5月出版的J. Stone的论文"石英光纤中氬和氖的相互作用评述"中描 述了对氢暗化的详细研究。该论文描述了氢致吸收峰值的影响和位置 和电缆内可能的氢源。在the proceedings of the twenty-sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, 1 月29-31， 2001, SGP-TR-168出版的Randy Norman等人的论文"用 于永久地热井眼部署的光纤电缆的发展"中，桑地亚国家实验室强调了 光纤芯体中锗和磷掺杂剂的影响并且提出将粉糠剂加入到光纤以緩解 氩致效应。吸除技术在近些年得到发展，并且在美国专利5,703,378和US 5,837,158和国际专利申请W099/48125中有描述。当前的吸除技术具 有用于300摄氏度以上的应用的潜力。从石油和天然气以外的其他工业公知，用合适气体吹洗电缆以减 小和緩解氢效应。这在IEE Proceedings,第132巻，Pt. J.笫3期， 1985年6月出版的R. S. Ashpole等人的论文"光缆中的氢，，中有描述。优选的是组合用于抑制氢暗化的各种已知技术，使得获得累积和/ 或协同效应和提供耐用和稳健的光纤传感器组件，该传感器组件可以 插入到加热井中从而以可靠的方式提供温度和/或其他测量。因此优选的是使用纯芯光纤，该光纤基本上没有磷和/或锗掺杂剂 并且由碳、聚酰亚胺、陶瓷和/或金属涂层包覆，所述光纤由气体吹洗 和吸氢技术处理。嵌入到前端部分13中的U形折叠电缆部分11C对氢暗化特别敏 感。所以优选的是将U形折叠电缆部分11C嵌入到包括玻璃焊剂的前 端部分13中，所述玻璃焊剂使U形折叠电缆部分11C比环氧树脂更 不易于氢暗化，并且如图1中所示将前端部分13布置在井1的底部1A附近，在那里环境井温度比位于井的底部1A和井头1C之间的井 的加热中间部分1B低。应理解的是，加热井l可以具有竖直、倾斜和/或水平部分，或者 可以是J形，并且靠近井的底部1A的布置暗示井的加热部分1B位于 井头1C和包括U形折叠光纤电缆部分11C的前端部分13所布置的 位置之间，并且井1的底部1A可以定位成离前端部分13—相当的竖 直和/或水平距离。
权利要求
1.一种将U形光纤电缆组件布置在井中的方法，所述方法包括将包括U形弯曲电缆部分的前端部分布置在井的底部附近，在那里环境井温度低于井的加热的中间部分的温度。
2. 根据权利要求l的方法，其中U形弯曲电缆部分嵌入到包括 玻璃焊剂的前端部分中，所述玻璃焊剂具有比光纤电缆低的反射指数。
3. 根据权利要求2的方法，其中光纤电缆被布置在铝保护管中， 使得U形弯曲电缆部分位于所述管的密封下端附近，并且容纳光纤电 缆的铝保护管插入到井中，使得所述管的密封下端位于井的底部附近。
4. 根据权利要求3的方法，其中铝保护管具有小于5毫米的内部 宽度，包括U形弯曲电缆部分的前端部分从铝保护管的下端伸出并且 布置在帽状铝帽中，所述铝帽以流体密封方式固定到铝管使得防止井 流体进入保护管的内部。
5. 根据权利要求l的方法，其中井的底部附近的环境温度在200 摄氏度以下并且井的加热的中间部分的温度在200摄氏度以上。
6. 根据权利要求l的方法，其中井的底部附近的环境温度在300 摄氏度以下并且加热的中间部分的温度在300摄氏度以上。
7. 根据权利要求5或6的方法，其中光纤电缆是耐热电缆，其在 至少200摄氏度的温度下，尤其在至少300摄氏度的温度下耐受氢暗 化。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述涂层是碳涂层。
9. 根据权利要求7的方法，其中所述涂层是聚酰亚胺涂层。
10. 根据权利要求7的方法，其中所述涂层是陶瓷涂层，例如矾土。
11. 根据权利要求7的方法，其中所述涂层是金属涂层，例如铜、 铝或金。
12. 根据权利要求6的方法，其中光纤电缆是带有光导向芯体的 纯芯式耐氢光纤，所述光导向芯体基本上没有裤和/或锗掺杂剂。
13. 根据权利要求7的方法，其中光纤电缆由气体吹洗技术处理。
14. 根据权利要求7的方法，其中光纤电缆由吸氢技术处理。
15. 根据权利要求7的方法，其中光纤电缆是由碳、聚酰亚胺、 陶瓷和/或金属涂层包覆的纯芯式耐氢光纤，所述光纤由气体吹洗和/ 或吸氢技术处理。
16. 根据权利要求15的方法，其中U形光纤电缆组件的至少一 部分插入到铝保护管中，所述铝保护管具有密封下端使得防止井流体 进入保护管的内部。
17. 根据前述权利要求中任一项的方法，其中在将U形光纤电缆 组件安装在井中之后，通过蒸汽注入和/或电加热来加热井的中间部 分，并且其中所述组件用于监控沿着井的长度的至少 一部分的温度、 压力和/或其他物理参数。
18. —种用于权利要求16的方法中的光纤电缆组件，包括布置在 铝保护管内的U形光纤电缆，所述铝保护管具有密封下端使得防止井 流体进入保护管的内部。
19. 根据权利要求18的光纤电缆组件，其中光纤电缆是带有一种 光纤的耐热电缆，所述光纤在至少200摄氏度的温度下耐受氢暗化， 并且U形弯曲电缆部分嵌入到包括玻璃焊剂的前端部分中，所述玻璃 焊剂具有比光纤电缆低的反射指数。
20. 根据权利要求19的光纤电缆组件，其中光纤电缆是由碳、聚 酰亚胺、陶瓷和/或金属涂层包覆的纯芯式光纤，所述光纤由气体吹洗 和/或吸氢技术处理。
21. —种从地下含烃地层生产烃流体的方法，其中地层的一部分 由井的加热的中间部分加热和横贯，并且井内的温度、压力和/或其他 物理参数通过借助于U形光纤组件测量逆散射光的波长进行测量，所 述U形光纤组件包括含有U形弯曲电缆部分的前端部分，所述前端部 分布置在井的底部，在那里环境井温度低于井的加热的中间部分的温 度。
22. 根据权利要求21的方法，其中井的加热的中间部分的温度在200摄氏度以上并且井的底部附近的温度在200摄氏度以下。
23.根据权利要求21的方法，其中井的加热的中间部分的温度在 300摄氏度以上并且井的底部附近的温度在300才聂氏度以下。
全文摘要
一种U形光纤电缆组件(11，21)，其布置在加热井(1)中使得包括U形弯曲电缆部分(11C，21C)的前端部分(13，23)位于井的底部(1A)附近，在那里环境井温度低于井的中间部分的温度，由此抑制U形弯曲电缆部分的氢暗化的风险，该中间部分通过蒸汽注入、电加热和/或来自周围地层的加热部分的加热烃流体的流入被加热到200摄氏度以上的温度。优选的是由玻璃焊剂制造前端部分，以将U形光纤电缆组件布置在下端用端帽(31)密封的铝导管(22)中，以及使用耐热光纤电缆进一步抑制组件的氢暗化的风险。
文档编号E21B47/06GK101166887SQ200680014309
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年4月27日
发明者A·弗兰岑, K-M·耶斯凯莱伊宁 申请人:国际壳牌研究有限公司