МОНИТОРИНГ НАГНЕТАНИЯ ПАРА Российский патент 2018 года по МПК E21B43/24 E21B47/06 E21B47/12 

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для скважинного мониторинга нагнетания пара в скважины (в частности, нефтяные и битумные скважины) и в частности, к мониторингу с использованием одного или нескольких волоконно-оптических датчиков.

Чтобы эффективно извлекать нефть из некоторых нефтяных месторождений, в частности из тех, которые содержат вязкую нефть или битумные отложения, иногда используют пар, обычно прежде всего для повышения температуры отложения (и тем самым снижения его вязкости), в значительной степени за счет теплопередачи при конденсации пара. Обычно пар вводят по «нагнетательному» стволу скважины, а нагретое отложение извлекают через «продуктивный» ствол скважины.

Как должно быть известно специалисту в данной области техники, имеются различные способы интенсификации добычи закачкой пара. Например, при паровом гравитационном дренировании (ПГД), когда коллектор, содержащий вязкое отложение запасов, идентифицирован, и геология позволяет, пробуривают два ствола скважины, оба с горизонтальными секциями в коллекторе, при этом верхний ствол проходит выше нижнего ствола. Чтобы густые дегтеобразные запасы могли протекать, пар нагнетают через верхний ствол (и кроме того, в некоторых скважинах сначала через нижний ствол), осуществляя подогрев, разжижение запасов и вызывая сток вниз в область нижнего «продуктивного» ствола, из которого их извлекают.

К другим похожим способам относится «паровое заводнение» (также известное как «непрерывное нагнетание пара»), при котором пар вводят в коллектор через (обычно) несколько нагнетательных стволов скважины, понижая вязкость и, поскольку пар конденсируется в воду, также вытесняя нефть к продуктивному стволу скважины. В варианте этого способа, также называемом циклическим нагнетанием пара, один и тот же ствол может функционировать как нагнетательный ствол скважины, так и как продуктивный ствол скважины. Сначала вводят пар (этот этап может продолжаться несколько недель), затем скважину останавливают или герметически закупоривают, позволяя пару конденсироваться и передавать теплоту к запасам. После этого скважину снова открывают и добывают нефть до тех пор, пока добыча не замедляется, когда нефть охлаждается. Затем процесс может быть повторен.

В некоторых случаях способы нагнетания пара можно применять в существующих скважинах, в которые исходно пар не закачивался, для повышения и/или поддержания добычи на более высоком уровне, чем тот, который может достигаться в отсутствие интенсификации добычи закачкой пара.

В зависимости от типа скважины и используемой закачки пара нагнетание пара можно выполнять различными способами. Например, некоторые, обычно применяемые обсадные колонны стволов скважины для нагнетания пара обычно включают в себя продольную прорезь, из которой пар выпускается для достижения и даже нагрева коллектора. Однако, поскольку пар стремится следовать по пути наименьшего сопротивления в коллекторе, нагрев может быть локализованным. Это означает, что образованная так называемая «паровая каверна» или «паровая камера» может быть нерегулярной по форме, что приводит к неэффективной добыче и опасности возникновения «прорыва пара», в результате чего пар попадает на путь, ведущий к продуктивной скважине, смешивается с нефтью при ее добыче.

В последнее время обсадные колонны нагнетательных скважин проектируют с несколькими дискретными отверстиями с задвижками, а не с одной продольной прорезью. Примеры описаны в WO2012/082488 и WO2013/032687, заявках на имя фирмы Halliburton, которая также производит промышленное изделие, известное как sSteam™ Valve. Такими задвижками можно избирательно управлять, например, на основании оценки формы паровой камеры, чтобы пытаться улучшить форму избирательного нагнетания пара на всем протяжении длины нагнетательного ствола скважины.

В различных способах закачки пара полезно иметь возможность осуществлять мониторинг характеристик нагнетания пара. Он может быть полезным просто для получения информации об общем воздействии на коллектор, но при некоторых применениях его можно выполнять при управлении нагнетанием пара, то есть при изменении общего расхода или давления или избирательном управлении отдельными клапанами на всем протяжении длины нагнетательной скважины, чтобы получать заданный профиль.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способам и устройству для определения и/или мониторинга различных параметров, имеющих отношение к нагнетанию пара вниз по скважине.

Поэтому согласно настоящему изобретению предложен способ мониторинга нагнетания пара в паронагнетательную скважину, содержащий:

получение первого температурного профиля по меньшей мере первого участка скважины путем выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины;

получение второго температурного профиля по меньшей мере первого участка скважины путем опроса второй волоконной оптики, развернутой на всем протяжении первого участка скважины, чтобы получить распределенное измерение изменений температуры, при этом опрос второй волоконной оптики содержит неоднократные опросы вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружение в результате каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализ обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры; и

объединение первого и второго температурных профилей, чтобы получить профиль нагнетания пара.

В способе настоящего изобретения используются технологии волоконно-оптических распределенных измерений температуры в сочетании с рэлеевской технологией волоконно-оптических распределенных измерений.

Волоконно-оптическое распределенное измерение температуры (РИТ) представляет собой известный способ, в котором оптическое волокно может неоднократно опрашиваться опрашивающим излучением, а обнаруживается опрашивающий свет, который испытывает бриллюэновское и/или рамановское рассеяние. Путем рассмотрения характеристик бриллюэновского частотного сдвига и/или амплитуд стоксова компонента/антистоксова компонента можно определять абсолютную температуру заданного участка волокна. При использовании способов оптической рефлектометрии во временной области (ОРВО) свет, рассеиваемый из отдельных участков волокна, можно стробировать во времени и анализировать, чтобы определять температуру на каждом из множества дискретных продольных чувствительных к температуре участков волокна.

Поэтому использование распределенного измерения температуры позволяет получать температурный профиль на всем протяжении длины по меньшей мере первой части скважины, которая обычно является скважиной, используемой для нагнетания пара. Температурный профиль может быть по существу температурным профилем на всем протяжении линии нагнетания пара скважины. Этот температурный профиль, который является профилем абсолютной температуры, можно использовать для выявления профиля пара на всем протяжении релевантной длины скважины. Температурный профиль, получаемый при распределенном измерении температуры, является полезным, однако понятно, что при распределенном измерении температуры требуется относительно большое время интегрирования измерений и поэтому картина температуры не обеспечивается в реальном времени. Кроме того, разрешение по температуре при распределенном измерении температуры может быть относительно ограниченным.

Поэтому в способе согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также опрашивают второе оптическое волокно, которое может быть или может не быть таким же оптическим волокном, как первое оптическое волокно, чтобы определить рэлеевское обратное рассеяние из оптического волокна, и используют изменение обнаруженного рэлеевского обратного излучения для определения любых изменений температуры на всем протяжении длины второго оптического волокна.

Как должно быть понятно специалисту в данной области техники, существуют процессы рассеяния различных видов, которые могут происходить, когда излучение распространяется в оптическом волокне. Как упоминалось выше, свет может подвергаться бриллюэновскому и/или рамановскому рассеянию. Эти процессы рассеяния являются неупругими и обычно включает в себя частотный сдвиг рассеянного излучения, сравнимый с частотой опрашивающего излучения. Рэлеевское обратное рассеяние представляет собой иной процесс рассеяния, который является результатом рассеяния от собственных рассеивающих узлов в оптическом волокне. Рэлеевское обратное рассеяние представляет собой процесс упругого рассеяния и поэтому излучение, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, имеет ту же частоту, что и опрашивающее излучение.

Когерентное рэлеевское излучение служит основой известного способа распределенного акустического измерения (РАИ). Распределенное акустическое измерение представляет собой измерение такого вида, в соответствии с которым оптическое волокно опрашивают одним или несколькими импульсами когерентного оптического излучения и обнаруживают любое излучение, которое является рэлеевским, обратно рассеянным изнутри волокна. И в этом случае обратно рассеянный свет может быть сгруппирован во временные ячейки при использовании принципов оптической рефлектометрии во временной области, чтобы получить признак рэлеевского обратного рассеяния с определенного чувствительного участка волокна.

Степень рэлеевского рассеяния с любого определенного чувствительного участка волокна зависит от распределения рассеивающих узлов на этом чувствительном участке. Каждый рассеивающий узел можно считать небольшим отражателем, работающим на отражение небольшой части опрашивающего излучения обратно к передней части волокна. При условии, что опрашивающее излучение является когерентным, рассеяния от различных рассеивающих узлов будут интерферировать. Интенсивность излучения, рассеиваемого обратно из волоконной оптики, изменяется случайным образом на всем протяжении длины волокна вследствие случайных изменений рассеивающих узлов. Однако в отсутствие каких-либо стимулов окружающей среды и в предположении, что свойства опрашивающего излучения остаются неизменными, излучение, которое является рэлеевским, обратно рассеянным с любого заданного чувствительного участка волокна, должно иметь одинаковые свойства от одного опроса к следующему. Однако любое напряжение, действующее на волокно, которое приводит к изменению эффективной длины оптического пути на релевантном чувствительном участке, будет приводить к изменению результирующего сигнала интерференции обратного рассеяния с этого чувствительного участка. Это изменение свойств может быть обнаружено как изменение интенсивности или в некоторых вариантах осуществления как изменение фазы и использовано в качестве показателя динамического напряжения, действующего на релевантный участок оптического волокна.

Следует отметить, что в таких датчиках и также при распределенном измерении температуры функция измерения распределена на протяжении всего оптического волокна и основана на процессах собственного рассеяния в оптическом волокне, а не на специально введенных узлах отражения, таких как волоконные брэгговские решетки или что-либо подобное (хотя рамановское или бриллюэновское рассеяние основано на ином процессе рассеяния по сравнению с рэлеевским рассеянием). Поэтому размер и распределение чувствительных участков оптического волокна могут быть несколько изменены путем изменения опрашивающего излучения и временных ячеек, в которых анализируют обратное рассеяние. Поэтому при таком подходе термин «распределенный датчик», используемый в этой заявке, следует воспринимать означающим волоконно-оптический датчик, функция измерения которого распределена на всем протяжении волоконной оптики.

Такие датчики распределенных акустических измерений обычно используют для обнаружения относительно быстродействующих динамических напряжений, например падающих акустических волн. Однако должно быть понятно, что те же принципы можно применять для обнаружения динамических изменений, вызываемых изменением температуры и следовательно, длины пути на релевантных чувствительных участках (вследствие модуляции результирующего напряжения и/или показателя преломления).

Поэтому в вариантах осуществления настоящего изобретения способ включает в себя неоднократные опросы вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружение в результате каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализ обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры. При использовании этих принципов распределенного акустического измерения для мониторинга изменений температуры таким способом можно выполнять измерения очень небольших изменений температуры и можно выполнять измерения с быстрой реакцией на любые изменения температуры. Этот способ позволяет разрешать изменения температуры меньше чем 1 мK и реагировать на быстрые изменения температуры, при этом обеспечивается эффективный мониторинг в реальном времени.

Использование рэлеевского обратного рассеяния в этом способе для определения любых изменений температуры, влияющих на дискретные чувствительные участки чувствительного оптического волокна, в этой заявке будет называться распределенным измерением температурного градиента (РИТГ).

Исходя из вышеизложенного, это распределенное измерение температурного градиента используют в способе для получения второго температурного профиля в дополнение к температурному профилю (первому температурному профилю) из распределенного измерения температуры. Поэтому второй температурный профиль представляет собой профиль изменений температуры на всем протяжении длины скважины, а не абсолютной температуры, но обычно имеет лучшее разрешение по температуре при изменении температуры и лучшую временную реакцию на любые изменения.

Поэтому в способе настоящего изобретения объединяют первый (полученный распределенным измерением температуры) и второй (полученный распределенным измерением температурного градиента) температурные профили, чтобы образовать профиль нагнетания пара. Следовательно, профиль нагнетания пара может содержать объединенный температурный профиль или может быть основан на нем.

Поэтому в способе можно использовать первый температурный профиль в качестве масштабирующего эталонного профиля для второго температурного профиля, чтобы создавать результирующий температурный профиль. По существу способ можно начинать с определения эталонных значений температурного профиля, полученного распределенным измерением, и модулировать этот температурный профиль изменениями температуры, показываемыми вторым температурным профилем.

В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно содержать получение по меньшей мере одного измерения температуры с точечного датчика температуры, расположенного на месте вдоль первого участка скважины. Точечный датчик температуры можно использовать для нахождения измерения температуры с высокой точностью и высоким разрешением, например, в обсадной колонне скважины. Измерение точечным датчиком температуры может дать дополнительную высокоточную информацию о температуре, которую можно использовать в добавление к профилю нагнетания пара. Должно быть понятно, что точечный датчик температуры может обеспечивать измерение с более высокой точностью и более высоким разрешением по сравнению с возможными при использовании распределенного измерения температуры. Однако размещение точечных датчиков в достаточном количестве на всем протяжении длины участка скважины для мониторинга с получением информации о температурном профиле может быть непрактичным и/или экономически неэффективным действием. Поэтому в способе можно использовать распределенное измерение температуры, для которого просто требуется одно оптическое волокно, развернутое на всем протяжении траектории скважины, чтобы определять первый температурный профиль, но можно использовать по меньшей мере один точечный датчик температуры для содействия при калибровке датчика распределенного измерения температуры. Поэтому способ может содержать калибровку первого температурного профиля на основании измерения с по меньшей мере одного точечного датчика температуры. В некоторых вариантах осуществления могут иметься по меньшей мере два точечных датчика температуры, при этом один расположен вблизи начала секции скважины, подлежащей мониторингу, и другой расположен вблизи конца секции скважины, подлежащей мониторингу. Например, в случае скважины с обычной горизонтальной секцией, в которую пар должен нагнетаться, скважина может иметь «пяточный» участок (на проксимальном конце горизонтальной секции) и «носковый» участок (на дистальном конце горизонтальной секции). Точечные датчики температуры могут быть расположены на пяточном и носковом участках вместе с первым (и вторым) оптическим волокном (волокнами), проходящими между пяточной и носковой секциями. При некоторых компоновках измерения температуры на пяточном и носковом участках могут быть использованы для калибровки первого температурного профиля. Как должно быть понятно специалисту в данной области техники, точечный датчик температуры может быть датчиком температуры любого подходящего вида.

