專利名稱:在油井中安放地震傳感器的方法和裝置的制作方法
本發明涉及一種方法，該方法旨在將地震傳感器安裝在石油生產井中以便能對有關井的狀態進行范圍極其廣泛的測量，并能對井中的流量以及特別是能對產油區石油逸出測定的地震讀數進行監控。
行家們都熟悉在生產用井中使用傳感器。比如，使用傳感器通過聲學方法確定與側壁外部管道柱或預先安裝在其中的殼體相連接的井眼水泥膠結(灌漿)的質量。在鉆井的完工階段有一個常規的操作過程，該操作過程包括將一殼體降入井中并將水泥灌入環狀空間以防止井所產生的流體逃逸或沿這一通道徙移;水泥膠結(灌漿)的質量決定了環狀空間的不滲透性，灌漿質量是通過諸如將一含有安裝在不同深度的聲接收器發送器的一長長的傳感器放入管狀殼體之內而加以測定的。發出的聲波在環狀區尤其是在水泥中傳插后被不同的接收器接收。對接收到的信號所進行的比較使人們可以獲知諸如哪個分布是完全均勻的。
另一種人所共知的應用的例子是將一探測器降入管狀井中，所述探測器包括許多能探測到各種待測量的參數(特別是聲音噪聲、天然放射性，溫度、壓力等)的傳感器。
歐洲專利申請號為第55463或98778、以及美國專利第4，390，878號的專利中描述了在管狀井中使用傳感器的一些方法的實例。
管狀豎井中設置傳感器適合于對附近環狀區進行局部測量或適合于對管道中的流量進行監控。但它卻并不適合于諸如通過使用地震方法來確定在操作過程中所發生的油的逸漏。地震記錄主要是通過垂直地震剖面方法(VSP)來進行的，該方法包括通過安裝在鉆井中的不同深度的許多地音探測器接收來自各地下反射器所反射的回波，這些波由一個地震發生器發射，該發生器安裝在地面或者也可以安裝在另一個井中。由于地音探測器是通過殼體與周圍地層相連接的，因此這種使用地音探測器降入打好的石油生產井中的方法的實施就變得非常困難。
根據本發明的方法，允許在一個用于生產石油液體的鉆井中安裝地震傳感器，井中包括一個用水泥膠結(密封)的殼體。其特征在于，傳感器安裝在殼體里面并且嵌入水泥中，所述水泥確保殼體的膠結。
不同的地震傳感器，比方說，安裝在殼體外的不同深度，并由導電線與地面相連。在每一深度處，都裝有一個或一組傳感器。當殼體外部與控制(guidance)裝置形成一體時，則傳感器固定在這些控制裝置之上，導線圍繞用環狀物定位在殼體的外壁上。控制裝置可包括諸如軟的對中裝置。為便于傳感器的安裝，最好采用非對稱控制裝置，該裝置將殼體在它的長度的一部分的距離上移向井的一側，傳感器安裝在殼體的對面一側。也可以使用其橫截面至少在它們的長度的一部分上是縮小的殼體，傳感器安裝在殼體的減小了的截面上，緊挨著殼體本身。為了連接傳感器，在傳感器和殼體之間插入一層阻尼材料。
本發明的方法的一個優點在于傳感器通過水泥直接地與周圍的地質層相連接，因此，它們可以用來接收在油井的生產期間內這些地層里面所產生的微小地震信號或地面上某一發射點所傳播開來的信號，這一位置或點可發生在井的垂線上或甚至與井的軸線相對的某一確定的方向上或者井的方向上，如果后者被彎曲的話。此外，還有一可能的應用是在一個井中接收發自安裝在另一個井中的一個噪聲源的地震信號。
根據本發明的方法所得的傳感器與殼體內部的聲連接，同樣也使它們能被用于探測由井內的流動的流體所產生的噪聲和振動。
本方法還有一重要的優點在于這樣一個事實，即地震傳感器的安裝很簡易，適合于使用在油井中的設備和方法，水泥澆灌方法也用于將地震傳感器與周圍地層相連接。
本方法的其它特征及優點將通過結合附圖對下面一些實施例的描述而加以闡明，這些實施例僅作為說明的例子而決不是對本發明的限制。
附圖中-圖1用極為簡化的方式描述了一個用于生產的油井，其外部殼體與許多嵌在水泥里面的地震傳感器相連接;
-圖2為將地震傳感器固定在外部殼體外面的裝置的示意圖;
-圖3為一個能使殼體沿測邊移動某一長度以使安裝傳感器的空間變大的不對稱對中裝置的示意圖;
-圖4為在偏離中心區的殼體中的傳感器的安排的示意圖;
-圖5為一個實施例的示意圖，其中，傳感器安裝在一個通過收縮殼體而增大的環狀空間中;
-圖6為圖5的一個變形，其中，對殼體的收縮為非對稱的;
-圖7為另一個實施例的示意圖，其中，在每一地震探測器和殼體的外壁之間有一層阻尼材料;
-圖8為一個能在產油區內進行地震探測的發射/接收裝置的略圖;
-圖9描述了另一個實施例，其中，可使用安裝在不同層深度的有向(方向性)傳感器;
-圖10所示為包括三個傳感器，分別安裝在殼體的周圍并相互隔開120°角的一種安排(結構);
-圖11為一個公知的裝置的示意圖，該裝置被降入管狀井里以便灌入水泥;
