蒸汽注入的監(jiān)測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于井（具體地，油和瀝青井）中的蒸汽注入的井下監(jiān)測(cè)的方法和設(shè) 備，并且具體地涉及使用一個(gè)或多個(gè)光纖傳感器監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了從某些油田（尤其是包含粘性油或?yàn)r青沉積物的那些油田）有效地提取油，有 時(shí)使用蒸汽，其主要目的通常是主要通過(guò)隨著蒸汽冷凝來(lái)傳遞熱以提高沉積物的溫度(從 而降低其粘性）。通常地，通過(guò)"注入"井道(well shaft)引入蒸汽，并且經(jīng)由"生產(chǎn)"井道移 除加熱的沉積物。
[0003]如技術(shù)人員將熟悉的那樣，存在各種蒸汽吞吐技術(shù)。例如，在蒸汽輔助重力泄油 (SAGD)中，當(dāng)已確定包含粘性資源礦床的儲(chǔ)集層，并且地質(zhì)狀況允許，則鉆出兩個(gè)孔，二者 均帶有在儲(chǔ)集層中的水平區(qū)段，上部井道在下部井道上方延伸。為了允許稠密的焦油狀資 源流動(dòng)，通過(guò)上部井道(而且，在一些井中，最初通過(guò)下部井道)注入蒸汽，從而引起資源加 熱、液化并且向下排入下部"生產(chǎn)"井道的區(qū)域內(nèi)，從該處將資源移除。
[0004] 其它相關(guān)技術(shù)是"蒸汽驅(qū)采"（也被稱為"連續(xù)蒸汽注入"），其中蒸汽(通常)通過(guò)若 干個(gè)注入井道被引入儲(chǔ)集層，從而降低粘性，而且，隨著蒸汽冷凝為水，朝向生產(chǎn)井道驅(qū)動(dòng) 油。在其變型，即所謂的循環(huán)蒸汽注入中，相同的井道可以作用為注入井道和生產(chǎn)井道兩 者。首先，引入蒸汽(該階段可持續(xù)數(shù)周），然后關(guān)閉或密封井，從而允許蒸汽冷凝并且將其 熱傳遞到沉積物。接著，重新打開井并且提取油直到當(dāng)油冷卻時(shí)生產(chǎn)減緩。然后可重復(fù)該過(guò) 程。
[0005] 在一些情況中可將蒸汽注入技術(shù)應(yīng)用于并非最初蒸汽輔助的現(xiàn)有井，以改進(jìn)和/ 或維持生產(chǎn)超過(guò)在缺乏蒸汽吞吐的情況中所能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)。
[0006] 取決于井和所采用的蒸汽輔助的類型，可以以各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽注入。例如，一 些傳統(tǒng)蒸汽注入井道套管包括長(zhǎng)狹槽，蒸汽從該狹槽釋放以便實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)集層的均勻加熱。然 而，由于蒸汽趨于沿著儲(chǔ)集層內(nèi)阻力最小的路徑，因此加熱可能局域化。這意味著形成的所 謂"蒸汽穴"或"蒸汽室"的形狀可能是不規(guī)則的，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下以及"蒸汽穿透" (由此蒸汽找到其到生產(chǎn)井的路線，從而當(dāng)抽取油時(shí)與油混合)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 最近以來(lái)，注入井套管已經(jīng)設(shè)計(jì)成有具有帶有滑閥而不是單一長(zhǎng)狹槽的多個(gè)離散 通風(fēng)口。示例在W02012/082488和W02013/032687中以Halliburton的名義描述，其也生產(chǎn)被 稱為sSteam?閥的商用產(chǎn)品?？梢岳缁趯?duì)蒸汽室的形狀的估計(jì)來(lái)選擇性地控制這樣的 閥，以通過(guò)沿著注入井道的長(zhǎng)的選擇性蒸汽注入來(lái)嘗試改進(jìn)形狀。
[0008] 對(duì)于各種蒸汽輔助方法，將有利的是能夠監(jiān)測(cè)蒸汽注入的特性。這可以僅對(duì)于提 供關(guān)于儲(chǔ)集層上的總體作用的信息而言是有用的，而且在一些應(yīng)用中，其可能控制蒸汽注 入，即改變總體流動(dòng)速率或壓力或選擇性地控制沿著注入井的長(zhǎng)的各個(gè)閥以便實(shí)現(xiàn)期望的 分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于確定和/或監(jiān)測(cè)與蒸汽注入井下相關(guān)的各種參數(shù)的方法 和設(shè)備。
[0010] 因此，根據(jù)本發(fā)明提供一種在蒸汽輔助井中監(jiān)測(cè)蒸汽注入的方法，所述方法包括： 通過(guò)在第一光纖上執(zhí)行分布式溫度感測(cè)來(lái)獲得井的至少第一部分的第一溫度分布，所 述第一光纖沿井的所述第一部分配置； 通過(guò)解調(diào)（interrogating)沿井的第一部分配置的第二光纖來(lái)獲得井的至少所述第一 部分的第二溫度分布，以提供溫度變化的分布式感測(cè)，其中解調(diào)所述第二光纖包括將相干 輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖的解調(diào)反復(fù)地發(fā)射入所述第二光纖內(nèi)，檢測(cè)從每個(gè)解調(diào)瑞利反向散 射的任何輻射并且分析所檢測(cè)的反向散射輻射以檢測(cè)由于溫度變化導(dǎo)致的解調(diào)之間的任 何變化；以及 組合所述第一溫度分布和第二溫度分布以提供蒸汽注入分布。
[0011] 本發(fā)明的方法使用光纖分布式溫度感測(cè)技術(shù)結(jié)合基于瑞利的光纖分布式感測(cè)技 術(shù)。
[0012] 光纖分布式溫度感測(cè)(DTS)是已知技術(shù)，其中可使用經(jīng)受布里淵和/或拉曼散射的 解調(diào)輻射和解調(diào)光反復(fù)地解調(diào)光纖。通過(guò)查看布里淵頻移的特性和/或斯托克斯(Stokes)/ 反斯托克斯分量的幅度，能夠確定纖維的給定部分的絕對(duì)溫度。通過(guò)使用光時(shí)域反射計(jì) (OTDR)型技術(shù)，能夠定時(shí)選通并且分析從纖維的不同部分散射的光，以確定纖維的多個(gè)離 散縱向溫度感測(cè)部分中的每一個(gè)的溫度。
[0013] DTS的使用因此允許沿著井的至少第一部分的長(zhǎng)度獲得溫度分布，該井通常將是 用于蒸汽注入的井。溫度分布實(shí)際上可以是沿著井的蒸汽注入管線的溫度分布。該溫度分 布(是絕對(duì)溫度的分布)能夠用于指示沿井的相關(guān)長(zhǎng)度的蒸汽分布。由DTS產(chǎn)生的溫度分布 是有用的，但是已認(rèn)識(shí)到DTS需要相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間的解調(diào)以便測(cè)量并且因此不提供溫度的實(shí) 時(shí)描繪。而且DTS的溫度分辨率可能是相對(duì)有限的。
[0014] 本發(fā)明的實(shí)施例的方法因此也解調(diào)第二光纖(其是或可能不是與第一光纖相同的 光纖），以確定來(lái)自光纖的瑞利反向散射并且使用所檢測(cè)的瑞利反向散射輻射中的變化以 確定沿著第二光纖的長(zhǎng)度的任何溫度改變。
[0015] 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，當(dāng)輻射在光纖內(nèi)傳播時(shí)，可發(fā)生各種類型的 散射過(guò)程。如上文提及的，光可以經(jīng)受布里淵散射和/或拉曼散射。這些散射過(guò)程是非彈性 的并且與解調(diào)輻射的頻率相比，通常涉及散射輻射的頻移。瑞利反向散射是不同的散射過(guò) 程，其起因于從光纖內(nèi)的固有散射點(diǎn)的散射。瑞利反向散射是彈性散射過(guò)程并且因此瑞利 反向散射的輻射具有與解調(diào)輻射相同的頻率。
[0016] 相干瑞利散射是分布式聲學(xué)感測(cè)(DAS)的已知技術(shù)的基礎(chǔ)。DAS是一種感測(cè)類型， 其采用相干光學(xué)輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖解調(diào)光纖并且檢測(cè)從所述纖維內(nèi)瑞利反向散射的 任何輻射。通過(guò)使用OTDR原理能夠再次將反向散射光集合入時(shí)間倉(cāng)(time bin)內(nèi)，以提供 來(lái)自纖維的給定感測(cè)部分的瑞利反向散射的指示。
[0017] 從纖維的任何給定感測(cè)部分瑞利散射的量將取決于該感測(cè)部分內(nèi)散射點(diǎn)的分布。 每個(gè)散射點(diǎn)可被認(rèn)為是小的反射器，其用作將解調(diào)輻射的一小部分反射回纖維的前方。假 定解調(diào)輻射是相干的，則來(lái)自不同散射點(diǎn)的散射將干涉。從光纖反向散射的輻射的強(qiáng)度由 于散射點(diǎn)的隨機(jī)變化將沿著纖維的長(zhǎng)度隨機(jī)變化。然而，在沒有任何環(huán)境刺激的情況中并 且假設(shè)解調(diào)輻射的性質(zhì)保持相同，那么從纖維的任何給定感測(cè)部分瑞利反向散射的輻射從 一個(gè)解調(diào)到下一個(gè)解調(diào)將具有相同的性質(zhì)。然而，作用在纖維上的導(dǎo)致相關(guān)感測(cè)部分的有 效路徑長(zhǎng)度的改變的任何應(yīng)變將引起來(lái)自該感測(cè)部分的合成的反向散射干涉信號(hào)的改變。 性質(zhì)的這種變化可以作為強(qiáng)度的改變，或在一些實(shí)施例中作為相的改變來(lái)檢測(cè)，并且被用 于指示作用在光纖的相關(guān)部分上的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。
[0018] 將注意到的是，在這樣的傳感器中并且也在DTS中，感測(cè)功能貫穿整個(gè)光纖分布并 且依賴于光纖內(nèi)的固有散射過(guò)程，而不是諸如纖維布拉格光柵等的特別引入的反射點(diǎn)（盡 管拉曼或布里淵散射依賴于與瑞利散射不同的散射過(guò)程）。因此可以使光纖的感測(cè)部分的 尺寸和分布變化，從而恰好改變解調(diào)輻射的性質(zhì)和在其中分析反向散射的時(shí)間倉(cāng)。如本文 所使用的術(shù)語(yǔ)分布式傳感器因此應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是意味著光纖傳感器，其中感測(cè)功能以這種方 式貫穿光纖分布。
[0019] 這樣的DAS傳感器已通常用于檢測(cè)相對(duì)快速作用的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，例如附隨 (incident)聲學(xué)信號(hào)。然而，將理解的是，相同的原理可應(yīng)用于檢測(cè)由溫度改變和因此相關(guān) 感測(cè)部分的路徑長(zhǎng)度的改變（由于因此產(chǎn)生的應(yīng)變和/或折射率調(diào)制)所引起的動(dòng)態(tài)改變。
[0020] 因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中方法涉及將相干輻射的一個(gè)或多個(gè)脈沖的解調(diào)反復(fù)地 發(fā)射至所述第二光纖內(nèi)，檢測(cè)從每個(gè)解調(diào)瑞利反向散射的任何輻射并且分析所檢測(cè)的反向 散射輻射以檢測(cè)由于溫度變化導(dǎo)致的解調(diào)之間的任何變化。使用這些DAS原理以通過(guò)該方 式監(jiān)測(cè)溫度改變能夠提供溫度的非常小的變化的測(cè)量并且能夠提供快速響應(yīng)于任何溫度 變化的測(cè)量。該技術(shù)能夠分辨小于I mK的溫度變化并且能夠響應(yīng)于溫度的快速變化，從而 提供有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0021] 以該方式使用瑞利反向散射以確定作用在感測(cè)光纖的離散感測(cè)部分上的任何溫 度變化在本文中將被稱為分布式溫度梯度感測(cè)(DTGS)。
[0022]因此，除了DTS溫度分布(第一溫度分布)之外，本方法使用這種DTGS技術(shù)以獲得第 二溫度分布。第二溫度分布因此是沿井的長(zhǎng)度的溫度變化分布，而不是絕對(duì)溫度，但就溫度 變化而言通常將具有更好的溫度分辨率并且具有對(duì)任何改變的更好的瞬時(shí)響應(yīng)。
[0023]本發(fā)明的方法因此結(jié)合第一溫度分布(DTS