В качестве дополнения или альтернативно способ может дополнительно содержать получение по меньшей мере одного измерения давления с датчика давления, расположенного на месте вдоль первого участка скважины. Этот или каждый датчик давления может быть точечным датчиком давления. Получение измерений давления может помочь при образовании профиля нагнетания пара. Поэтому профиль нагнетания пара может содержать меру изменения давления на всем протяжении первого участка скважины. Найденные значения давления могут быть включены в профиль нагнетания пара. Дополнительно или альтернативно давление, определяемое на всем протяжении участка скважины, можно использовать для введения поправки во второй температурный профиль (например, полученный распределенным измерением температурного градиента) на падения давления. Например, датчики давления, расположенные вблизи проксимального и дистального концов участка скважины, например на пяточном и носковом участках, соответственно, можно использовать для определения изменения давления на всем протяжении длины участка, и результирующий температурный профиль может включать в себя изменение давления, например профиль давления, и/или давление может быть регулируемым для компенсации наведенных давлением изменений в измерениях температуры. В результате можно получить температурный профиль с компенсацией влияния давления.

В некоторых вариантах осуществления способ может содержать получение первого акустического профиля по меньшей мере первого участка скважины путем выполнения распределенного акустического измерения на третьей волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины.

Упомянутое выше распределенное акустическое измерение представляет собой известный способ обнаружения относительно быстродействующих динамических напряжений/вибраций, действующих на чувствительное оптическое волокно. Поэтому способ может включать в себя опрос третьего оптического волокна, которое может быть или может не быть таким же, как первое и/или второе оптическое волокно, для выполнения распределенного акустического измерения (РАИ). Как упоминалось, распределенное акустическое измерение может включает в себя неоднократный ввод одного или нескольких импульсов когерентного излучения и обнаружение и анализ излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным изнутри волокна, для обнаружения любых акустических воздействий на волокно. Следует отметить, что акустический профиль, получаемый распределенным акустическим измерением, является дополнением к профилю, полученному распределенным измерением температурного градиента, упомянутым выше. Распределенным измерением температурного градиента профиль получают, чтобы по существу представить изменения температуры, тогда как распределенным акустическим измерением профиль получают, чтобы по существу показать любые относительно быстродействующие воздействия на чувствительное волокно. Поэтому должно быть понятно, что представляющие интерес акустические воздействия будут иметь более высокую частоту, чем любые изменения температуры.

Обнаружение акустического профиля на всем протяжении первого участка скважины можно использовать для определения потока пара на всем протяжении и вне первого участка скважины. Могут быть определены различные акустические характеристики, например акустическая интенсивность или мощность, возможно, на конкретных частотах или в частотных диапазонах, или может быть определен разброс акустической мощности по частоте. Могут быть определены спектральные характеристики, такие как преобладающие частоты или частотные диапазоны или разброс по частоте.

Должно быть понятно, что когда пар протекает по линии нагнетания пара в скважину и выходит из одного или нескольких выходных отверстий в окружающую среду, вполне могут быть характерные акустические сигналы. Например, относительной акустической интенсивностью до и после конкретного выходного отверстия для пара, то есть на месте в линии нагнетания пара, где пар может выходить в окружающую среду, может определяться показатель относительной доли пара, которая втекает в окружающую среду из этого выходного отверстия. Интенсивность акустического сигнала на выходном отверстии может быть показателем расхода на выходном отверстии. Частота, связанная с выходом пара через выходное отверстие, может быть характеристикой расхода на таком выходном отверстии.

В некоторых вариантах осуществления акустический профиль может быть объединен с данными, имеющими отношение к расходу пара на поверхности. Например, акустический профиль может быть нормирован на основании имеющегося расхода пара на устье скважины. Другие показатели на устье скважины, такие как давление пара на устье скважины, также могут использоваться для калибровки или нормирования акустического профиля.

Способ может содержать объединение акустического профиля и первого и второго температурных профилей для образования профиля нагнетания пара. Как рассматривалось выше, первый и второй температурные профили могут использоваться, при желании вместе с дополнительными измерениями температуры и/или давления, для определения объединенного температурного профиля, которым определяется показатель абсолютной температуры, но который также имеет высокое разрешение и является быстро реагирующим. Температурный профиль можно объединять с акустическим профилем для получения общего профиля нагнетания пара. Путем прослеживания характера изменения акустического профиля на всем протяжении первого участка скважины, а также характера изменения температуры на всем протяжении скважины можно образовать общий профиль потока пара на всем протяжении и вне скважины и следовательно, профиль нагнетания пара.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления для профиля нагнетания пара можно использовать по меньшей мере одно измерение на устье скважины, такое как расход пара, температура пара на поверхности, давление пара на поверхности, качество пара и т.д. Мониторинг различных параметров процесса нагнетания пара можно выполнять на устье скважины и использовать для образования профиля нагнетания пара.

Известно, что режим потока пара может изменяться в зависимости от температуры и давления вниз по скважине. При использовании точно определенного температурного профиля совместно с другой информацией, такой как акустические данные, касающиеся относительного расхода, можно оценивать режим потока, который находят на основании измеренного температурного профиля и дополнительных данных.

По существу в способе может осуществляться построение модели потока пара в скважине и могут использоваться первый и второй температурный профили (при желании с включением скважинных точечных измерений давления и/или температуры) и акустический профиль, если он имеется, для определения моделированного профиля потока пара, который согласуется с этими измеряемыми профилями. Как упоминалось, измерения на устье скважины можно также использовать для ограничения параметров, чтобы определять профиль нагнетания пара.

Факторы, влияющие на режим потока насыщенного пара/пара низкого давления, являются относительно хорошо понятными и специалист в данной области техники должен знать, каким образом выполнять построение соответствующей модели.

Таким образом, в способах настоящего изобретения используют ряд технологий волоконно-оптических измерений для регистрации различных профилей измерений на по меньшей мере первом участке скважины и объединения различных профилей для получения профиля нагнетания пара. Использование волоконно-оптических датчиков позволяет иметь относительно дешевые датчики, которыми можно осуществлять мониторинг по существу всей нагнетательной и/или продуктивной зоны скважины с закачкой пара без необходимости в существенном скважинном оборудовании. В некоторых вариантах осуществления один волоконно-оптический кабель может быть использован для распределенного измерения температуры и когерентного рэлеевского измерения (например, распределенного измерения температурного градиента и/или распределенного акустического измерения), хотя в других вариантах осуществления могут иметься отдельные волокна для когерентного рэлеевского измерения и распределенного измерения температуры (и/или может иметься другое оптическое волокно для распределенного измерения температурного градиента и распределенного акустического измерения). Измерения могут быть дополнены измерениями с небольшого количества точечных датчиков, таких как точечные датчики температуры для точного и с высоким разрешением измерения температуры и/или датчики давления, но требуется только небольшое количество таких датчиков, благодаря чему исключаются затраты и сложность, связанные с большим количеством точечных датчиков. Такие точечные датчики можно располагать, например, вблизи проксимального и дистального концов участка скважины, подлежащего мониторингу, для выполнения калибровки вблизи концов контролируемой секции.

Оптическое волокно (волокна), применяемое для измерения, можно располагать в буровой скважине, которую используют для нагнетания пара. Это может позволить осуществлять мониторинг температурного профиля и акустического профиля линии нагнетания пара и при желании измерять давление в линии нагнетания пара. В таком случае оптическое волокно, используемое для измерения, предпочтительно протягивать по всей длине секции скважины, используемой для нагнетания пара. Однако в некоторых вариантах осуществления оптическое волокно (волокна) для измерения можно дополнительно или альтернативно располагать в буровой скважине, используемой только для добычи, находящейся вблизи нагнетательной буровой скважины.

Таким образом, способ может включать в себя использование опросчика распределенного измерения температуры для опроса первого оптического волокна и использование когерентного рэлеевского опросчика для опроса второго оптического волокна. Когерентный рэлеевский опросчик может быть опросчиком распределенного оптического измерения, который способен обнаруживать любое изменение между опросами, обусловленное изменениями температуры, то есть способен выполнять распределенное измерение температурного градиента. Опросчик распределенного измерения температуры и когерентный рэлеевский опросчик могут быть отдельными блоками или же один опрашивающий блок может быть приспособлен для выполнения обеих функций.

Как упоминалось выше, опросчик распределенного измерения температуры и когерентный рэлеевский опросчик можно приспособить для опроса одинакового оптического волокна, то есть второе оптическое волокно является таким же, как первое оптическое волокно. В этом случае опросчики распределенного измерения температуры могут чередоваться с опросчиками распределенного измерения температурного градиента. В некоторых вариантах осуществления можно передавать последовательность опрашивающих импульсов, которые подходят как для распределенных измерений температуры, так и для распределенных измерений температурного градиента, и включают в себя когерентные импульсы опрашивающего излучения. Любое излучение, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, можно анализировать при распределенном измерении температурного градиента отдельно от любого излучения, которое является бриллюэновским и/или рамановским, рассеянным (хотя при некоторых датчиках распределенного измерения температуры меру рэлеевского рассеяния можно использовать при обработке). В некоторых вариантах осуществления отдельные опросчики, предназначенные для распределенного измерения температуры и распределенного измерения температурного градиента, могут быть перенесены в волокно, и способы мультиплексирования с разделением по длинам волн могут использоваться для соответствующего разделения обратных рассеяний.

Однако в некоторых вариантах осуществления могут быть отдельные оптические волокна для распределенного измерения температуры и для распределенного измерения температурного градиента.

Когда способ также включает в себя распределенное акустическое измерение, могут иметься первый и второй когерентные рэлеевские опросчики для распределенного измерения температурного градиента и распределенного акустического измерения, соответственно, которые могут или не могут действовать на одно и то же оптическое волокно. Однако по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления один и тот же когерентный рэлеевский опросчик может использоваться как для распределенного измерения температурного градиента, так и распределенного акустического измерения, при этом возможно использование одной последовательности опросов с обработкой для получения профиля при распределенном измерении температурного градиента и профиля при распределенном акустическом измерении на основании заранее определенных параметров.

Пространственное разрешение волоконно-оптических датчиков, то есть размер чувствительных участков датчика распределенного измерения температуры, датчика распределенного измерения температурного градиента и/или распределенного акустического измерения, можно задавать в зависимости от обстоятельств как любой подходящий размер. В вариантах осуществления, в которых одно и то же оптическое волокно используется как для распределенного измерения температуры, так и для распределенного измерения температурного градиента, или используются отдельные волокна, но уложенные по существу по одной и той траектории, размер и разнос чувствительных участков волокна для распределенного измерения температуры могут быть по существу такими же, как размер и разнос чувствительных участков волокна для распределенного измерения температурного градиента (и/или распределенного акустического измерения). При этом можно легко обрабатывать различные температурные и акустические профили. Однако должно быть понятно, что различные чувствительные участки могут иметь различные размеры или размещения, когда реализуются в виде различных датчиков.

Действия способа можно выполнять в реальном времени до, в течение и/или после этапа нагнетания пара. В некоторых вариантах осуществления способа можно получать профиль нагнетания пара, который можно использовать для задания контрольных параметров нагнетания пара управляющему персоналу. Однако в по меньшей мере некоторых вариантах осуществления способ может включать в себя автоматическое управление по меньшей мере одним аспектом нагнетания пара на основании найденного профиля пара. Например, в способе можно управлять по меньшей мере одним из расхода пара при нагнетании, давления пара при нагнетании, температуры пара при нагнетании и/или задания параметров одного или нескольких избирательно управляемых скважинных клапанов. В способе можно регулировать эти параметры, чтобы поддерживать профиль нагнетания пара в одном или нескольких заданных диапазонах или пределах.

Кроме того, изобретение относится к способу обработки данных. Поэтому согласно другому аспекту предложен способ определения профиля нагнетания пара, содержащий:

определение первого температурного профиля по меньшей мере первого участка скважины, получаемого путем распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины;

определение второго температурного профиля по меньшей мере первого участка скважины, получаемого путем неоднократных опросов вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружения в результате каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализа обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры; и

объединение первого и второго температурных профилей для получения профиля нагнетания пара.

Способ обработки согласно этому аспекту способа обладает такими же преимуществами и может быть реализован во всех таких же вариантах, которые рассмотрены выше применительно к первому аспекту изобретения.

Кроме того, изобретение относится к компьютерному программному обеспечению, которое может сохраняться на нетранзиторном носителе данных, для реализации любых способов, описанных выше, например, при выполнении на подходящем вычислительном устройстве.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложено устройство для определения профиля нагнетания пара, содержащее:

распределенный датчик температуры для выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении по меньшей мере первого участка скважины, чтобы получать первый температурный профиль первого участка скважины;

когерентный рэлеевский датчик для опроса второй волоконной оптики, развернутой на всем протяжении по меньшей мере первого участка скважины, для обеспечения распределенного измерения изменений температуры, чтобы получать второй температурный профиль первого участка скважины, при этом когерентный рэлеевский датчик выполнен с возможностью осуществления неоднократных опросов вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружения в результате опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализа обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры; и

процессор, сконфигурированный для объединения первого и второго температурных профилей, чтобы получать профиль нагнетания пара.

Устройство согласно этому аспекту изобретения обладает такими же преимуществами и может быть реализовано во всех таких же вариантах, какие описаны выше применительно к способам. В частности, когерентный рэлеевский опросчик может быть опросчиком, пригодным для распределенного акустического измерения, способным обнаруживать любое изменение между опросами, обусловленное изменениями температуры, то есть обладающим функцией распределенного измерения температурного градиента. Опросчик распределенного измерения температуры и когерентный рэлеевский опросчик могут быть отдельными блоками или один опрашивающий блок может быть приспособлен для выполнения обеих функций. Кроме того, может быть опросчик распределенного акустического измерения для получения акустического профиля. Опросчик распределенного акустического измерения может быть таким же, как когерентный рэлеевский опросчик. Кроме того, устройство может содержать интерфейс данных для по меньшей мере скважинного датчика давления и/или по меньшей мере одного скважинного точечного датчика температуры. Кроме того, процессор может быть сконфигурирован для приема данных в виде одного или нескольких параметров потока пара на устье скважины.