-圖12為外部與殼體形成一體并具有地震傳感器插座的套管的示意圖;
-圖13為地震傳感器安裝在它的插座中的示意圖。
圖1所示的井(1)，以第一直徑鉆至某一深度，通過產油區，再鉆成比第一直徑小的第二直徑。井有一通常的外殼，它由兩部分(2a)和(2b)組成，對應于鉆井直徑的不同的截面。具有較小直徑的部份(2b)裝有一體積可變的壓緊器封口(Packer sealing)裝置(4)，該裝置(4)在它自身和另一具有較大直徑的部分(2a)之間的環狀空間擴展，并緊挨它們的端頭之一。在殼體內直至它的具有較小直徑的部分(2b)，安裝有一個管道(5)。另一個壓緊器封口(Packer sealing)裝置(6)安裝在管道(5)的內端附近，以便在一個延伸的位置上得以將它和殼體的較低部分(2b)之間的環狀空間圍住。一個由供電部份(8)供電的泵元件(7)安裝在導管(5)中。殼體的部分(2b)穿過產油區P并具有許多小孔(9)，管道頭(27)上裝有閥，可將殼體的上端關閉。
根據本發明的方法，包括在將殼體降入井內之前將一個或多個地震傳感器安裝在殼體內的具有較大直徑的部分(2a)上(或者，如果外部環狀空間的體積允許的話，安裝在其直徑縮小的部分2b上)。這些地震傳感器通過一根或多根傳送電纜(11)與地面相連。下一步是用水泥澆灌殼體，正如業已知道的那樣，為達到此目的，一個其一端有一特制的灌注連接段(injection joining piece)(25)并含有一個反向鎖定(reverse-valve)閥的管道(24)被盡可能深地降入殼體(2)直至它的下端。管道(24)被一個壓緊器封口裝置(26)固定住，然后注入水泥。水泥漸漸通過升高殼體(2)和洞(1)之間的環狀空間而充滿，在水泥澆注階段結束時，所有安裝在環狀空間內的地震傳感器(10)均嵌入在水泥之中。
為便于殼體(2)的下降，在其周圍裝有人所熟知的類型的對中元件(12)(圖2)，這些元件(12)具有諸如柔軟的葉片或徑向葉片。根據另一實施例，地震傳感器(10)固定在對中元件(12)上。連接導線(11)(或幾根導線，如有的話)通過夾緊環(13)保持緊貼著殼體(2)的外壁。
當裝有所使用的地震傳感器(10)的盒子的體積與鉆井與殼體(2)之間的環狀空間的大小不一致時，可以用非對稱控制元件(14)(圖3)將殼體(2)沿著裝有傳感器的長度部分(圖4)移出中心。地震傳感器可固定在控制元件(14)上，或者，最好是如圖3所示，通過連接電纜(11)的固定夾(13)將其緊貼在殼體(2)的外壁上。同樣也可使用包括至少一段其直徑縮小的部分(15)的殼體(見圖5或6)，直徑縮小的部分可以是對稱的(見圖5)或者，如果所有傳感器均安裝在殼體的同一側上，則甚至可以是不對稱的(見圖6)。
根據另一實施例，在每一地震傳感器(10)和殼體(2)的壁之間有一層彈性材料(16)(圖7)以便使后者脫離與聲波的耦合，層(16)可以是殼體的涂層。
所有的地震傳感器(10)均安裝在殼體(2)周圍的環狀空間里，以便能被用于記錄地震讀數，如圖8所示。一地震源(17)(一振蕩器或脈沖源)在地面上發出的地震波傳播到地的深處。這些波被地下各種反射體(尤其是那些在產油區p中的)送回后，被各個傳感器(10)接收，被探測到的地震信號由電纜(11)傳送到一個記錄實驗室(18)。
地震傳感器也可被用于進行井與井之間的地震探測操作，或甚至用于對發生在一個產油井中的現象(如在柱中環流的流體的流動噪聲)或者當生產已停止時(探測到由生產或注入流體而引起的地層斷裂)進行非功能的監控。
使用的地震傳感器是諸如地音探測器或加速度計。使用的數量以及它們的安裝根據應用情況選定。
比如，傳感器根據一個或同樣的殼體(1)發生器來裝置，如圖8所示。同樣，也可以使用定向傳感器(見圖9，10)，其軸向與殼體(傳感器(19))相切或沿徑向(傳感器(20))或者甚至于沿中間方向(傳感器21)。這些中間方向可包括在橫截平面內，如圖9所示，甚或相對于這一平面傾向頂部或底部。在一給定位置上，有可能安裝一個具有3個取向為互相正交的定向傳感器的盒子(22)。
同樣也可能安裝可以測定地震信號進來的方向的傳感器。為此，在一給定的橫截平面內的外殼上的周圍安裝幾個定向傳感器(23)，它們彼此相隔120°角。根據圖10的實施例的方式，傳感器的軸置成徑向的，但并不一定如此，同樣可以將傳感器的軸傾向橫截平面，或者傾向鉆井頂端或者傾向底端，傾斜角可以是任何數值。
在最通常的組合方式中，地震傳感器組可包括幾組沿著殼體的部分劃分的傳感器，每一組包括多個傳感器，可以是定向的，并安裝在殼體的周圍。
