[发明专利]基于光学信号来确定展开到井中的载波线路的长度

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用光学时域反射技术来确定展开到井中的载波线路的长度，例如布里渊散射光学时域反射技术。

背景技术

通常需要确定井下部件的长度，例如在已经展开到井中的载波线路(例如有线线路或滑线(slideline))上承载的工具。典型地，将载波线路缠绕到地面位置处的线轴或卷轴上。为了将载波线路上的工具展开到井中，从线轴上解开所述载波线路。

传统上，将深度轮传感器(depth wheel sensor)设置在靠近线轴的地球表面位置处，以确定已经从线轴上解开的载波线路的量。深度轮传感器包括当从线轴上解开载波线路时旋转的轮子或辊子。将轮子旋转的次数用于确定已经从线轴上解开并且降低到井中的载波线路的长度。

用于测量已经展开到井中的载波线路的长度的这种技术不是非常精确。当载波线路展开到井中时，载波线路长度将由于环境条件(例如温度和/或压力变化)以及由于载波线路和在载波线路上承载的工具的重量所施加的应变而变化。用于测量已经展开到井中的载波线路长度的深度轮子传感器不会解决这种长度变化的问题。

发明内容

通常，根据实施例的方法包括：将部件展开到具有光缆的载波线路上的井中；以及将光学信号发射到光缆中。确定了光学信号在光缆中的传播时间。同样，确定了沿光纤的特性分布(例如温度分布和/或应变分布)。基于所确定的分布和传播时间来确定展开到井中的载波线路的长度。

根据以下描述、附图和权利要求，其他或替换的特征将变得清楚。

附图说明

图1示出了包括根据实施例的测量装置的第一示范性结构。

图2是示出了利用展开到井中的载波线路的光缆上的温度变化实现的参考符号的曲线。

图3示出了包括根据另一个实施例的测量装置的第二示范性结构。

图4是示出了利用展开到井中的载波线路中的光缆上的应变变化实现的参考符号的曲线。

图5是通过根据实施例的测量装置执行的过程的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述许多细节以提供对于本发明的理解。然而，本领域普通技术人员应该理解的是：本发明可以无需这些细节的来实现，并且对于所述实施例的各种变化或修改也是可能的。

根据实施例，将光学时域反射(OTDR)技术用于确定展开到井中的载波线路的长度。更具体地，OTDR技术是基于光学信号散射。存在三种主要类型的光学信号散射：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。尽管可以将三种上述光学信号散射类型的每一种用于在本发明中有利地使用，为了说明的而不是限制的目的，以下讨论主要集中于布里渊散射。

根据实施例，所使用的OTDR技术是布里渊OTDR技术，所述布里渊OTDR技术包含基于布里渊散射的测量。在光缆中(也称为光纤)，布里渊散射是由(入射光学信号的)入射光量子与介质(光纤)中的声子相互作用产生的非弹性现象。该相互作用包括具有从原始入射光波频率偏移的频率(布里渊频率)的相向传播光波(背向散射光学信号)。光纤中的布里渊散射对于光纤中的温度和应变变化两者均敏感。由温度和应变变化产生的布里渊频率偏移本质上是线性的，并且典型地特征明显。

布里渊光学时域反射(B-OTDR)测量装置测量布里渊频移，并且使所述频移与沿光纤(例如单模光纤)的温度和/或应变变化相互关联。沿光纤的长度分布所述测量，所述测量提供温度和/或应变分布。此外，从光纤的远端发生相对较大的反射，这提供了允许精确的光纤长度读取的标记(井下标记)。此外，将另一个标记设置在地面位置处(例如，井的顶部附近)。测量光学信号在光纤中的总传播时间，其中所述总传播时间是从地面标记到井下标记的入射光学信号的第一传播时间以及从井下标记到地面标记的背向散射光学信号的第二传播时间的和。将两个标记之间的传播时间(一个在地面处，而另一个在井下位置处，例如在光纤的远端)结合沿光纤长度所确定的温度和/或应变分布用于提供精确的载波线路长度和井深测量。

沿光纤的温度分布和应变分布影响光纤的折射率。折射率的变化引起光纤中光速的变化。因此，只基于光学信号的传播时间来确定井中光纤的长度没有考虑由于光纤的温度和应变波动导致的光纤中折射率的变化。通过确定沿井中光纤长度的温度分布和应变分布，可以进行调节以更精确地确定已经展开到井中的光纤的实际长度。

将地面标记设置在承载光纤的线轴和井顶部处的井头之间的地面位置处的光纤中。可以使用多种技术之一将地面标记设置在光纤中。一种技术是向光纤上的位置处的特定点(或一系列点)施加温度变化。另一种技术是使用应变记号，其中向光纤的特定位置处的一系列点施加不同应变。