Теперь изобретение будет описано только для примера с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:

фигура 1 - примерный вид скважины с закачкой пара;

фигура 2 - иллюстрация компонентов когерентного рэлеевского распределенного волоконно-оптического датчика, используемого в вариантах осуществления настоящего изобретения;

фигура 3 - иллюстрация варианта осуществления настоящего изобретения; и

фигура 4 - блок-схема последовательности действий способа согласно варианту осуществления изобретения.

При различных заканчиваниях скважины для повышения добычи рано или поздно пар может нагнетаться в скважину в течение эксплуатации скважины. На фигуре 1 показан один пример скважины 100 с паровым гравитационным дренированием (ПГД).

Как должно быть известно специалисту в данной области техники, скважину 100 с паровым гравитационным дренированием обычно образуют бурением двух стволов скважины, чтобы использовать их в качестве «нагнетательного ствола» 102 и «продуктивного ствола» 104. Оба ствола скважины могут быть выполнены имеющими по существу горизонтальные участки, при этом горизонтальный нагнетательный ствол 102 расположен на несколько метров выше продуктивного ствола 104, но по существу параллельно ему. Оба горизонтальных участка стволов пробурены таким образом, что проходят сквозь подземный коллектор 106 запасов, который в случае скважины 100 с паровым гравитационным дренированием обычно является коллектором вязкой нефти или битума (термин «нефть», используемый в этой заявке, следует понимать как охватывающий все такие запасы).

При эксплуатации скважины 100 с паровым гравитационным дренированием парогенератор 108 используют для образования пара, который выпускают в коллектор 106 с горизонтального участка нагнетательного ствола 102. Этот пар нагревает запасы в коллекторе 106, понижая их вязкость. По прошествии некоторого времени пар образует паровую камеру 110, которая делает возможным протекание нагретых запасов на горизонтальный участок продуктивного ствола 104, на котором запасы собираются и, в свою очередь, выкачиваются на поверхность насосной установкой 112. Установка также содержит контроллер 114, находящийся в связи нагнетательным стволом 102. В некоторых вариантах осуществления этот контроллер 214 может быть приспособлен к управлению клапанами в нагнетательном стволе 102 для избирательного выпуска пара из него. В этом конкретном примере показаны пять индивидуальных клапанов, создающих пять отдельных струй 116 пара в камеру 110. Однако, должно быть понятно, что реальная система может иметь длину несколько километров и может быть предусмотрено намного больше клапанов.

Как должно быть известно специалисту в данной области техники, хотя компоновка, показанная выше, является довольно типичной, известны варианты, в соответствии с которыми продуктивный ствол 104 используют для введения пара по меньшей мере на начальных этапах нагрева. Кроме того, известны другие подобные схемы, в которых пар используют для нагрева коллектора, в том числе для циклической обработки паром, при которой один ствол используют попеременно как продуктивный ствол и нагнетательный ствол, и паровое заводнение, при котором нефть нагревается паром, выпускаемым из одного или нескольких нагнетательных стволов, и продвигается к продуктивной скважине. Любые такие способы могут выигрывать от использования общих принципов, описанных в этой заявке, и могут составлять способы обработки паром, которые можно использовать в обрабатываемых паром скважинах.

Чтобы обеспечивать эффективное нагнетание пара и чтобы гарантировать доставку пара заданным способом, например, чтобы гарантировать заданную форму паровой полости или чего-либо подобного, целесообразно иметь возможность осуществлять мониторинг профиля потока пара при нагнетании пара в скважину.

Поэтому в вариантах осуществления настоящего изобретения нагнетательная скважина 102 может быть снабжена по меньшей мере одним волоконно-оптическим кабелем 204, развернутым на всем протяжении длины скважины, проходящим от устья скважины вниз по вертикальной секции и на всем протяжении длины горизонтальной секции, используемой для нагнетания пара. Как показано на фигуре 2, этот или каждый волоконно-оптический кабель 204 соединен с опросчиком 206 волоконной оптики.

На фигуре 2 показана структурная схема устройства для распределенных волоконно-оптических измерений. Отрезок чувствительного волокна 204 на одном конце соединен с возможностью отсоединения с опросчиком 206. Выходной сигнал с опросчика 206 проходит к процессору 208 обработки сигналов, который может быть совмещен с опросчиком или может быть удален от него, и при желании проходит к пользовательскому интерфейсу/графическому дисплею 210, который на практике может быть реализован надлежащим образом спроектированным персональным компьютером. Пользовательский интерфейс 210 может быть совмещен с процессором 208 обработки сигналов или может быть удален от него.

Чувствительное волокно может 204 иметь многокилометровую длину, например, по меньшей мере такую же длину, как глубина буровой скважины, которая обычно может быть длиной около 1,5 км. В этом примере чувствительное волокно является стандартным немодифицированным одномодовым оптическим волокном, таким, какое обычно используют в области техники связи, и нет необходимости преднамеренно вводить отражающие узлы, такие как волоконная брэгговская решетка или что-либо подобное. Возможность использования немодифицированного отрезка стандартного оптического волокна для выполнения измерения означает, что можно использовать дешевое легкодоступное волокно. Однако в некоторых вариантах осуществления волокно может представлять собой волокно, которое изготовлено особенно чувствительным к случайным вибрациям, или фактически может содержать один или несколько точечных датчиков или что-либо подобное. В процессе использования волокно 204 развертывают так, чтобы оно находилось на протяжении всей длины буровой скважины, такой как скважина с продуктивным или нагнетательным стволом, описанная выше в связи с рассмотрением фигуры 1.

Специалисту в данной области техники известны распределенные волоконно-оптические измерения различных видов.

Распределенное измерение температуры (РИТ) является известным способом, в котором один отрезок продольного волокна опрашивают оптически, обычно с помощью одного или нескольких входных импульсов, чтобы осуществлять по существу непрерывное измерение температуры на всем протяжении его длины. Оптические импульсы вводят в волокно и излучение, которое является бриллюэновским или рамановским рассеянием в волокне, можно обнаруживать и анализировать, чтобы определять температурный профиль на каждом из множества чувствительных участков волокна. Специалисту в данной области техники должны быть известны различные датчики для распределенного измерения температуры, которые могут быть реализованы в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Распределенное акустическое измерение (РАИ) является измерением еще одного известного вида, при котором один отрезок продольного волокна опрашивают оптически, обычно с помощью одного или нескольких входных импульсов, чтобы осуществлять по существу непрерывное измерение вибрационной активности на всем протяжении его длины. Оптические импульсы вводят в волокно и излучение, обратно рассеиваемое изнутри волокна, обнаруживают и анализируют. При анализе излучения обратного рэлеевского рассеяния в волокне можно эффективно разделять волокно на множество дискретных чувствительных участков, которые могут быть (а могут и не быть) смежными. В пределах каждого дискретного чувствительного участка механические вибрации волокна, например в результате действия акустических источников, вызывают изменение степени излучения, которое рассеивается обратно с этого участка. Это изменение можно обнаруживать и анализировать и использовать для получения меры интенсивности возмущения волокна на этом чувствительном участке.

Соответственно, используемый в этом описании термин «распределенный акустический датчик» будет означать датчик, содержащий оптическое волокно, которое опрашивают оптически, чтобы образовать множество дискретных акустических чувствительных участков, распределенных в продольном направлении на всем протяжении волокна, а термин «акустический» будет охватывать механическую вибрацию любого вида или волну давления, в том числе сейсмическую волну. Следует отметить, что используемый в этой заявке термин «оптический» не ограничен видимым спектром, а оптическое излучение включает в себя инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение.

Поскольку волокно не имеет разрывов, длина и компоновка отрезков волокна, соответствующие каждому каналу, определяются опросом волокна. Их можно выбирать в соответствии с физической структурой волокна и скважины, мониторинг которой осуществляют, и также в соответствии с видом требуемого мониторинга. Таким образом, расстояние вдоль волокна или глубину, в случае по существу вертикальной скважины, и длину каждого отрезка волокна или разрешение канала можно легко изменять регулировкой опросчика, изменением длительности входных импульсов и коэффициента заполнения входных импульсов без каких-либо изменений в волокне. Распределенное акустическое измерение можно выполнять с использованием продольного волокна длиной 40 км или больше, например, разрешая измеряемые данные на 10-метровых отрезках. При типичном скважинном применении волокно длиной в несколько километров является обычным, то есть волокно может проходить на всем протяжении длины ствола скважины, и разрешение канала, образуемого продольным чувствительным участком волокна, может быть порядка 1 м или нескольких метров. Пространственное разрешение, то есть длину индивидуальных чувствительных участков волокна, и распределение каналов можно изменять во время использования, например, в ответ на обнаруживаемые сигналы.

В процессе работы опросчик 206 вводит в чувствительное волокно 204 опрашивающее электромагнитное излучение, которое может представлять собой, например, последовательность оптических импульсов, имеющих заданную схему частоты повторения. Оптические импульсы могут иметь такую схему частоты повторения, какая описана в публикации GB2442745 патента Великобритании, содержание которой включено в эту заявку путем ссылки. Как описано в GB2442745, явление рэлеевского обратного рассеяния приводит к тому, что некоторая доля света, входящего в волокно, отражается обратно к опросчику, в котором свет обнаруживается с образованием выходного сигнала, который отражает акустические возмущения вблизи волокна. Поэтому удобно, если опросчик 206 содержит по меньшей мере один лазер 212 и по меньшей мере один оптический модулятор 214 для образования множества оптических импульсов, разнесенных по частоте в соответствии с известным сдвигом оптической частоты. Кроме того, опросчик содержит по меньшей мере один фотодетектор 216, расположенный для обнаружения излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным от собственных рассеивающих узлов в волокне 204.

Сигнал с фотодетектора обрабатывается процессором 208 обработки сигналов. Процессор обработки сигналов надлежащим образом демодулирует отраженный сигнал на основании сдвига частот между оптическими импульсами, например так, как это описано в GB2442745. Кроме того в процессоре обработки сигналов может применяться алгоритм развертывания фазы, описанный в GB2442745. Поэтому можно выполнять мониторинг фазы света, обратно рассеиваемого из различных отрезков оптического волокна. Следовательно, можно обнаруживать любые изменения эффективной длины пути из определенного отрезка волокна, такие, которые обусловлены падающими волнами давления, вызывающими напряжение на волокне. Дальнейшие примеры импульсов и способов обработки имеются в WO2012/137021 и WO2012/137022.

Форма оптического входного сигнала и способ обнаружения позволяют пространственно разрешать дискретные продольные чувствительные участки одного непрерывного волокна. То есть, акустический сигнал, воспринимаемый с одного чувствительного участка, может создаваться по существу независимо от сигнала, воспринимаемого с соседнего участка. Такой датчик может считаться полностью распределенным или собственным датчиком, поскольку в нем используется обрабатываемое собственное рассеяние, характерное для оптического волокна, и поэтому функция восприятия распределяется по всему оптическому волокну.

Для гарантии эффективного захвата сигнала частоту выборок на фотодетекторе 216 и скорость обработки исходного сигнала задают надлежащим образом. Для исключения затрат, связанных с высокоскоростными компонентами, в большей части систем распределенных акустических измерений частоту выборок следует задавать около минимальной требуемой частоты.

Как упоминалось выше, волокно 204 опрашивают, чтобы создавать последовательность продольных чувствительных участков или «каналов», протяженность которых зависит от свойств опросчика 106 и обычно от используемого опрашивающего излучения. Поэтому пространственную протяженность чувствительных участков можно изменять в процессе использования, даже после размещения волокна в буровой скважине, изменением свойств опрашивающего излучения. Это невозможно при использовании обычной группы геофонов, в которой физическим расстоянием между геофонами определяется пространственное разрешение системы. Датчик распределенных акустических измерений может обеспечивать пространственную протяженность чувствительных участков порядка 10 м.

Поскольку чувствительное оптическое волокно 204 является относительно недорогим, его можно развертывать на месте нахождения буровой скважины на постоянной основе, так как затраты на оставленное на месте работы волокно 204 незначительны. Поэтому волокно 204 целесообразно развертывать так, чтобы оно не мешало нормальной работе скважины.

Принципы распределенных акустических измерений с использованием когерентного рэлеевского обратного рассеяния можно применять для обнаружения любого динамического изменения, влияющего на длину пути с чувствительного участка волокна. Это изменение может включать в себя изменение температуры. Поэтому принципы распределенных акустических измерений с использованием когерентного рэлеевского обратного рассеяния можно применять для обнаружения изменений температуры.

Такой способ пригоден для измерения очень небольших температурных градиентов. Этот способ измерения в этой заявке будет называться распределенным измерением температурного градиента (РИТГ). В отличие от распределенного измерения температуры интегрирование не требуется, поэтому эти измерения могут выполняться в реальном времени, и разрешение температуры может быть меньше чем милликельвин (мK). Однако измерение представляет собой изменение абсолютной температуры, а не скалярное значение температуры, как при распределенном измерении температуры.

В вариантах осуществления настоящего изобретения как распределенное измерение температуры, так и распределенное измерение температурного градиента, используются для получения объединенного температурного профиля, который можно использовать для определения профиля нагнетания пара. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления может использоваться профиль, полученный распределенным акустическим измерением, то есть профиль, показывающий сигналы, обнаруженные на акустических частотах с использованием датчика распределенных акустических измерений, возможно, совместно с дополнительными точечными измерениями.

На фигуре 3 показан основной вариант осуществления. На фигуре 3 показана горизонтальная секция обсадной колонны 301 скважины, которая может быть внешней обсадной колонной скважины или обсадной колонной скважины, образующей часть линии нагнетания пара, или некоторой промежуточной обсадной колонной. Первая волоконная оптика 204а проходит на всем протяжении траектории обсадной колонны скважины. Первая волоконная оптика 204а проходит по вертикальной секции скважины, не показанной ради ясности, и соединена с первым опросчиком 206а, который является опросчиком распределенного измерения температуры. Кроме того, в этом варианте осуществления вторая волоконная оптика 240b проходит на всем протяжении длины обсадной колонны скважины и соединена на устье скважины с опросчиком 206b, который является когерентным рэлеевским опросчиком, способным выполнять распределенное измерение температурного градиента, то есть распределенное акустическое измерение изменений температуры. В некоторых вариантах осуществления опросчик 206b также способен выполнять распределенные акустические измерения при акустическом стимулирующем воздействии на волокно 204b. В некоторых вариантах осуществления два опросчика могут быть частью одного блока и в них могут совместно использоваться по меньшей мере некоторые компоненты. В некоторых вариантах осуществления два опросчика могут работать при использовании одной волоконной оптики, например только волокна 204, показанного на фигуре 1.