舉例而言，實施例的一種方式是幾個定向傳感器與殼體相連接并包括(圖12和13)與固定在包括一個或多個插座的套管上。每一個套管有兩個母底板(28，29)，所述母底板(28，29)將殼體封住并用螺栓(其軸線以號碼(30)表示)互相連在一起。套管是非對稱的。最厚的一塊母底板(28)包括三個圓柱形插座(31)，(32)，(33)，它們的軸線沿三個正交的方向，即，兩個在一個水平面內，第三個與殼體(2)的軸線相平行。每一插座由一封口蓋(34)關上，一個雙線導線(35)與每一地音探測器(36)相連接。常規裝置(未畫出)與蓋(34)相連接以便保證導線過道(35)的不滲透性。
每一具有三個插座的套管可由三個具有較短長度的套管取代，后一種套管每一個包括一個插座，諸如(31)或(32)，它們的軸線在一個橫截面內，或一個諸如(33)的插座，其軸線與殼體(2)平行，在一個橫截面內改變地音探測器的方向是輕而易舉的，只要使套管(28)相對于殼體轉動即可。
權利要求
1.一種在生產石油流體并包含一個用水泥嵌入的殼體(2)的井(1)中安裝地震傳感器的方法，其特征在于，所述地震傳感器(10)安裝在殼體的外面，并且，它們掩埋在水泥中以確保嵌牢。
2.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，不同的地震傳感器安裝在殼體外部的不同深處，并且，它們通過連接導線(11)與地面相連接。
3.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，至少有一組地震傳感器大致安裝在殼體外面的一個給定深處，每一組傳感器通過連接導線與地面相連。
4.如權利要求
3所述的方法，其特征在于，其中，許多地震傳感元件安裝在不同的深處。
5.如權利要求
1所述的方法，籍此方法，殼體(2)的外部具有控制裝置(12，14)，其特征在于，地震傳感器固定在控制裝置上，連接導線通過夾緊裝置與殼體的外壁貼緊。
6.如權利要求
5所述的方法，其特征在于，控制裝置(14)是非對稱的，這樣，殼體(2)可以至少是它的長度的幾分之一的距離移向井的一側，地震傳感器安裝在殼體外面的對面一側。
7.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，殼體的橫截面在它的長度的一部分(15)縮小，傳感器安裝在殼體的縮小部分。
8.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，定向傳感器(19，20，21)被使用，并且在每一深度處，至少有一個定向傳感器。
9.如權利要求
8所述的方法，其特征在于，每一層深處安裝有幾個傳感器(22)以便能接收沿幾個軸的方向的極性波。
10.如權利要求
3或4所述的方法，其特征在于定向傳感器(23)安裝在殼體(2)的周圍。
11.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，傳感器是地音探測器或加速計。
12.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，在傳感器和殼體之間有一層阻尼材料(16)。
13.將地震傳感器安裝在一個石油生產井中的裝置，其特征在于，它包括包括至少一個套管(28，29)，以及將套管固定在殼體上的裝置，所述套管包括至少一個用于地震傳感器(36)的插座。
14.如權利要求
13所述的裝置，其特征在于，所述套管包括三個圓柱形插座(31，32，33)，它們的軸線分別指向三個正交的方向。
專利摘要
在具有水泥殼體的石油生產井里安裝地震傳感器的方法和裝置。它主要包括在將殼體(2a，2b)降入鉆井(1)以前先沿其外表面安裝好地震傳感器(10)，用水泥澆灌一個環狀空間以便使傳感器與周圍地層保持聲連接；傳感器(10)以及將其與地面相連的電纜(11)均固定在控制殼體下降的對中裝置或所述殼體的外壁之上，這可以通過涂上一層阻尼材料而得以實現。傳感器可插入固定在殼體外面的套管內。本方法及裝置用于對油井的地震監控。
文檔編號E21B47/01GK87100310SQ87100310
公開日1987年7月29日 申請日期1987年1月17日
發明者克利斯蒂安·維特里奇, 簡·勞倫, 查爾斯·拿威勒 申請人:法國石油研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan