油井内光缆定位装置及定位方法、套管压裂系统及方法

技术领域

本发明属于油气勘测技术领域，具体涉及一种油井内光缆定位装置及定位方法、套管压裂系统及方法。

背景技术

石油是极其重要的物资，随着中国社会的快速发展，我国对石油的消耗长期处于世界第一的位置，而我国随着石油资源的减少，开采难度增加，资源消耗增加，对外依存度增高都是对国家安全不利的影响。增加勘探开发力度，开辟新技术，降低传统勘探成本，提高石油产量都是解决国家能源匮乏的重要针对方向。油气资源的开采通常采用油井分段压裂措施，将套管压出裂缝，使得石油更顺畅的流入套管内。

由于光纤具有耐腐蚀、耐高温、抗干扰能力强、可靠性高和工程应用成本低等优点可以更好地耐受油井内的恶劣环境随之进入石油勘探行业的视线，当前，分布式光纤传感器技术在油气开采领域有着巨大的应用潜力，利用光纤作为“地震检波器”代理传统的电子地震检波器，实现井中无缝式探测。

将分布式光纤传感技术应用于油井尤其开采时，其采集高质量信号的基本条件之一是光缆完整无缺，光缆布放完成后，光缆在套管的位置不确定，如果贸然实施压裂技术，可能会损坏光缆，影响后续数据采集。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的油井内光缆定位装置及定位方法、套管压裂系统及方法解决了现有光缆下井后光缆位置难以确定，使得套管施压过程中可能会损坏光缆的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种油井内光缆定位装置，其包括若干采用弹性材料制成的定位臂和用于扩张或拉伸定位臂及油井中定位的伸缩机构，每根定位臂上均安装有振动装置、驱动振动装置的驱动电路及用于给驱动电路供电的供电电源；

所有定位臂的两端均固定于伸缩机构上，且位于伸缩机构同一侧的所有伸缩臂端部位于同一圆周面上；每根定位臂上的振动装置所在高度均相同，且发出的振动信号均不相同。

第二方面，提供一种采用油井内光缆定位装置对光缆定位的方法，其包括：

S1、将油井内光缆定位装置的伸缩机构与连接杆连接，并通过连接杆移动油井内光缆定位装置至预设位置；

S2、启动伸缩机构，缩短的伸缩机构对定位臂进行扩张，直至定位臂与套管内壁接触；

S3、采用所有的振动装置间隔发出振动信号，并采用解调装置解调光缆接收的所有定位臂发出的振动信息；

S4、获取解调得到的最强振动信号，并根据伸缩机构的定位信息及定位臂之间的相对位置，计算最强振动信号的定位臂的位置信息作为光缆所在位置。

第三方面，提供一种油井内套管压裂系统，其包括若干采用弹性材料制成的定位臂、用于扩张/拉伸定位臂的伸缩杆及通过减震短杆固定于伸缩杆末端的射孔枪，每根定位臂上均安装有振动装置、驱动振动装置的驱动电路及用于给驱动电路供电的供电电源；

所有定位臂的两端均固定于伸缩杆上，且位于伸缩杆同一侧的所有伸缩臂端部位于同一圆周面上；每根定位臂上的振动装置所在高度均相同，且发出的振动信号均不相同。

第四方面，提供一种采用油井内套管压裂系统对套管进行压裂的方法，其包括：

A1、将油井内套管压裂系统的伸缩杆与连接杆连接，并通过连接杆移动油井内套管压裂系统至预设位置；

A2、启动伸缩杆，缩短的伸缩杆对定位臂进行扩张，直至定位臂与套管内壁接触；

A3、采用所有的振动装置间隔发出振动信号，并采用解调装置解调光缆接收的所有定位臂发出的振动信息；

A4、获取解调得到的最强振动信号，并根据射孔枪获取的定位信息及定位臂之间的相对位置，计算最强振动信号的定位臂的位置信息作为光缆所在位置；

A5、根据所述光缆所在位置，调整射孔枪的枪口避开光缆，之后对套管进行压裂操作。

本发明的有益效果为：本方案的定位臂由于固定于伸缩机构同一圆周面，其进入套管内对光缆进行定位时，相当于把套管划分成若干小区域，当确定解调得到的最强振动信号对应的振动臂时，可以基于伸缩机构的定位装置定位到定位臂位于套管内的具体区域，即找到光缆贴近于套管的具体区域。