Обсадная колонна 301 скважины включает в себя по меньшей мере одно выходное отверстие 302 для пара, которое в некоторых вариантах осуществления может содержать управляемый клапан. Следует понимать, что на практике может быть намного больше выходных отверстий.

Опросчик распределенного измерения температуры опрашивает первое оптическое волокно 204а для мониторинга абсолютной температуры на всем протяжении контролируемой секции скважины, в том числе до, вблизи и после выходного отверстия.

Этим будет обеспечиваться абсолютная мера температурного профиля на всем протяжении скважины. Хотя температурный профиль, получаемый при распределенном измерении температуры, является полезным, необходимость интегрирования отраженных сигналов при распределенном измерении температуры означает, что температурный профиль является медленно реагирующим на любые изменения. Кроме того, может иметься предел разрешения по температуре. Поэтому опросчик 206b также опрашивает второе оптическое волокно 204b для выполнения распределенных измерений температурного градиента. Как упоминалось выше, распределенное измерение температурного градиента позволяет определять изменения температуры с разрешением порядка около 1 мK или лучше, то есть изменения температуры меньше чем 1 мK могут быть разрешены, и при этом с большим быстродействием. Однако температурный профиль, обеспечиваемый распределенными измерениями температурного градиента, является относительным профилем изменений температуры, а не абсолютным профилем. Однако в вариантах осуществления настоящего изобретения соответствующий процессор, такой как процессор 208, и/или контроллер 114 могут быть приспособлены для объединения двух температурных профилей с образованием результирующего температурного профиля, который не только является точным, имеющим высокое разрешение и способным к быстрому обновлению, но также обеспечивает абсолютные значения.

Чтобы полностью характеризовать профиль пара, в вариантах осуществления изобретения можно также использовать дополнительные данные. Кроме того, опросчик 206b может быть приспособлен для получения при распределенном акустическом измерении профиля акустических сигналов на всем протяжении длины скважины. Кроме того, могут иметься по меньшей мере первый и второй точечные датчики 303а и 303b температуры, приспособленные для мониторинга температуры с высокими разрешением и точностью, например, в начале и конце контролируемой секции скважины, например на участке излома (где начинается горизонтальная секция) и на дальнем участке (вблизи дистального конца скважины). Кроме того, имеются датчики 304а и 304b давления, которые и в этом случае могут быть расположены, например, в начале и конце контролируемой секции скважины.

Как представлено в таблице 1, приведенной ниже, сочетание пяти независимых измерений, с измерителей давления и температуры на пятке и носке, распределенного измерения температуры, распределенного акустического измерения и распределенного измерения температурного градиента, можно использовать для получения уникального набора данных, применяемого для определения профиля потока пара на всем протяжении горизонтальной скважины. Эти данные можно использовать в дополнение к данным с оборудования устья скважины, таким как данные наземного насоса, температура, расход, качество пара и т.д.

Таблица 1

Давление (Р) в точке Точечное измерение (на пятке и носке) Температура (Т) в точке Точечное измерение (на пятке и носке) Распределенное измерение температуры (РИТ) Распределенное измерение Распределенное акустическое измерение (РАИ) Распределенное измерение Распределенное измерение температурного градиента (РИТГ) Распределенное измерение

В добавление к распределенным измерениям температуры дискретные точечные измерения давления и температуры с высоким разрешением и высокой точностью в кольцевом пространстве обеспечивают дополнительные ограничивающие условия для двухфазной модели и добавляют долговременную точность абсолютной температуры к точности распределенного измерения температуры. В таком случае эталонные распределенные измерения температуры могут использоваться для получения эталона распределенных скалярных температур, на который могут быть отображены распределенные измерения градиентов абсолютной температуры с высоким разрешением.

На фигуре 4 блок-схема последовательности действий показана для иллюстрации одного примера способа определения высокоточного температурного профиля на всем протяжении длины горизонтальной скважины и связи его с характеристиками потока, также измеряемыми в скважине. При выполнении многочисленных измерений, достижимых с использованием предложенных волоконно-оптических датчиков, можно находить неизвестные члены в уравнениях различных характеристик потока пара и пара низкого давления.

Режим насыщенного пара и его потока в скважине сильно зависит как от давления, так и от температуры. Поэтому точные измерения давления и температуры могут очень полезными при выполнении операций закачки пара в пласт и испытании. При привязывании к измерениям точечных датчиков на пятке и носке скважины технология скважинных распределенных измерений температуры/распределенных измерений температурного градиента обеспечивает возможность выполнения точных измерений температурного профиля на протяжении длины скважины. Технология распределенных акустических измерений не позволяет измерять давление, но может давать информацию о профиле потока пара на протяжении длины скважины. Сочетанием распределенных акустических измерений, распределенных измерений температурного градиента, распределенных измерений температуры и одноточечных измерений давления/температуры дается ценная информация для лучшего понимания режима потока пара в различных частях коллектора.

Изобретение было описано применительно к различным вариантам осуществления. Если ясно не изложено иное, различные описанные признаки могут сочетаться друг с другом и признаки из одного варианта осуществления могут использоваться в других вариантах осуществления.

Следует отметить, что приведенными выше вариантами осуществления изобретение иллюстрируется, а не ограничивается, и что специалисты в данной области техники могут создавать многие альтернативные варианты осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. Слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов помимо перечисленных в пункте формулы изобретения, неопределенные артикли не исключают множества, а один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких блоков, перечисленных в формуле изобретения. Любые позиции или обозначения в пунктах формулы изобретения не должны толковаться как ограничивающие их объем.

Раскрыты способы и устройство для мониторинга нагнетания пара в паронагнетательную скважину. Способ включает в себя получение первого температурного профиля скважины путем выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике. Кроме того, в способе получают второй температурный профиль скважины путем опроса второй волоконной оптики, чтобы осуществить распределенное измерение изменений температуры. Опрос второй волоконной оптики содержит неоднократные опросы вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружение на основании каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализ обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменением температуры. В способе объединяют первый и второй температурные профили для получения профиля нагнетания пара. Кроме того, способ может включать в себя определение акустического профиля скважины с помощью распределенного акустического измерения. Измерения с небольшого количества скважинных точечных датчиков температуры и давления также можно использовать для определения профиля нагнетания пара. 4 н. и 36 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ мониторинга нагнетания пара в паронагнетательную скважину, содержащий этапы, на которых:

получают первый температурный профиль по меньшей мере первого участка скважины путем выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины; причем выполнение распределенного измерения температуры содержит неоднократное опрашивание первой волоконной оптики оптическим излучением и обнаружение и анализ излучения, которое является бриллюэновским и/или рамановским, рассеиваемым от первой волоконной оптики;

получают второй температурный профиль по меньшей мере первого участка скважины путем опроса второй волоконной оптики, развернутой на всем протяжении первого участка скважины, чтобы получить распределенное измерение изменений температуры, при этом опрос второй волоконной оптики содержит неоднократные опросы вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружение в результате каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализ обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры; и

объединяют первый и второй температурные профили, чтобы получить профиль нагнетания пара.

2. Способ по п. 1, в котором первый участок скважины представляет собой участок скважины, используемый для нагнетания пара.

3. Способ по п. 1, в котором первый температурный профиль представляет собой температурный профиль на всем протяжении линии нагнетания пара скважины.

4. Способ по п. 1, в котором второй температурный профиль имеет разрешение по температуре 1 мK или лучше.

5. Способ по п. 1, содержащий использование первого температурного профиля в качестве эталонного профиля для второго температурного профиля, чтобы создавать результирующий температурный профиль.

6. Способ по п. 5, в котором первый температурный профиль используют в качестве масштабирующего эталонного профиля.

7. Способ по п. 5, в котором первый температурный профиль модулируют изменениями температуры, показываемыми вторым температурным профилем.

8. Способ по п. 1, содержащий получение по меньшей мере одного измерения температуры с по меньшей мере одного точечного датчика температуры, расположенного на месте вдоль первого участка скважины.

9. Способ по п. 8, в котором по меньшей мере один точечный датчик температуры используют для нахождения измерения температуры с высокой точностью и высоким разрешением.

10. Способ по п. 8, в котором по меньшей мере одно измерение температуры с по меньшей мере одного точечного датчика температуры осуществляют в обсадной колонне скважины.

11. Способ по п. 8, содержащий калибровку первого температурного профиля на основании измерения с по меньшей мере одного точечного датчика температуры.

12. Способ по п. 8, в котором имеются по меньшей мере два точечных датчика температуры.

13. Способ по п. 12, в котором один из точечных датчиков температуры располагают в начале первого участка скважины и другой из точечных датчиков температуры располагают в конце первого участка скважины.

14. Способ по п. 12, в котором скважина имеет по существу горизонтальную секцию между пяточным участком и носковым участком и один из точечных датчиков температуры располагают на пяточном участке и другой из точечных датчиков температуры располагают на носковом участке.

15. Способ по п. 1, содержащий получение по меньшей мере одного измерения давления с датчика давления, расположенного на месте вдоль первого участка скважины.

16. Способ по п. 15, в котором датчик давления представляет собой точечный датчик давления.

17. Способ по п. 15, в котором по меньшей мере одно измерение давления с датчика давления осуществляют в обсадной колонне скважины.

18. Способ по п. 15, в котором имеются по меньшей мере два датчика давления.

19. Способ по п. 18, в котором один из датчиков давления располагают в начале первого участка скважины и другой из датчиков давления располагают в конце первого участка скважины.

20. Способ по п. 19, в котором скважина имеет по существу горизонтальную секцию между пяточным участком и носковым участком и один из датчиков давления располагают на пяточном участке и другой из датчиков давления располагают на носковом участке.

21. Способ по п. 15, в котором профиль нагнетания пара содержит меру изменения давления на всем протяжении первого участка скважины.

22. Способ по п. 15, в котором давление, определяемое на всем протяжении первого участка скважины, регулируют для компенсации наводимых давлением изменений при измерениях температуры.

23. Способ по п. 1, в котором первая волоконная оптика также является второй волоконной оптикой.

24. Способ по п. 1, также содержащий получение первого акустического профиля по меньшей мере первого участка скважины путем выполнения распределенного акустического измерения на третьей волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины.

25. Способ по п. 24, в котором определение первого акустического профиля содержит определение по меньшей мере одного из акустической интенсивности или мощности, акустической интенсивности на одной или нескольких заданных частотах или в частотных диапазонах; и разброса акустической мощности по частоте.

26. Способ по п. 25, в котором акустический профиль объединяют с данными, относящимися к расходу пара на устье скважины.

27. Способ по п. 26, в котором первый акустический профиль нормируют на основании расхода пара на устье скважины.

28. Способ по п. 26, в котором давление пара на устье скважины используют для калибровки или нормирования первого акустического профиля.

29. Способ по п. 24, содержащий объединение акустического профиля и первого и второго температурных профилей для образования профиля нагнетания пара.

30. Способ по п. 24, в котором третья волоконная оптика является такой же, как по меньшей мере одна из первой и второй волоконных оптик.

31. Способ по п. 1, в котором профиль нагнетания пара также основан на по меньшей мере одном измерении на устье скважины.

32. Способ по п. 31, в котором измерение на устье скважины содержит по меньшей мере одно из расхода пара, температуры пара на поверхности, давления пара на поверхности и качества пара.

33. Способ по п. 1, содержащий построение модели потока пара в скважине и использование по меньшей мере первого и второго температурных профилей для определения моделированного профиля потока, который согласуется с измеряемыми профилями.

34. Способ по п. 1, причем способ выполняют в реальном времени в течение этапа нагнетания пара.

35. Способ по п. 1, в котором профиль нагнетания пара используют для задания одного или нескольких параметров управления нагнетанием пара.

36. Способ по п. 35, содержащий автоматическое управление по меньшей мере одним аспектом нагнетания пара на основании определенного профиля пара.

37. Способ по п. 36, причем в способе регулируют по меньшей мере одно из расхода при нагнетании пара, давления при нагнетании пара, температуры при нагнетании пара и задания параметров одного или нескольких избирательно управляемых скважинных клапанов.

38. Способ определения профиля нагнетания пара, содержащий этапы, на которых:

определяют первый температурный профиль по меньшей мере первого участка скважины, получаемый путем распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении первого участка скважины; причем выполнение распределенного измерения температуры содержит неоднократное опрашивание первой волоконной оптики оптическим излучением и обнаружение и анализ излучения, которое является бриллюэновским и/или рамановским, рассеиваемым от первой волоконной оптики;

определяют второй температурный профиль по меньшей мере первого участка скважины, получаемый путем неоднократных опросов вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, в результате каждого опроса обнаруживают любое излучение, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализируют обнаруженное обратно рассеянное излучение, чтобы обнаружить любое изменение между опросами, обусловленное изменениями температуры; и

объединяют первый и второй температурный профили, чтобы получить профиль нагнетания пара.

39. Носитель данных, содержащий компьютерное программное обеспечение, которое при выполнении на подходящем вычислительном устройстве осуществляет способ по любому из предшествующих пунктов.

40. Устройство для определения профиля нагнетания пара, содержащее:

распределенный датчик температуры для выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике, развернутой на всем протяжении по меньшей мере первого участка скважины, чтобы получать первый температурный профиль первого участка скважины, причем выполнение распределенного измерения температуры содержит неоднократное опрашивание первой волоконной оптики оптическим излучением и обнаружение и анализ излучения, которое является бриллюэновским и/или рамановским, рассеиваемым от первой волоконной оптики;

когерентный рэлеевский датчик для опроса второй волоконной оптики, развернутой на всем протяжении по меньшей мере первого участка скважины, для обеспечения распределенного измерения изменений температуры, чтобы получать второй температурный профиль первого участка скважины, при этом когерентный рэлеевский датчик выполнен с возможностью осуществления неоднократных опросов вводом одного или нескольких импульсов когерентного излучения во вторую волоконную оптику, обнаружения в результате каждого опроса любого излучения, которое является рэлеевским, обратно рассеянным, и анализа обнаруженного обратно рассеянного излучения для обнаружения любого изменения между опросами, обусловленного изменениями температуры; и

процессор, сконфигурированный для объединения первого и второго температурных профилей, чтобы получать профиль нагнетания пара.