專利名稱：采用聲波的實(shí)時(shí)完井監(jiān)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開和教導(dǎo)的本發(fā)明一般涉及地下井監(jiān)測的領(lǐng)域，更具體地，涉及用于實(shí)時(shí) 聲學(xué)監(jiān)測完井和周圍的地下區(qū)域的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
完井處于深水生產(chǎn)的中心并且構(gòu)成井總成本的很大的一部分。在它們的設(shè)計(jì)中投 入大量的多學(xué)科的努力。這與很少信息可用于檢測問題、優(yōu)化流入物并防止昂貴的重做的 生產(chǎn)階段形成顯明對照。砂篩堵塞、不充分的充填、篩子中的“熱斑”的發(fā)展、環(huán)形填塞的失 穩(wěn)、細(xì)料遷移、近井筒損傷、竄流、差異衰竭、區(qū)域化、壓實(shí)代表僅基于幾個(gè)永久的壓力和溫 度計(jì)極難解讀的挑戰(zhàn)的典型的列表?？赏ㄟ^生產(chǎn)測井來識(shí)別許多問題，但這成本昂貴并且 不是實(shí)時(shí)的。置于砂面上的永久的壓力和溫度傳感器可提供用于診斷完井問題的關(guān)鍵信 息，并且，服務(wù)業(yè)正在開發(fā)使得這些感測在將來可行的工具。但是，由于表征保持不被我們 的數(shù)據(jù)約束的復(fù)雜的完井和儲(chǔ)層的參數(shù)的數(shù)量眾多，因此這些新的壓力和溫度數(shù)據(jù)不可能 導(dǎo)致以上問題的明確識(shí)別。例如，在墨西哥灣中存在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井運(yùn)行不佳的問題?！熬阅堋币鹬T如 區(qū)域化以及進(jìn)一步包括完井、穿孔和近井筒效應(yīng)的局部井皮的隨時(shí)間變化的大量的儲(chǔ)層問 題。因此，可給予問題多種解釋。明顯的區(qū)域化和普遍存在的U形狀邊界可以是“儲(chǔ)層”尺 度的一個(gè)答案。然而這些邊界很少被4D波震或其它的數(shù)據(jù)確認(rèn)。頁巖覆蓋是可導(dǎo)致井性 能不佳的另一儲(chǔ)層級情況。另一井筒級解釋建議井生產(chǎn)率由于所謂的“kh”產(chǎn)物的損失而 隨時(shí)間下降。這里，k和h相應(yīng)地為儲(chǔ)層滲透率和厚度。雖然流動(dòng)損害的確切機(jī)制仍存在 爭議，但是差異衰竭模型認(rèn)為出現(xiàn)該損失主要是由于制造厚度的減小。類似地，滲透率的降 低是另一替代性的解釋，盡管該減小量(85 90%)與實(shí)驗(yàn)室測量不一致?，F(xiàn)有的很少的 來自井的數(shù)據(jù)可支持這些情況中的任一種，從而確認(rèn)該問題是受到約束的。為了區(qū)分這些 相當(dāng)不同的情況，需要可明確地表征制造系統(tǒng)的各部件的各尺度的更多的井下數(shù)據(jù)。在深水完井的背景中，盡管管理制造的砂子在存在一些顆粒-顆粒粘固的其它的 地點(diǎn)可以很好地工作，但是，由于它對于墨西哥灣一般是成本高并且在大多數(shù)情況下是不 可行的方案，因此對于砂子控制存在另外的側(cè)重點(diǎn)。儲(chǔ)層和井眼之間的砂子控制介質(zhì)的存 在引入了附加的成本、復(fù)雜性并且需要適當(dāng)?shù)墓芾?。目?biāo)是對于儲(chǔ)層的壽命足夠耐用以控 制砂子制造的方案，從而避免損害和對于任何干涉的需要。為了跟上不易于出現(xiàn)問題的砂子控制系統(tǒng)，必須首先理解現(xiàn)有問題的根本原因。一旦問題被完全理解，那么智能的、即時(shí)的干涉或補(bǔ)救可變?yōu)榭赡?。深水井裝置(砂篩等)和干涉的高成本可證明存在在其它的環(huán) 境中不經(jīng)濟(jì)的智能監(jiān)測工具的合理性。另外，監(jiān)測工具優(yōu)選需要在服役壽命內(nèi)持續(xù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于監(jiān)測諸如砂篩的井下可滲透設(shè)備的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一些實(shí)施 例，一種用于監(jiān)測穿過井下設(shè)備的流體流的方法包括a)在設(shè)備中的流體中提供聲學(xué)管 波；b)在聲學(xué)管波穿過設(shè)備中的流體之后測量該聲學(xué)管波；和C)通過測量聲學(xué)信號的衰減 來評價(jià)設(shè)備的滲透率。聲學(xué)信號的速度的變化也可被測量。設(shè)備可以是井下可滲透設(shè)備，并且，步驟C)還可包括通過在管波穿過設(shè)備時(shí)檢測 管波中的衰減的減少或速度損失的減少中的至少之一來確定設(shè)備至少部分被封堵。設(shè)備可以是砂篩，并且，可通過使用在井眼中布置的多個(gè)傳感器進(jìn)行步驟b)中的 測量；并且傳感器可以是光纖傳感器。該方法還可包括使在第一接收器上接收的信號與在 附加的傳感器上接收的信號互關(guān)聯(lián)以獲得如同信號從所述第一接收器的位置上的源發(fā)射 的有效響應(yīng)的步驟。步驟c)還可包括通過檢測穿過設(shè)備的快管波在低頻上減慢但在高頻上加速來確 定設(shè)備不被封堵；通過測量快波并檢測350 700Hz的頻率范圍上的所述快波的相對強(qiáng)的 衰減來確定設(shè)備不被封堵；或通過檢測具有降低的振幅和速度的已轉(zhuǎn)變成復(fù)雜波包的慢管 波來確定設(shè)備不被封堵。該方法還可包括通過檢測具有相對高的衰減程度的頻帶并將所述 頻帶的頻率與不同的測量中的具有相對高的衰減程度的頻帶的頻率相比較來確定設(shè)備的 相對滲透率的步驟。在其它的實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于從含烴地層生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏姆椒?，?方法包括通過井下可滲透設(shè)備生產(chǎn)碳?xì)浠衔锊⑶彝ㄟ^使用這里描述的方法監(jiān)測穿過設(shè) 備的流。本發(fā)明包括通過提供評價(jià)在砂篩和礫石填充設(shè)備中出現(xiàn)的滲透率的變化以及通過 使用聲波評價(jià)單獨(dú)的穿孔的能力實(shí)時(shí)監(jiān)測完井的系統(tǒng)。這是允許監(jiān)測結(jié)構(gòu)完整性(靜態(tài)變 形)的諸如在美國專利第6854327號中公開的其它井內(nèi)監(jiān)測方法的補(bǔ)充。本聲學(xué)監(jiān)測方法可用作砂面的質(zhì)量的永久安裝的監(jiān)測器。聲學(xué)監(jiān)測方法恒定地進(jìn) 行砂篩及其環(huán)境的主動(dòng)檢查和儲(chǔ)層的被動(dòng)監(jiān)測。作為永久監(jiān)測的自然輸出，跟隨早期的檢 測和適當(dāng)?shù)脑\斷，使得可以在問題失控之前傳輸適當(dāng)?shù)奶幚?重做)。永久的監(jiān)測還可用作 保證昂貴的完井和砂子控制設(shè)備及井眼本身的附加的保證。另外，諸如這里描述的方法可 傳輸新數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流可增強(qiáng)其它的砂篩和完井問題的理解并最終有助于適當(dāng)?shù)亟鉀Q 許多“井性能不佳”問題。在這里公開并在這里教導(dǎo)的本發(fā)明針對實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測完井和礫石填充的方法和 應(yīng)用。根據(jù)本公開的第一實(shí)施例，描述用于通過使用恢復(fù)流體從含烴地層增強(qiáng)碳?xì)浠衔?的恢復(fù)的方法，其中，該方法包括實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測完井的穩(wěn)定性和/或滲透率。本發(fā)明的其 它實(shí)施例包括在描述監(jiān)測砂篩完井的穩(wěn)定性的同時(shí)從含烴地層生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏姆椒?，?中，該方法包括通過在生產(chǎn)過程中使用聲學(xué)模型來實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測完井。在本公開的另一實(shí)施例中，用于在鉆井或井維護(hù)操作中或在生產(chǎn)或增強(qiáng)的恢復(fù)操 作中或在砂篩完井中維持井筒的穩(wěn)定性和滲透率變化的方法。本方法可包括使用引入井筒中的流體以有利于所描述的操作。本方法的其它實(shí)施例可包括產(chǎn)生實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測模型；通 過使用聲學(xué)管波監(jiān)測井筒以監(jiān)測井筒的變化；根據(jù)維護(hù)或增強(qiáng)操作中的生產(chǎn)滲透率的需要 連續(xù)更新模型并在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上連續(xù)調(diào)整流體的性能。


以下的附圖形成本說明書的一部分，并且被包括以進(jìn)一步表明本發(fā)明的某些方 面。通過結(jié)合這里給出的特定實(shí)施例的詳細(xì)描述參照這些附圖中的一個(gè)或更多個(gè)，可以更 好地理解本發(fā)明。圖1示意性示出使用儲(chǔ)層的模型的聲波的滲透率的效果。圖2示意性示出下套管的井眼中的砂篩完井的橫斷面。圖3示意性示出用于模型化水平井中的砂篩完井的實(shí)驗(yàn)流動(dòng)回路裝置。雖然可對這里公開的本發(fā)明提出各種修改和替代形式，但是，僅在附圖中作為例 子表示并在以下詳細(xì)描述幾個(gè)特定的實(shí)施例。附圖和這些特定的實(shí)施例的詳細(xì)描述不是要 以任何方式限制本發(fā)明的概念或所附的權(quán)利要求的廣度或范圍。而是，向本領(lǐng)域技術(shù)人員 提供附圖和詳細(xì)的描述以示出本發(fā)明的概念并使得他們能夠理解并利用這些發(fā)明的概念。
具體實(shí)施例方式可以理解，這里使用諸如但不限于“一個(gè)”的單數(shù)術(shù)語不是要限制項(xiàng)目的數(shù)量。并 且，使用諸如但不限于“頂”、“底”、“左”、“右”、“上部”、“下部”、“下”、“上”和“側(cè)”等的關(guān)系 術(shù)語被用于書面描述以清楚地具體參照附圖，并且不是要限制本發(fā)明或所附的權(quán)利要求的 范圍。另外，在本描述中，使用表示給定點(diǎn)或元件上或下的相對位置的術(shù)語“上”和“下”、 “向上”和“向下”、“上游”和“下游”和其它類似的術(shù)語以更清楚地描述本發(fā)明的一些實(shí)施 例。但是，當(dāng)被應(yīng)用于供偏斜或水平的井使用的裝置和方法時(shí)，這些術(shù)語可指的是左到右、 右到左或一些其它的適當(dāng)?shù)年P(guān)系。各單數(shù)元件的討論可包括多個(gè)元件，反之亦然。本發(fā)明的一個(gè)方面是，在井中使用諸如聲傳感器的傳感器，以監(jiān)測在井中執(zhí)行的 操作或監(jiān)測井下工具、系統(tǒng)或設(shè)備的各方面。本發(fā)明的其它方面包括控制線路的路線和砂 控制完井中的傳感器設(shè)置。作為例子，本發(fā)明可被用于穿透包括生產(chǎn)性地層的地下區(qū)域的 井筒。井筒可包括已用水泥粘合的套管。套管可具有允許井筒的內(nèi)部和生產(chǎn)性地層之間的 流體連通的多個(gè)穿孔。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，諸如砂控制完井設(shè)備的井工具可位于要被礫 石填充的生產(chǎn)性地層相鄰的套管內(nèi)。如這里使用的那樣，術(shù)語“篩子”指一般在砂篩中使用的繞絲篩管、機(jī)械型篩和 其它的過濾機(jī)構(gòu)。篩子一般具有其中設(shè)置過濾介質(zhì)(例如，繞絲、網(wǎng)孔材料、預(yù)包裝材料、 多個(gè)層、編織網(wǎng)、燒結(jié)網(wǎng)、箔材料、卷繞的割縫板、卷繞的穿孔板、由Schlumberger制造的 MESHRITE或用于產(chǎn)生復(fù)合過濾介質(zhì)的這些介質(zhì)中的任一種的組合等等)的穿孔的中心管， 以提供必要的過濾?？梢砸匀魏我阎姆绞?例如，激光切割、噴水切割和許多其它的方 法)制造過濾介質(zhì)。砂篩需要具有足夠小的開口以限制砂礫石流動(dòng)，常具有60 120目的 范圍的間隙，但可以使用其它的尺寸。篩子元件可被稱為篩子、砂篩或礫石填充篩。許多一 般的篩子類型包括篩子部件包圍的從穿孔的基管或中心管偏移篩子部件的隔板。隔板在篩 子部件和基管之間提供流體流動(dòng)環(huán)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，各種類型的篩子是公知的。注意，將在以下的描述中討論其它類型的篩子。并且，可以理解，例如割縫管子的其它類型 的中心管的使用仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，一些篩具有沿它們的長度或其一部分沒有被 穿孔的中心管，以便以各種方式或出于其它的原因提供流體的路由。申請人:提出用于通過使用聲波實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測砂篩完井的高度有效的方法和系統(tǒng)。 這些方法和系統(tǒng)可被用于監(jiān)測完成的井眼中的各種變量，包括跨過完成的地下區(qū)域的滲透 率和滲透率的變化。圖1是通常用于有線線路聲波測井環(huán)境的穿過不可滲透地層20的開口井眼10的示意圖，在該不可滲透地層20中，存在填充流體的多孔的可滲透材料的層30。在該環(huán)境內(nèi)， 管或斯通萊(Stoneley)波12是從零頻率存在的基本軸對稱模式。在低頻率下，它代表流 體柱的活塞式運(yùn)動(dòng)并且主導(dǎo)波傳播。當(dāng)?shù)貙蛹羟兴俣热缭诓豢蓾B透地層中那樣比流體速度 (“快速地層”)大時(shí)，管波被完全捕獲-在不可滲透地層中不衰減的模式。當(dāng)管波遇到諸 如可滲透區(qū)域30時(shí)，由于在地層和井筒之間存在流體連通，因此它慢下來并且衰減。該連 通導(dǎo)致地層內(nèi)的泄漏的慢畢奧(Biot)波的形式的能量損失。模型預(yù)測，在低頻下，隨著流 體流動(dòng)性(滲透率/粘度)的增加，管波速度將降低并且衰減將增加。這些預(yù)測已在實(shí)驗(yàn) 室中得到確認(rèn)并且成為從有線線路測井估計(jì)原位滲透率的“直接”和連續(xù)技術(shù)的基礎(chǔ)。泥 餅的存在限制流體連通并且使得管波特征對于地層滲透率不敏感。在有限的硬泥餅的情況 下，井眼和地層中的流體壓力變得完成無關(guān)；管波不經(jīng)受衰減并且慢下來并以與井被不可 滲透地層包圍的情況相同的方式傳播。除了周圍的地層的滲透率對于管波的影響，具有不同的滲透率的地層之間的邊界 也導(dǎo)致反射的管波。當(dāng)通過使用在兩個(gè)不可滲透的半空間之間嵌入的可滲透儲(chǔ)層的簡單模 型來模擬滲透率的變化的影響時(shí)，可以看出，由于該層和半空間之間的管波速度的不匹配， 因此存在一些反射。模擬中的層滲透率的增加導(dǎo)致管波反射率的急劇增加，特別是在低頻。 反射率的增加是由于流體連通的增加；更大的可滲透地層導(dǎo)致層內(nèi)的管波速度的更大的降 低，因此，導(dǎo)致控制反射的性能的更大的對比。如果流體連通被(例如，硬泥餅)終止，那么 所有響應(yīng)衰弱到與不可滲透的彈性的情況對應(yīng)的黑色曲線。這強(qiáng)調(diào)，當(dāng)存在流體連通時(shí)，管 波特征僅受到影響的事實(shí)。對于部分流體連通，響應(yīng)會(huì)落于彈性不可滲透的和相應(yīng)的暢噴 的多孔彈性的方案之間。我們發(fā)現(xiàn)，管波能夠即時(shí)測試跨過特定層內(nèi)的井眼壁的流體連通的有或無。如果 由于存在泥餅或缺少地層可滲透率而不存在流體連通，那么觀察到速度降低或衰減。如果 存在流體連通，那么觀察到速度降低和衰減。類似地，在反射配置中，增加的流體連通導(dǎo)致 更大的反射。在下面的部分中，我們示出這些原理對于具有砂篩完井的下套管的完成的井 眼的應(yīng)用。下套管的和完成的井眼下套管的和完成的井在地層和井眼流體之間具有幾個(gè)層。如圖2所示，在砂篩的 下套管的完井的簡化模型中，一般存在以下的同心圓柱層充以流體的井眼10、砂篩14、砂 礫石16、套管18和地層22。套管中的多個(gè)穿孔24用作通過套管18連接井眼10與地層 22的連通通道。在裸眼完井中，不存在套管和穿孔，并且，地層流體直接通過礫石填充和砂 篩與井眼連通。砂篩和礫石填充防止儲(chǔ)油砂層遷移到井筒中以及保持井筒周圍的儲(chǔ)層的結(jié) 構(gòu)。
該完成的井的更復(fù)雜的模型與簡單的裸井模型具有一個(gè)基本的相似性，S卩，在自 噴井中，跨過完井的所有的層存在流體連通。在任何中間層(篩子或穿孔)中缺少流體連 通將改變儲(chǔ)層流體流入井眼中。
如以下討論的那樣，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，跨過砂篩或穿孔的減少的或流體連通對于穿 過井眼的相關(guān)部分的管波的特征具有可測量的影響。因此，本系統(tǒng)和方法可被用于監(jiān)測包 括但不限于砂篩和穿孔的套管的井下可滲透設(shè)備是否允許期望的流動(dòng)水平或者部分或完 全被封堵。只有放置足夠的傳感器以提供必要的分辨率，本系統(tǒng)和方法就可被用于定位和 量化井下可滲透設(shè)備的封堵程度。我們還發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)和技術(shù)可被用于監(jiān)測諸如礫石填充 過程的流體流動(dòng)的速度和模式改變的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在裸井和砂篩完井之間存在明顯的聲學(xué)差別a)后者具有砂篩或套管(均由鋼制 成)的附加的固體層；b)在裸井模型中僅存在單一的多孔彈性層和單一的分界面，而在砂 篩完井中，存在多個(gè)多孔彈性層(穿孔的套管、地層、砂礫石和砂篩)和它們之間的多個(gè)多 孔彈性分界面；c)砂礫石和砂篩與儲(chǔ)油巖石大大不同，原因是它們是非?？蓾B透的(滲透 率> 100達(dá)西)；并且砂礫石具有非常低的剪切速度(< 100m/S)?？蓮挠勉@桿制造具有油管和套管的井或裸井時(shí)的波傳播的研究中部分理解套管 和(不可滲透的)砂篩的影響。在這兩種情況下，內(nèi)部管和環(huán)帶填充有相同或不同的流體。 這些模擬模型和砂篩完井之間的關(guān)鍵區(qū)別如下油管、鉆桿和套管是完全不可滲透的，而砂 篩、砂礫石和套管是高度可滲透的，并且，在一般的情況下，是對于流動(dòng)開放的；并且環(huán)帶填 充有沒有剪切剛度的流體，而砂篩完井中的砂礫石可能具有一些小的剪切剛度。在為了監(jiān)測水力壓裂在制造下套管的和穿孔的井筒時(shí)利用管波方面，存在兩種 已知的技術(shù)。第一種技術(shù)包括利用“管波反射測井”。它分析沿水力壓裂的穿孔間隔的管 波反射的強(qiáng)度。通過在模擬前后以約300 3000Hz的頻率實(shí)施管波反射測井，可以評價(jià) 沿穿孔的間隔的水力壓裂的質(zhì)量。第二種技術(shù)即“液壓阻抗測試”包括用非常低頻率管波 (< IOHz)周期性向模擬井發(fā)出脈沖并且觀察反射信號的各種特征的變化以估計(jì)穿孔的套 管后面的水力壓裂的參數(shù)和斷開時(shí)間。在第一種技術(shù)中，在緊接著壓裂的井筒中放置源和 接收器，因此，高頻反射可分辨幾米的單獨(dú)垂直間隔的流動(dòng)性能。在第二種技術(shù)中，從井口 發(fā)送和接收信號，結(jié)果是只能記錄非常低的頻率。因此，該技術(shù)具有非常差的垂直分辨率， 并且只能評價(jià)整個(gè)壓裂的平均性能。盡管如此，兩種技術(shù)都示出使用管波以感測由水力壓 裂的斷開導(dǎo)致的井筒和地層之間的流體連通的增加。對于需要監(jiān)測隨時(shí)間變化的滲透率的包括人工(篩子、套管、砂礫石)和自然(地 層)成分的完井環(huán)境的監(jiān)測，當(dāng)前沒有已知的技術(shù)。在以下的討論中，我們著眼于模擬現(xiàn)實(shí) 完井并將結(jié)果與分析和數(shù)值模型相比較的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。具有水平井模型的實(shí)驗(yàn)室裝置圖3示出用于實(shí)驗(yàn)測量的水平流動(dòng)環(huán)路裝置的示意圖。在實(shí)驗(yàn)裝置中，約 30ft (9m)長的外部管(套管18)包括被連接在一起并被固定到底層支撐軌道上的六個(gè)5ft 的部分。通過使用塑性定心夾具將內(nèi)部管(砂篩14)定位于內(nèi)部。源32和多個(gè)傳感器34 位于內(nèi)部管內(nèi)?？梢岳斫猓景l(fā)明的概念適用于傳感器被布置于有線線路中或永久性位于井眼中 的系統(tǒng)。僅作為例子，傳感器可被嵌入完井自身中、被安裝到井下管中的任一個(gè)上或以可纏繞在井下管或設(shè)備中的一個(gè)或更多個(gè)周圍的分布式傳感器(可以是光纖傳感器)的形式被 包括。 類似地，傳感器32可包括任何適當(dāng)?shù)脑椿蚨鄠€(gè)源，并且，可放入到井眼中，或永久 性地布置于井眼中。此外，如下面討論的那樣，只要源與關(guān)注的區(qū)域中的流體聲學(xué)耦合，源 就可以是有效的源并且可以在井眼的外面。 內(nèi)部管和外部管之間的環(huán)帶可填充有水或水飽和砂礫石。用鋪設(shè)于內(nèi)部管底部的 水聽器陣列和壓電源進(jìn)行測量。源激發(fā)具有受控主導(dǎo)頻率的寬帶沖擊波形。具有35cm間 距的二十四個(gè)水聽器傳感器記錄得到的波場。為了減少背景(建筑物/空調(diào))噪聲，使用 多個(gè)記錄的堆疊。我們嘗試通過使用管波特征區(qū)分四個(gè)完井方案(表1)?！伴_口”和“封閉”表示完 全流體連通的有或無的兩個(gè)極端的條件?！安糠帧绷黧w連通應(yīng)該用這兩個(gè)邊界之間的中間特 征自身表明。檢查的特征包括傳播速度和管波的衰減以及從諸如28上的分界面的透射和 反射振幅，這里，接觸介質(zhì)由不同的方案描述。表 1完井方案 在本公開中，我們在沒有砂礫石的情況下給出方案1和2的實(shí)驗(yàn)測量，并將它們與 模型相比較。在最后的部分中，我們給出前兩個(gè)方案的礫石填充完井的數(shù)值模型。實(shí)驗(yàn)室裝置中的簡化完井模型中的波傳播(沒有礫石填充)這里，我們給出描述實(shí)驗(yàn)室裝置中的波傳播的簡單模型。該模型僅需要適用于真 實(shí)原位環(huán)境的較少的修改。實(shí)際的砂篩會(huì)是十分復(fù)雜的，但是，我們從篩子關(guān)于機(jī)械和液壓 性能由均勻有效的管代表的假定開始。如果該管是不可滲透的(即，存在封堵的篩子)，那 么實(shí)驗(yàn)室裝置可被簡化為該四層模型1)流體；2)彈性內(nèi)部管(篩子)；3)流體；4)彈性外 部管(套管)。這種具有自由外部邊界(空氣)的兩個(gè)同心彈性管的模型支持低頻上的四 個(gè)軸對稱波模型· TI-由內(nèi)部管支撐的管波· TO-由外部管支撐的管波· PI-與內(nèi)部管有關(guān)的板或套管型波· PO-與外部管有關(guān)的板型波美國申請系列第61/004877號的附錄描述了這些模型的一般性能并且解釋這些 模型的速度如何依賴于完井參數(shù)，在此加入該申請作為參考。但是，可以理解，可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的大量的數(shù)學(xué)技術(shù)中的任一種執(zhí)行得到的信號的模型和處理。通過使用在附錄中描述的技術(shù)，我們執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)分析和模型化以確定這里要求權(quán)利 的概念的功效。具有來自具有連續(xù)放大的單極源的封閉孔(沒有礫石填充)、使得源中心 頻率等于1000Hz的四層模型的示例性的壓力波震圖表示(a)最大的到達(dá)是與硬外部管有 關(guān)的快管波(T0-1030m/s)，(b)較小的到達(dá)是與較軟的內(nèi)部管有關(guān)的慢管波(TI-270m/s)， (c)板波具有甚至更小的振幅(P0-5410m/S、PI-1630m/S)?？旃懿ㄔ诓淮嬖诤Y子的情況下 最輕微地衰減，在封閉孔中稍微衰減，并在開口孔中被基本上吸收。通過使用有限差代碼計(jì) 算示例性的四層模型的合成的波震圖。在這些模型中，發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)的到達(dá)是與外部管(TO)有 關(guān)的快管波，而由內(nèi)部管(Tl)支撐的慢管波較弱，并且，只有用明顯的放大才看到板波。發(fā) 現(xiàn)板波速度幾乎與頻率無關(guān)；快管波是稍微分散的，而慢管波經(jīng)受適度的分散。如果在套管 外面增加地層，那么外部板波(PO)消失。如果套管和篩子之間的環(huán)帶填充有砂子，那么僅 存在與完井的復(fù) 合結(jié)構(gòu)相關(guān)的一個(gè)管波和一個(gè)板波。因此，兩個(gè)管波的存在可被用作沒有 礫石填充(或流體化礫石填充)的完井的診斷。以下檢查礫石填充完井中的管波的性能。如果內(nèi)部管變得可滲透(如在對于流動(dòng)開放的砂篩中那樣)，那么相同數(shù)量的波 形模式保持，但是，它們的速度和衰減改變。簡言之，兩個(gè)管波經(jīng)受衰減和速度的降低。在我們的模型中，對流動(dòng)開放的砂篩被模型化為由有效的多孔彈性Biot材料制 成的均勻的管。由于諸如中心管或狹槽中的穿孔的微元件具有與管厚度相同的尺寸，因 此，不能充分證明采用有效的介質(zhì)理論。盡管如此，數(shù)據(jù)建議具有幾米的波長的管波將篩子 “視”為有效管，并且證明使用用于理解對管波特征的滲透率變化的效果的簡單模型是有效 的。因此，通過使用具有平行的縫隙或斷面陣列的簡單的分析模型估計(jì)實(shí)驗(yàn)篩子的徑向滲 透率。在穿孔封閉(方案1和2)的情況下，外部邊界被視為具有無牽引外部邊界的不可 滲透的管。完全的封堵(方案2)被模型化為篩子和周圍的流體之間的非流動(dòng)邊界條件。沒有礫石填充的完井實(shí)驗(yàn)_模型用玻璃外部管和PVC內(nèi)部管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了模型化開放砂篩(“開口孔”)，我們 使用具有0. 0002m(0. 008”)狹槽的PVC管。封堵的砂篩通過沒有狹槽的空白PVC管被模型 化，并且有時(shí)被稱為“封閉孔”。A.傳送特征首先轉(zhuǎn)向存在開口的和封堵的篩子的傳送特征-速度和衰減，我們將在沒有篩子 和具有“開口”和“封閉”孔的篩子的情況下記錄的波場相比較。在沒有篩子的情況下，我 們發(fā)現(xiàn)，僅存在具有約1050m/s的速度的一個(gè)(快)管波?？赡苁怯捎诓Ａб约昂裼涗涬?纜中的固有的衰減，它經(jīng)受一些振幅損失。當(dāng)添加不可滲透的內(nèi)部管(封閉孔)時(shí)，附加的 慢管波出現(xiàn)，而由于PVC中的高吸收性快波開始稍微更多地被衰減。通過具有狹槽的內(nèi)部 管，流體跨過PVC篩子連通，這導(dǎo)致兩個(gè)管波的相對強(qiáng)的衰減。如這里使用的那樣，與關(guān)注 的完井或區(qū)域相比，術(shù)語“相對強(qiáng)的衰減”指的是比由穿過已知相對不可滲透的介質(zhì)的快波 經(jīng)受的衰減大的衰減。介質(zhì)過濾可將快波和慢波分開，并且揭示在5ft管段之間的接頭上 存在各波的多次反射。我們發(fā)現(xiàn)，慢波在沒有篩子時(shí)不存在，在具有封閉孔的篩子中存在， 并且在開口孔中更多地衰減且更慢。因此，我們斷定，快管波和慢管波的大大增加的衰減均 是開口的篩(“開口孔”)的一級診斷，而降低的衰減是封堵的篩(“封閉孔”)的特性。
當(dāng)確定完井的所有或一部分被封堵時(shí)，會(huì)期望調(diào)整井眼中的流體的性能，以減少 或消除封堵。可通過例如調(diào)整消落壓力、脈動(dòng)調(diào)制壓力、修改流體成分或諸如現(xiàn)有技術(shù)已知 的其它技術(shù)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)?？赏ㄟ^分析作為這兩種情況之間的頻率的函數(shù)的能量分布建立附加的診斷。由于 通過管接頭上的附加的反射的存在使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被復(fù)雜化，因此優(yōu)選通過使用緩慢頻譜執(zhí) 行該分析。用于合成波震圖的緩慢頻譜表明快 管波主導(dǎo)該頻譜。對于封閉孔，清楚地看到 慢管波，使得加寬的峰值向著表示分散的低頻。在存在開口的狹槽的情況下，快波經(jīng)受在介 質(zhì)頻率范圍(350 700Hz)中特別異常的強(qiáng)的衰減。在整個(gè)頻率范圍上的平均速度譜的圖中，在封堵的和開口的情況下存在具有 350m/s和1100m/S的大致相同的速度的快管波和慢管波，但是在沒有篩子的情況下，慢波 完全不存在。在封堵的篩子中，快波攜帶接近源的主導(dǎo)頻率的300 600Hz的頻率范圍中 的最大能量，而較低和較高的頻率攜帶較少的能量。相反，開口的篩子中的快波的波譜在300和600Hz之間具有大的能量“孔”，這里， 快波如此強(qiáng)烈地衰減，以致于更高的頻率(600 900Hz)攜帶更多的能量。關(guān)于慢管波，它 主要存在于600Hz以下的頻率上，并且也衰減。令人驚奇的是，其振幅對于開口孔在低頻下 增加，在該低頻上，它比快波的振幅大。然后將該實(shí)驗(yàn)行為與通過使用數(shù)值模型預(yù)測的結(jié)果相比較。封閉孔的情況下的 理論分散曲線圖揭示，快管波經(jīng)受低于2000Hz的很小的分散，并且與實(shí)驗(yàn)觀察值匹配。通 過使用反射率方法在實(shí)驗(yàn)裝置中對于封閉和開口孔計(jì)算的合成壓力波震圖表明，在開口孔 中，慢管波轉(zhuǎn)變成具有相當(dāng)?shù)偷乃俣群汀皹翘荨眻D案的相當(dāng)復(fù)雜的能量束。在多孔篩子材料 中，連通相位中的斷點(diǎn)的線具有接近慢P波速度的斜率。增加不可滲透的內(nèi)部管的直徑可 望導(dǎo)致第二管波速度從350m/s減慢到280m/s。雖然對于封閉孔慢速度很好地匹配，但是， 對于開口孔，速度比預(yù)定的高。這最可能是用于制造空管和帶狹槽的篩子的PVC的彈性性 能的變化的結(jié)果。用我們的實(shí)驗(yàn)裝置的多孔彈性參數(shù)的最佳的估計(jì)對于玻璃裝置計(jì)算合成 的波震圖。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況那樣，在封閉孔的情況下，我們觀察到兩個(gè)管波，快管波主導(dǎo) 振幅。在存在具有開口的狹槽的篩子中，兩個(gè)波均經(jīng)受較強(qiáng)的變化?？旃懿ń?jīng)受適度的衰 減和波形的變化。慢管波轉(zhuǎn)變成具有弱的振幅的復(fù)雜的波包而不是較慢的速度和非常強(qiáng)的 特性。通過連接相位在波包內(nèi)改變的點(diǎn)，我們得到多孔篩子材料中的傳播的慢Biot波的速 度的近似值( 80m/s)。由于源的中心頻率(500Hz)遠(yuǎn)比臨界Biot頻率(30Hz)高，因此， 與多孔篩子中的慢Biot波的干涉可能是復(fù)雜的波包的原因。在不以任意方式限制本發(fā)明的范圍的情況下，對于模型化的結(jié)果建議以下的物理 解釋。當(dāng)管內(nèi)的流體的活塞式運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生通過彈性管抵抗的徑向擴(kuò)展時(shí)，產(chǎn)生管波。慢波主 要由內(nèi)部管支撐。當(dāng)該管被開槽時(shí)，由于流體可自由地選出到環(huán)帶，因此流體的徑向移動(dòng)不 再被抵抗，由此導(dǎo)致該波的強(qiáng)烈的衰減。相反，快波主要由外部玻璃實(shí)管支撐。當(dāng)內(nèi)部管可 滲透時(shí)，快波中的流體的活塞式運(yùn)動(dòng)可另外在外部和內(nèi)部流體柱之間交換流體，由此產(chǎn)生 適度的衰減。開口孔的緩慢頻譜表明，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似，快波在350 700Hz的中間頻率范圍上 經(jīng)受異常高的衰減。另外，速度在低頻下降低，并且能量峰變寬，從而表示分散。合成數(shù)據(jù) 中的快管波的能量分布(左)和峰值速度(右)的示圖確認(rèn)開口的篩子中的快管波在低頻下較低，而在高頻下經(jīng)受輕微的加速。示圖的比較確認(rèn)實(shí)驗(yàn)和模型之間的定量一致性在兩種情況下，快波均在保持其較高和較低頻率的同時(shí)在中間頻率范圍上表現(xiàn)異常的振幅降 低。該振幅降低不能被源微波譜解釋，并因此應(yīng)歸因于由通過開槽的多孔篩子的流體移動(dòng) 導(dǎo)致的異常衰減。表現(xiàn)共振衰減的頻率范圍由滲透率控制。例如，當(dāng)滲透率降低到50D時(shí)，該帶從 350 700Hz移動(dòng)到600 1000Hz，即，滲透率越低，則快波的具有異常衰減的帶的頻率越 高。由于衰減的帶將處于非常高或無限的頻率上，因此封堵的篩子(0達(dá)西)不表現(xiàn)異常衰 減，因此這也與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。因此，快管波的具有異常衰減的帶的中心頻率可被用作篩子 滲透率的附加的牢靠的診斷。我們應(yīng)注意，在兩種情況下，源的中心頻率優(yōu)選遠(yuǎn)比篩子的臨 界Biot頻率高。它仍不能解釋為什么在開口孔中模型不是預(yù)測強(qiáng)烈的分散而是預(yù)測慢管 波的不尋常的特性和強(qiáng)烈的降速，而實(shí)驗(yàn)表明慢波更簡單并且具有與低頻率上的快波可比 較的振幅。具有開口的和封堵的篩子的完井之間的速度和衰減的差異還導(dǎo)致性能變化的邊 界上的反射。以下的段落討論篩子的開口的和封堵的部分之間的單一分界面上的透射-反射。分界面封堵-開放首先，我們使用管長度的2/3包括空管(封閉孔)并且剩余的1/3包括開槽的篩 子的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在低頻上，位于空管的中間的源激發(fā)快波和慢波?？觳ㄔ诘竭_(dá)分界面時(shí)、例 如在圖3中的28上高度衰減。慢波經(jīng)受在波場分離的顯示器上更容易看到的強(qiáng)烈的反射。 在更高的頻率上，快波反射變得更明顯。模型表示在性質(zhì)上類似的行為。首先，快波在開口 部分中變得更加衰減。其次，雖然我們觀察到快_快和慢_慢反射，但后者的振幅明顯更大， 這與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。如上所述，觀察到模型低估開口孔中的慢波的振幅。分界面開放-封堵當(dāng)源在開口部分內(nèi)時(shí)，那么波傳播改變。第一，在低頻上，主導(dǎo)開口部分中的波傳 播的慢管波( 300m/s)有效地轉(zhuǎn)變成封堵部分中的快波( 1000m/S)。強(qiáng)烈衰減的快波 和慢波之間的干涉在源的周圍產(chǎn)生彎曲的時(shí)差的效果，但是，很顯然，通過后到的直接的慢 波，產(chǎn)生快波。未處理集合的簡單的檢查揭示開放-封堵分界面的位置作為主導(dǎo)事件的斜 率的變化。第二，相同的入射的慢波產(chǎn)生反射回到開口部分中的強(qiáng)的反射，該反射很顯然比 來自管接頭的更早的反射大。第三，在更高的頻率上，我們觀察到來自源的直接的快波，該 快波在開口部分中快速衰減，但在封閉部分中轉(zhuǎn)變成經(jīng)受較少衰減的快波。盡管如此，通過 來自后面的慢管波的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生更強(qiáng)的向右行進(jìn)的快波。具有礫石填充的完井_數(shù)值模型化為了理解砂礫石對于波傳播的影響，適當(dāng)?shù)仡A(yù)測砂子的剪切模量是重要的。存在 兩種可能的方案 如果剪切模量較小但不為零，那么礫石填充與弱彈性材料層類似。在這種情況 下，完井的行為類似于包括砂篩、砂礫石和套管的復(fù)合(徑向分層的)多孔彈性圍繞物-所 有這些具有非零的剪切剛度。如果所有的層被完全接合，那么僅存在單一的管波。 如果砂子的剪切模量為零，那么砂礫石用作懸浮液，并且其行為與有效的高密度的流體類似，但被有限的孔隙率和滲透率復(fù)雜化。在這種情況下會(huì)觀察到多于一個(gè)的管 波，從而使其與沒有礫石填充的完井的情況類似?；谖覀兊难芯?，可以相信，在良好的質(zhì)量的礫石填充的情況下，出現(xiàn)第一方案。 通過實(shí)驗(yàn)室中的礫石填充過程的視覺檢查確認(rèn)這一點(diǎn)一旦砂粒被包裝，那么它們不隨流 動(dòng)而移動(dòng)而是保持“鎖定”在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀＿@表示顆粒-顆粒接觸和非零剪切剛度。當(dāng) 流動(dòng)使礫石填充失穩(wěn)并且不再出現(xiàn)顆粒-顆粒接觸時(shí)，在流體化砂子的情況下，可出現(xiàn)第 二方案。在以下的討論中，我們關(guān)注于礫石填充被模型化為多孔彈性Biot介質(zhì)層時(shí)的“正 常的”第一方案。剪切波速度保持最不確定的參數(shù)。對于初始的模型化，我們?nèi)?120 150m/s的原位估計(jì)和 10 20m/s的實(shí)驗(yàn)室估計(jì)之間的70m/s的值。在下一部分中，我們分析描述將來用于具有礫石填充的實(shí)際實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室鋁裝置 的模型中的波傳播。因此，我們檢查包括以下方面的自由外部邊界的四層模型1)流體；2) 彈性內(nèi)部管(篩子)；3)砂子；4)彈性外部管(套管)。透射特征。如果砂子和篩子的多孔彈性性質(zhì)被忽略并被模型化為彈性不可滲透介質(zhì)，那么只 有兩個(gè)軸對稱模型在低頻下傳播·由包括篩子、砂子和套管的復(fù)合管支撐的T管波； 由復(fù)合管支撐的P板或套管型波。因此，礫石填充完井具有沒有礫石填充的完井的一半的模式。這大大簡化了波傳 播。復(fù)合管波的特性更接近快管波，并且甚至保持 1100m/S的類似的速度。當(dāng)砂子被流 體化時(shí)，那么出現(xiàn)與完井沒有礫石填充的情況類似的第二(慢)管波。因此，第二慢管波的 存在是完井具有流體化砂子或沒有砂子的診斷。板波具有急劇下降的速度，并且由于完井 層的高度對比的彈性性能被強(qiáng)烈地分散。最后，應(yīng)當(dāng)注意，在更高的頻率處出現(xiàn)附加的軸對稱模型。高次模的截止頻率隨砂 子的剪切速度的降低而降低。結(jié)果，砂子的非常低的剪切速度會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多模式波傳播。合成的波震圖表明，管波主導(dǎo)低頻下的波傳播，而板波只能通過高的放大倍數(shù)被 看到。在篩子的封堵的部分(封閉孔)中，管波如期望的那樣具有更高的速度并且經(jīng)受非常 少的衰減。相反，開口孔允許篩子內(nèi)的流體柱和砂子中的孔隙流體之間的流體連通。結(jié)果， 我們甚至在非常短的偏移上觀察到強(qiáng)烈的分散和速度的降低以及明顯的衰減。因此，與開 口孔測井方法類似，我們可通過檢查速度和衰減區(qū)分篩子的可滲透和不可滲透部分。速度 的減慢和高的衰減是開口部分的簡單診斷，而加速和很少或沒有衰減是封堵部分的特性。反射特征合成的波震圖還示出封堵_開放和開放_(tái)封堵分界面上的反射_透射過程。由于 僅在開口和封堵部分中存在單一的管波，因此與沒有礫石填充的情況相比，波傳播被簡化。 反射的管波是由于跨過分界面的速度和衰減的差異。有意思的是，在模型中，來自封閉-開 口分界面的反射波非常大(約35%)，而來自開放-封堵分界面的反射波較弱(約5%)。 嘗試使用ID有效波數(shù)方法以洞察反射-透射過程的物理本質(zhì)。雖然該方法對于多孔彈性 介質(zhì)和徑向不均勻彈性介質(zhì)被證明是有效的，但是其對于徑向分層多孔彈性介質(zhì)的有效性 還沒有被建立。盡管如此，通過使用ID假定，有效波數(shù)方法預(yù)測封堵_開放和開放_(tái)封堵 分界面上的反射系數(shù)應(yīng)大小相同而符號相反，這與有限差模型矛盾。
光纖設(shè)備如上面討論的那樣，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和模型證明使用監(jiān)測沿完井的滲透率變化的管波 信號的概念。但是，為了實(shí)現(xiàn)該井下技術(shù)，必須在制造的井中提供聲源和接收器。在實(shí)驗(yàn) 室中使用的工具對于井下布置是不適用的；井下布置需要源和接收器被保護(hù)并且不阻擋流 動(dòng)。傳感器關(guān)于接收器，可通過設(shè)置于管(砂篩、管或套管)外面的光纖傳感器滿足這些目標(biāo)。另外，這種傳感器可完全是無源的并因此不需要電力。我們通過將塑料管內(nèi)的水聽器 與“管上”光纖波震圖相比較驗(yàn)證該思想。在兩組測量之間觀察到良好的一致性。雖然在管的內(nèi)部在低頻下管和板波均由活塞式運(yùn)動(dòng)描述，但是，在管壁上，管波主 要產(chǎn)生徑向位移，而板波主要產(chǎn)生軸向位移。纏繞在管周圍的纖維檢測管的徑向位移，該位 移是管波的特性_有時(shí)稱為“呼吸”模式。另外，由光纖傳感器執(zhí)行的方位角平均化趨于抑 制其它的噪聲并強(qiáng)調(diào)軸對稱管波。可通過使用目的在于測量管的變形的實(shí)時(shí)套管成像(RTCI)工具，實(shí)現(xiàn)纏繞在砂 篩或套管的外側(cè)的纖維。RTCI傳感器趨于緊密排列以檢測非對稱的準(zhǔn)靜態(tài)變形，而存在的 實(shí)時(shí)完井監(jiān)測(RTCM)優(yōu)選使用離散的位置上的管圓周周圍的平均值，但在時(shí)間上以細(xì)微 的間隔采樣。實(shí)驗(yàn)室光纖系統(tǒng)當(dāng)前用于試驗(yàn)裝置中的纖維光學(xué)系統(tǒng)是基于Michelson干涉儀的干涉測量系統(tǒng)。 Michelson干涉儀包括信號分離器、基準(zhǔn)線圈、感測線圈和分別位于各纖維線圈的端部上的 兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(FaradayRotating Mirror) (FRM)。來自激光器的調(diào)制光被分離并且向 下向基準(zhǔn)和感測線圈行進(jìn)。兩個(gè)信號均在FRM上反射并向后向分離器行進(jìn)，在那里它們干 涉，并且，通過使用第二纖維引導(dǎo)，光向后路由到光電子設(shè)備。感測線圈被纏繞在管周圍，并且隨著管呼吸經(jīng)受應(yīng)變。基準(zhǔn)線圈優(yōu)選位置非常接 近感測線圈，以使信號干涉之前的任何噪聲拾取最小化。感測信號和基準(zhǔn)線圈之間的干涉 點(diǎn)是作為與線圈共位于井下的分離器/組合器。與基準(zhǔn)線圈相比，在呼吸運(yùn)動(dòng)中在管中引 起的應(yīng)變導(dǎo)致感測線圈中的光路長度的動(dòng)態(tài)變化。光路長度的變化導(dǎo)致干涉測量信號的偏 移，該偏移又可與管的呼吸運(yùn)動(dòng)的幅度和頻率有關(guān)。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是便于安裝和能夠靈活地在管上的不同位置之間以及在不同 的試驗(yàn)裝置之間移動(dòng)單獨(dú)的傳感器。具有24個(gè)傳感器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用48個(gè)光纖引線，這 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中是可管理的，但對于現(xiàn)場布置是不實(shí)際的。 用于現(xiàn)場安裝的光纖系統(tǒng)用于現(xiàn)場布置的系統(tǒng)優(yōu)選使用基于頻分復(fù)用(FDM)和波分復(fù)用(WDM)的信號復(fù) 用方案，這會(huì)減少從感測部分到表面的光纖引線的數(shù)量。由于基準(zhǔn)線圈會(huì)需要油管和套 管之間的一些空間，因此Michelson干涉儀的基準(zhǔn)線圈對于現(xiàn)場布置不是優(yōu)選的。選擇的 Michelson干涉儀系統(tǒng)對于期望與最高可能的性能和噪聲消除組合的高度的靈活性的當(dāng)前 的實(shí)驗(yàn)室測試是理想的。但是，在給定其機(jī)械印跡的條件下，從總體布置的觀點(diǎn)看，這是次 優(yōu)的。存在用于制造期望的測量的其它技術(shù)，并且這些技術(shù)對于現(xiàn)場布置也是實(shí)用的。兩個(gè)選項(xiàng)特別提供良好的性能，并且可與本系統(tǒng)兼容。這兩個(gè)系統(tǒng)均使用連續(xù)的光纖。第一種技術(shù)基于在光纖中刻畫反射鏡的Fabry-Perot干涉儀。關(guān)于Michelson 干涉儀，刻畫的感測線圈被纏繞在管周圍，并且隨著管呼吸經(jīng)受應(yīng)變。基準(zhǔn)線圈相對遠(yuǎn)離 感測線圈，并且，信號脈沖可在信號干涉之前在它們在電纜在行進(jìn)時(shí)拾取噪聲。與基準(zhǔn)線 圈相比，在呼吸運(yùn)動(dòng)期間在管中引起的應(yīng)變導(dǎo)致感測線圈中的光路長度的動(dòng)態(tài)變化。光 路長度的變化導(dǎo)致干涉測量信號的偏移，該偏移又可與管的呼吸運(yùn)動(dòng)的幅度和頻率有關(guān)。 Fabry-Perot系統(tǒng)的益處是較小的井下印跡。缺點(diǎn)是可能通過連通傳感器與表面光學(xué)電子 設(shè)備的電纜拾取的可能更高的噪聲。第二種技術(shù)“BlueROSE”由 Naval Undersea Warfare Center 為軍事安全應(yīng)用開 發(fā)，其中，"ROSE”是 Rayleigh Optical Scattering andEncoding 的縮寫。Blue ROSE 技術(shù) 沿纖維的長度檢測Rayleigh背散射輪廓(或“指紋”)。由于導(dǎo)致Rayleigh散射的纖維中 的隨機(jī)的雜質(zhì)，光纖的各段具有特有的散射輪廓。Blue ROSE系統(tǒng)使用光纖中的Rayleigh 指紋作為Fabry-Perot反射器。該系統(tǒng)可沿纖維長度在任意位置動(dòng)態(tài)使用不同的Rayleigh 指紋。Blue ROSE使電勢與單個(gè)電纜中的RTCI和RTCM系統(tǒng)組合，這對于完全的井下監(jiān)測會(huì) 是期望的。源RTCM的透射和反射配置均需要井下管波的可重復(fù)的激勵(lì)。可通過使用有源源和無 源源以以下描述的兩種不同的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。有源源原則上，專用的有源源可在機(jī)械上被固定于油管或篩子的外側(cè)，這可以是機(jī)械的 或磁致伸縮的或與其類似。與井中的附加的安裝分開，該方法也需要電源電纜以供給源。無源噪聲源較少的需求的替代方案可以是使用流動(dòng)噪聲或其它的干擾作為無源信號，并且， 通過使用互關(guān)聯(lián)獲得兩個(gè)傳感器之間的響應(yīng)。使用所謂的“噪聲相關(guān)器”以檢測管中的表面 下泄漏的位置。近來，光纖管上傳感器的類似的互關(guān)聯(lián)技術(shù)被利用以測量管波速度，并且對 于表面和井下管中的流體成本和流體速度逆轉(zhuǎn)。在井下的情況下，聲學(xué)流量計(jì)優(yōu)選包括安 裝于完井附近的油管外側(cè)的光纖傳感器的陣列，并且在井流動(dòng)的同時(shí)實(shí)時(shí)執(zhí)行聲學(xué)測量。有效的源互關(guān)聯(lián)是在美國專利第6747915號和國際申請W02008064100中描述的更一般的 虛擬源tm方法的ID方案。在例如通過剩余的傳感器在第一接收器上記錄互關(guān)聯(lián)之后，能夠 獲得如同實(shí)際上從位于第一接收器的位置上的“有效源”發(fā)射信號的響應(yīng)。由于我們直接測 量有效源中的入射信號，因此我們獲知源特征并可將其整形為期望的形狀。這是重要的，原 因是可允許兩個(gè)重要的步驟-重疊用相同的源特征整形的多個(gè)記錄以提高信噪比，以及， 不僅評價(jià)速度而且評價(jià)管波信號的衰減。因此，在一些實(shí)施例中，使用虛擬源方法以允許在 沒有井下有源源的情況下實(shí)現(xiàn)RTCM的完全無源方案。以下的例子被包括以示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在以 下的例子中描述的技術(shù)代表由發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以很好地在本發(fā)明的實(shí)際中起作用的技術(shù)，并由 此可被視為構(gòu)成用于其實(shí)際的優(yōu)選模式。但是，鑒于本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 公開的特定的實(shí)施例中，在不背離本發(fā)明的范圍的條件下，可提出許多的變化，并且仍獲得類似或相似的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)裝置的討論 由于極高的衰減和較低的速度，因此具有Plexiglas管和PVC篩子的原流動(dòng)回路 裝置不是很好地適于聲學(xué)測量。它對于具有鋼管的現(xiàn)場情況在聲學(xué)性能方面也不具有代表 性。在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)中使用的玻璃裝置是一種改善，但是，由于聲學(xué)上較慢并且衰減的PVC篩 子以及由于污染數(shù)據(jù)的強(qiáng)烈的接頭間反射，因此它仍是次優(yōu)的。雖然處理部分有助于應(yīng)對 這些寄生反射，但是這種設(shè)計(jì)的接頭不是現(xiàn)場情況的代表并因此不應(yīng)被避免。優(yōu)選使用具 有鋁外部管和鋁篩子的鋁裝置，以在仍保持可在實(shí)驗(yàn)室中操作的輕的重量的同時(shí)達(dá)到鋼管 一般具有的快速的聲學(xué)速度。為了避免接頭間反射，建議減少管部分的數(shù)量并使管懸離吊 索。聲學(xué)獲取實(shí)驗(yàn)室中的聲學(xué)獲取在35cm間隔上利用24個(gè)傳感器。為了避免混疊，優(yōu)選具有小 于或等于在主導(dǎo)頻率上計(jì)算的關(guān)注的波的波長的傳感器間隔。因此，對于具有 700m/ s的期望速度和 700Hz的中心頻率的礫石填充完井，波長為約 lm，并且優(yōu)選0. 5m或更 小的間隔。在沒有礫石填充的完井中，或者，如果流體化被懷疑，那么期望 300m/s的慢管 波速度，并且期望更小的采樣間隔。當(dāng)然，如果可以以令人滿意的方式使用更低的頻率，那 么采樣可增加，但是，較低的頻率趨于產(chǎn)生較低的空間分辨率。我們已討論了可在開口環(huán)形區(qū)域中激發(fā)的慢管波模式，并且，這些波可被檢測。因 此，可通過使用來自有源和/或無源源的管波記錄確定井內(nèi)條件和環(huán)境內(nèi)條件。例如，對于 識(shí)別井中的套管后面的未膠結(jié)或部分膠結(jié)的環(huán)狀區(qū)域，該技術(shù)是有幫助的。該方法會(huì)補(bǔ)充 更多的常規(guī)的測井技術(shù)。并且，這些管波模式的無源觀察可以是諸如套管后流動(dòng)或用作源 的套管變形的現(xiàn)象的指示。如果觀察到慢的環(huán)狀管波模式，那么本發(fā)明的一些實(shí)施例因此 包括向可與環(huán)帶聲學(xué)耦合并推斷膠結(jié)層不完整的流體透射聲學(xué)信號。對于附錄的引用在具有一個(gè)或兩個(gè)同心管的模型中包括零頻率速度的附錄被附加到本申請上，本 申請從該附錄要求優(yōu)先權(quán)，在此加入該附錄的全部內(nèi)容作為參考?？梢栽诓槐畴x本發(fā)明的范圍的條件下設(shè)計(jì)利用上述的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方 面的其它的和另外的實(shí)施例。例如，這里描述的實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測技術(shù)不僅可被應(yīng)用于砂篩和 礫石填充完井的監(jiān)測，而且可被應(yīng)用于其它的完井和諸如恢復(fù)操作的井下應(yīng)用。并且，可以 包括相互組合的各種方法和實(shí)時(shí)聲學(xué)監(jiān)測方法的實(shí)施例，以產(chǎn)生公開的方法、裝置和實(shí)施 例的變型。除非特別限制，否則步驟的次序可以以各種次序出現(xiàn)。這里描述的各步驟可與其 它的步驟組合，封堵陳述的步驟和/或分成多個(gè)步驟。類似地，在功能上被描述的元件可體 現(xiàn)為單獨(dú)的部件，或者可被組合成具有多個(gè)功能的部件。已在優(yōu)選的和其它的實(shí)施例的上下文中描述了本發(fā)明，并且，不是本發(fā)明的每個(gè) 實(shí)施例都已被描述。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，描述的實(shí)施例的明顯的修改和替代方案是 可用的。公開和未公開的實(shí)施例意圖不在于限制或約束由申請人構(gòu)想的本發(fā)明的范圍或適 應(yīng)性，而是，遵照專利法，申請人要完全保護(hù)在以下的權(quán)利要求的等同物的范圍或廣度內(nèi)的 所有這些修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
一種用于監(jiān)測穿過井眼中的井下設(shè)備的流體流的方法，包括a)在設(shè)備中的流體中提供聲學(xué)管波；b)在聲學(xué)管波穿過設(shè)備中的流體之后測量所述聲學(xué)管波；和c)通過測量聲學(xué)信號的衰減來評價(jià)設(shè)備的滲透率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟c)還包括測量聲學(xué)信號的速度的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備是井下可滲透設(shè)備，并且，步驟c)還包括通 過在管波穿過設(shè)備時(shí)檢測管波中的衰減的減少或速度損失的減少中的至少之一來確定設(shè) 備至少部分被封堵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括響應(yīng)于設(shè)備至少部分被封堵的確定來調(diào)整井眼 中的流體的性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備選自包括砂篩、礫石填充、礫石填充篩、繞線 篩、機(jī)械型篩、具有完全或部分穿孔的中心管和設(shè)置在其上面的過濾介質(zhì)的篩、和穿孔的套 管的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備是礫石填充設(shè)備，并且，在步驟c)中進(jìn)行的 測量指示礫石填充過程的性能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過使用在井眼中布置的多個(gè)傳感器進(jìn)行步驟 b)中的測量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，傳感器被永久布置于井眼中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，傳感器是光纖傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，傳感器被支撐在纏繞在砂篩或另一井下管中的 至少一個(gè)周圍的設(shè)備上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使在第一接收器上接收的信號與在附加的傳 感器上接收的信號相互關(guān)聯(lián)以獲得如同信號從所述第一接收器的位置上的源被發(fā)射的有 效響應(yīng)的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備是井下可滲透設(shè)備，并且步驟c)還包括通 過檢測穿過設(shè)備的快管波在低頻上減慢但在高頻上加速來確定設(shè)備不被封堵。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過檢測具有相對高的衰減程度的頻帶并將 所述頻帶的頻率與不同的測量中的具有相對高的衰減程度的頻帶的頻率相比較來確定設(shè) 備的相對滲透率的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備是井下可滲透設(shè)備，并且步驟c)還包括通 過測量快波并檢測所述快波的相對強(qiáng)的衰減來確定設(shè)備不被封堵。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)備是井下可滲透設(shè)備，并且步驟c)還包括通 過檢測具有降低的振幅和速度的慢管波來確定設(shè)備不被封堵。
16.一種用于從含烴地層生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏姆椒?，包括通過井下可滲透設(shè)備生產(chǎn)碳?xì)?化合物，并且通過使用如權(quán)利要求1所述的方法監(jiān)測穿過設(shè)備的流。
全文摘要
提供一種用于監(jiān)測穿過井下設(shè)備的流體流的方法，包括a)在設(shè)備中的流體中提供聲學(xué)管波；b)在聲學(xué)管波穿過設(shè)備中的流體之后測量該聲學(xué)管波；和c)通過測量聲學(xué)信號的衰減來評價(jià)設(shè)備的滲透率。聲學(xué)信號的速度的變化也可被測量。設(shè)備可以是諸如砂篩的井下可滲透設(shè)備，并且，通過使用在井眼中布置的多個(gè)傳感器進(jìn)行步驟b)中的測量。該方法還可包括使在第一接收器上接收的信號與在附加的傳感器上接收的信號互關(guān)聯(lián)以獲得如同信號從所述第一接收器的位置上的源被發(fā)射的有效響應(yīng)的步驟。
文檔編號E21B47/10GK101878351SQ200880118069
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者A·V·巴庫林 申請人:國際殼牌研究有限公司