在油井压裂过程中可以根据光缆贴近于套管的具体区域位置对射孔枪枪口的位置进行调整，以使枪口避开光缆，以避免损坏光缆，降低光缆断裂风险，提高了光缆使用效率，为后续利用光线传感技术进行油井油气勘探奠定了基础。

当定位臂与射孔枪相结合使用时，可进行光缆定位的同时进行压裂，提高了工作效率，在压裂操作时也可以不需要定位模块，降低成本。另外，本方案提供的装置、系统及方法适用于多种井况，包括直井、斜井、水平井等。

附图说明

图1为油井内光缆定位装置一个实施例的结构示意图。

图2为图1中油井内光缆定位装置布置于套管内后，其上的定位臂处于压缩时的结构示意图。

图3为油井内光缆定位装置对光缆定位的方法的流程图。

图4为油井内套管压裂系统的结构示意图。

其中，1、定位臂；2、伸缩机构；21、伸缩杆；22、定位模块；3、振动装置；4、光缆；5、套管；6、解调装置；7、连接杆；8、射孔枪；9、减震短杆。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和2所示，本方案提供的油井内光缆定位装置包括若干采用弹性材料制成的定位臂1和用于扩张或拉伸定位臂1及油井中定位的伸缩机构2，每根定位臂1上均安装有振动装置3、驱动振动装置3的驱动电路及用于给驱动电路供电的供电电源。

所有定位臂1的两端均固定于伸缩机构2上，且位于伸缩机构2同一侧的所有伸缩臂端部位于同一圆周面上；每根定位臂1上的振动装置3所在高度均相同，且发出的振动信号均不相同。

所有定位臂1上的振动信号均不相同的方式为振动装置3发出不同频率的振动信号，或者每根定位臂1上的振动装置3发出不同编码的振动信号。每根定位臂1上的振动装置3发出不同频率的振动信号，或者每根定位臂1上的振动装置3发出不同编码的振动信号。

本方案采用上述油井内光缆定位装置后，位于伸缩机构2上的伸缩臂能够将套管5划分成若干区域，再配合与光缆4连接的解析装置能够确定出哪一处的振动信号最强，从而能够准确地确定出光缆4位于套管5内的位置。

实施时，本方案优选伸缩机构2可以包括用于安装定位臂1的伸缩杆21及未位于所述定位臂1两端之间的伸缩杆21上安装的定位模块22。定位模块22为三轴加速度传感器。

伸缩机构2采用上述结构后，可以先对套管5所有需要压裂的位置的光缆4进行定位，当需要压裂的所有位置都确定好后，再基于记录的光缆4位置，采用射孔枪8进行套管5内光缆4的避射。

在对套管5进行压裂时，可以先采用油井内光缆定位装置对套管5中所有需要压裂的地方的光缆4进行定位好后，再统一采用射孔枪8进行压裂操作；也可以将本方案的油井内光缆定位装置与射孔枪8进行固定，使用时先采用定位装置对光缆进行定位，定位完成之后直接调整射孔枪8枪口的位置，进行执行压裂操作，之后再进入套管下一个需要压裂的位置进行光缆定位和套管压裂操作。

如图2所示，振动装置3的安装位置为定位臂1扩张至最大弧度时，定位臂1弧度的最高点。振动装置3采用这种安装位置后，当定位臂1扩张至接触套管壁时，振动信号能够最有效地传递至套管壁上。

参考图3，图3示出了油井内光缆定位装置对光缆4定位的方法的流程图；如图4所示，该方法包括步骤S1至步骤S4。

在步骤S1中，将油井内光缆定位装置的伸缩机构2与连接杆7连接，并通过连接杆7移动油井内光缆定位装置至预设位置；

在步骤S2中，启动伸缩机构2，缩短的伸缩机构2对定位臂1进行扩张，直至定位臂1与套管5内壁接触；

实施时，可以采用以下两种方法确定定位臂1与套管5内壁是否接触，第一种方法为：

启动振动装置3间隔发出振动信号，判断解调装置6解调出的振动信号数量是否大于等于1；若是，则定位臂1与套管5内壁接触，否则，伸缩机构2继续对定位臂1进行扩张。

第二种方法为：调整伸缩机构2缩短预设长度，使定位臂1处于最大扩张量，且此时所有定位臂构成的结构的最大断面直径大于套管直径。

在步骤S3中，采用所有的振动装置3间隔发出振动信号，并采用解调装置6解调光缆4接收的所有定位臂1发出的振动信息；本方案优选解调装置为DAS仪器。

当定位臂1的数量n≤3时，步骤A3中在间隔发出振动信号时，还包括同时旋转连接杆。这样设置，可以保证对套管的每个位置进行检测，以找到某一时刻最强振动信号对应的定位臂的位置信息。

具体地，光缆接收所有定位臂1发出的振动信息，由DAS仪器进行解调每根定位臂的位置信息，当接收的某一定位臂的振动信号最强时，认为光缆在该定位臂的附近，即可确定光缆在指定套管位置上的位置信息。

在步骤S4中，获取解调得到的最强振动信号，并根据伸缩机构2的定位信息及定位臂1之间的相对位置，计算最强振动信号的定位臂1的位置信息作为光缆4所在位置。

当油井内光缆定位装置在套管5内的预设位置处的光缆位置定位完成或者压裂完成后，启动伸缩机构2伸长，可以伸长定位臂1，移动至套管5的下一个预设位置，重复步骤S2至步骤S4进行光缆4位置的定位。

计算最强振动信号的定位臂1的位置信息的具体说明：

在伸缩机构2上，一旦其上的定位模块22相对定位臂1之间的位置确定好后，再加之每条定位臂1之间相对位置固定且已知，通过定位模块22的位置信息，就可以确定某一定位臂1在油井中的方位，根据定位臂1之间的相对位置关系就可以计算出所有定位臂1在油井中的方位。

实施时，本方案优选伸缩机构2的轴线与所述套管5的轴线重合；这样设置后，可以保证所有的定位臂1同时与套管5内壁接触，且与内壁之间的压力基本相同，这样才能保证振动信号最有效地传递至套管壁上。

综上所述，在光缆4布放完成后，采用外接连接杆7，可以将本方案的定位装置移动至井中任意位置，利用定位装置获取光缆4在套管5上的准确位置，以避免在油井压裂过程中损坏光缆4，降低光缆4断裂风险。

如图4所示，本方案还提供一种油井内套管压裂系统，其包括若干采用弹性材料制成的定位臂1、用于扩张/拉伸定位臂1的伸缩杆21及通过减震短杆9固定于伸缩杆21末端的射孔枪8，，每根定位臂1上均安装有振动装置3、驱动振动装置3的驱动电路及用于给驱动电路供电的供电电源。

伸缩杆21与射孔枪8之间加减震短杆9后，可以避免射孔枪8工作时引起强振动损坏减震短杆9上方的所有结构部件。

所有定位臂1的两端均固定于伸缩杆21上，且位于伸缩杆21同一侧的所有伸缩臂端部位于同一圆周面上；每根定位臂1上的振动装置3所在高度均相同，且发出的振动信号均不相同。

油井内套管压裂系统相对油井内光缆定位装置而言，其增加了射孔枪8，由于射孔枪8自身具有定位模块，所以压裂系统相对定位装置而言，可以不需要额外增加定位模块。

为了进一步提高油井内套管压裂系统定位的准确性，油井内套管压裂系统除了射孔枪8自身具有的定位模块，其还可以再设置一个定位模块，增设的定位模块安装于定位臂1两端中任一端的伸缩杆21上。

油井内套管压裂系统相对油井内光缆定位装置除了上述提到的不同处外，其他部分结构和功能均相同，此处就不再赘述。

采用油井内套管压裂系统对套管进行压裂的方法包括：

A1、将油井内套管压裂系统的伸缩杆21与所述连接杆7连接，并通过连接杆7移动油井内套管压裂系统至预设位置；

A2、启动伸缩杆21，缩短的伸缩杆21对定位臂1进行扩张，直至定位臂1与套管5内壁接触；

A3、采用所有的振动装置3间隔发出振动信号，并采用解调装置6解调光缆接收的所有定位臂1发出的振动信息；

A4、获取解调得到的最强振动信号，并根据射孔枪8获取的定位信息及定位臂1之间的相对位置，计算最强振动信号的定位臂1的位置信息作为光缆所在位置；

A5、根据所述光缆所在位置，调整射孔枪8的枪口避开光缆，之后对套管5进行压裂操作。

综上所述，当定位臂1与射孔枪8相结合使用时，可进行光缆定位的同时进行压裂，提高了工作效率，同时减少定位模块，降低成本。