[發明專利]用于井筒加熱和分布式溫度傳感的有源電纜

無效

• 申請號: 200810096670.2
• 申請日: 2008-02-05
• 公開（公告）號: CN101311493A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 弗拉迪米爾·赫南德茲－索利斯;蒙蒂·W·莫里森;威廉·A·威杰恩伯格;張勝;約瑟夫·瓦基
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: E21B36/04
• 分類號: E21B36/04;E21B47/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及一種井筒電纜以及制造和使用這種電纜的方法。更具體地，本發明涉及固定在套管井的水泥壁內的永久井筒加熱電纜，例如用于與永久分布式溫度傳感監測電纜結合以分析井筒附近的地層，以及涉及這種電纜的應用。

背景技術

由于石油儲量變得越來越稀缺和難以找到，改善的井下環境信息對于成功勘探和生產來說變得日益重要。井下溫度波動的知識有助于識別井下的物質和流速，因此成為特別有遠景的數據組。在特定的溫度和/或壓力條件下，已知天然氣水合物(gas?hydrate)會分解、形成或以其他方式被影響。更好地了解井下環境中的這種現象的參數，將是對地下資源更有效的勘探和開發的重要進步。特別地，這種信息被證明在開發作為能源資源的天然氣水合物和重油方面很有幫助。因此，熱量測量的采集和分析對于地下結構的靜態和動態特征都是很重要的。

包括例如天然氣水合物和重油之類的碳氫化合物的地層流體的穩定性對壓力和溫度的變化很敏感。在這點上，當壓力和/或溫度條件穿過平衡邊界，天然氣水合物分解或形成。模擬地下地層熱性質(例如熱傳導、擴散和容量的測量)的常規方法要求在井下多個位置進行被動溫度測量，然后在實驗室執行巖心分析(core?analysis)(試圖在實驗室中復制井底條件)，并比較結果。然而，含水合物區域的實驗室巖心分析通常是很困難的，因為復制井底條件是不容易的。另外，實驗室模擬的準確度依賴于一些參數，例如由井下水合物的動態分解/形成過程引起的巖心條件、不同壓力下的壓縮系數差異，而且有時依賴于特定深度層段處缺失巖心樣品的推斷數據。另外，當利用在井下多個地下位置的被動溫度測量時，獲得的數據在增加不確定性的特定假設(例如，熱流動是穩定的，來自鉆井或泥漿循環的熱擾動是可忽略的)下被解釋。

可獲得多種商業的分布式溫度傳感器(DTS)應用，其為倉庫(warehouse)中的火災探測和溫度控制給出沿電纜的整個長度的溫度測量，并且包括耐高溫DTS電纜。這種DTS電纜由光纖回路組成，并利出各種散射現象來感知沿光纖回路長度的溫度。光纖中散射現象的出現是由于溫度、壓力和張力導致光纖散射的光頻變化。這種散射效應包括由溫度變化和光纖內的張力引起的布里淵散射(Brillouin?scattering)，以及僅由光纖溫度變化引起的拉曼散射(Ramanscattering)。

市場上可用的DTS裝置在實驗室巖心分析中是有用的，然而，將基于實驗室的主動溫度測量方法應用到現場地層測量會導致許多技術和后勤的困難。在一個例子中，DTS電纜被下入已完井的井的流體中并進行連續測量。然而，這種方法降低了來自井筒的流動，因為DTS電纜阻塞了井筒的一部分，而且，溫度測量很大程度上受到流過的物質的溫度的影響，而且與地層本身的特性的相關性更差。

除希望精確測量沿整個井筒的溫度以更好地模擬地層之外，有時希望通過向井筒引入熱量來影響水合物的分解或者形成，來操作地層流體。這通常通過將加熱元件下入井筒并加熱與加熱元件相鄰的地層來引導期望的水合物的形成或者分解。然而，這導致井筒進一步阻塞。

發明內容

從上文看，顯然需要一種引導熱進入地層的裝置，例如，用于與分布式溫度傳感器電纜一起模擬地層。一種結合這些特征的裝置將提供附加的優點。

附圖說明

圖1是水泥套管井筒的剖面圖，顯示了分布式溫度傳感器，其監測和加熱電纜，該電纜接近圍繞地層設置，位于井筒和套管之間的環狀空間(annulus)中，并被水泥固定在適當的位置。

圖2是井筒和套管之間的環狀空間中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜的一個實施例，具有連接的溫度監測裝置和加熱設備。

圖3A和3B是圖2中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜的上部和下部的剖面圖。

圖4A是圖2中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜纜芯(conductor)的捻角示意圖。

圖4B是圖2中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜纜芯之間的連接的示意圖。

圖5是井筒和套管之間的環狀空間中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜的不同實施例的示意圖，其具有連接的溫度監測裝置和加熱設備。

圖6A和6B是圖5中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜的上部和下部的剖面圖。

圖7A是圖5中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜纜芯的捻角示意圖。

圖7B是圖5中的分布式溫度傳感器監測和加熱電纜纜芯之間的連接的示意圖。

具體實施方式