一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置及水力压裂监测方法与流程

本发明涉及井中水力压裂监测，特别涉及一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置及水力压裂监测方法。

背景技术：

1、连续油管（coiled tubing）又称挠性油管、盘管或柔管。相对于用螺纹连接的常规油管而言，连续油管是卷绕在卷筒上拉直后直接下井的长油管。连续油管作业装置广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，在油气田勘探与开发中发挥越来越重要的作用。连续油管的主要部件包括连续油管注入头、卷筒、动力系统、控制室和连续油管。

2、连续油管压裂技术是在射孔压裂技术成功之后，为了改善其中的一些工艺而开发的。目前利用连续油管进行分层压裂也已经开始应用，整个作业的最大优点是修井和施工时间减少，产量提高，环境污染减少，投资回收迅速，还可以减少施工量。与常规压裂技术相比，连续油管压裂方式可节约大量的作业时间，减少事故发生的概率，大幅度降低成本。

3、压裂滑套（fracturing sleeve）是一种用于油气井压裂作业的装置，通过控制压裂液的流动来实现对产层的压裂处理。压裂滑套通常由内、外套筒和中间隔板组成，可通过旋转或推拉来调节压裂液的流通通道，从而控制压裂作业的进程。 压裂滑套在油气井压裂作业中起到关键的作用，它能够控制压裂液的流量和方向，使压裂液能够准确地注入到目标产层中，从而实现产层的有效压裂。压裂滑套的工作原理基于流体力学和机械原理，主要包括以下几个方面：（1）流体力学原理：压裂滑套通过控制压裂液的流动来实现对产层的压裂处理。在压裂作业中，压裂液从井口经过管道输送到井下，然后通过压裂滑套注入到目标产层中。压裂滑套的内外套筒之间设置有多个流通通道，通过旋转或推拉来调节这些通道的开闭程度，从而控制压裂液的流量和方向。 （2）机械原理：压裂滑套的内外套筒之间通过中间隔板连接，并通过密封装置保证其密封性。在压裂作业中，通过旋转或推拉压裂滑套，可以改变中间隔板与内外套筒之间的相对位置，从而控制压裂液的流通通道。当压裂滑套旋转或推拉到一定位置时，中间隔板上的孔眼与内外套筒之间的流通通道对齐，压裂液可以顺畅地通过压裂滑套进入产层，实现对产层的压裂处理。

4、目前，在连续油管外布设永久式铠装光缆、光电复合缆、电缆和液压管线面临施工作业难度大、成本高、各种缆的方位探测困难、井下避射工艺不成熟的情况，导致射孔作业时铠装缆容易被射断，且因为套管内布设的铠装光缆将影响或干扰井下的其它作业从而无法将铠装光缆长期布设在套管内进行监测作业，进而在套管内布设的铠装光缆、光电复合缆、电缆和液压管线只能进行临时性的数据采集和工作；目前用于生产的压裂滑套大多采用流体的压力去旋转或推拉压裂滑套以改变中间隔板与内外套筒之间的相对位置，从而控制压裂液的流通通道的开关，但这种控制方法是单向的，且需要通过外力去旋转或推拉压裂滑套从而调节内外套筒之间的相对位置，这样经常容易由于压裂滑套的小故障而无法打开滑套，更没有控制关闭滑套的功能；因此，需要设计一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置及水力压裂监测方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是解决目前难以在井下布设安全、低成本、不干扰井下作业和油气生产的连续油管及用连续油管连接控制压裂滑套，同时难以随意控制井下压裂滑套开启及关闭的问题；本发明提供了一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置及水力压裂监测方法，其实现了具有及时将压裂滑套输送至需要进行水力压裂改造的井段位置并快速进行水力压裂作业的功能，还实现了具有在压裂作业过程中实时监测地下压裂井段内的流体噪声、温度、压力、应变和微地震事件的功能，不仅提高了水力压裂效率，还实现了油气藏开发的科学管理及提高了油气资源的采收率。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，包括复合调制解调仪、连续油管组件和压裂滑套，所述连续油管组件外侧壁设置有直形光单元和直形应变光单元，且所述直形光单元和直形应变光单元均与复合调制解调仪相连接，其中所述直形光单元和直形应变光单元用于在压裂作业过程中实时监测地下压裂井段内的流体噪声、温度、压力、应变和微地震事件，从而由复合调制解调仪解调接收到的光信号并实时计算压裂井段吸水剖面和岩石中水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理；所述压裂滑套设置在连续油管组件底面外壁，且所述压裂滑套电性连接有供电控制组件和液压控制组件，其中所述压裂滑套的两端还设置有井筒密封桥塞，所述井筒密封桥塞用于对井壁进行密封，所述压裂滑套用于对经井筒密封桥塞密封后的井壁进行水力压裂作业，所述供电控制组件用于对压裂滑套内部的电动开关进行开启及关闭，所述液压控制组件用于对压裂滑套内部的液压开关进行开启及关闭。

4、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述复合调制解调仪设置在地面，且所述复合调制解调仪内部设置有das信号输入模块、dts信号输入模块、dss信号输入模块和dps信号输入模块；所述直形光单元包括直形单模光纤、直形多模光纤和直形连续光栅光纤，所述直形单模光纤与das信号输入模块的信号输入端相连，所述直形多模光纤与dts信号输入模块的信号输入端相连，所述直形连续光栅光纤与dps信号输入模块的信号输入端相连，其中所述直形单模光纤、直形多模光纤和直形连续光栅光纤均采用耐高温抗氢损光纤制成；所述直形应变光单元内部设置有直形单模应变光纤，所述直形单模应变光纤与dss信号输入模块的信号输入端相连，其中所述直形单模应变光纤是在直形单模光纤外侧壁挤上耐高温高强的柔性复合材料并增加直形单模光纤的直径至1mm至2mm后紧包在内径1mm至2mm的不锈钢管内部制成，且所述直形单模应变光纤用于对不锈钢管内外的应力和应变进行感应。

5、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述连续油管组件包括连续油管本体，所述连续油管本体在焊接成管材之前外侧壁含有油管焊缝，且所述直形光单元夹持在油管焊缝内侧壁并随连续油管本体的焊接与连续油管本体之间进行连接；所述连续油管本体外侧壁均匀开设有第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，且所述第一沟槽内侧壁与直形应变光单元外侧壁相互锲合。

6、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述供电控制组件包括供电控制模块和供电控制电缆，所述供电控制模块设置在地面，且所述供电控制模块电性连接有供电控制电缆，其中所述供电控制电缆外侧壁与第二沟槽内侧壁相互锲合；所述液压控制组件包括液压控制模块和液压控制管线，所述液压控制模块设置在地面，且所述液压控制模块连接有液压控制管线，其中所述液压控制管线外侧壁与第三沟槽内侧壁相互锲合；所述供电控制电缆和液压控制管线的数目均为两个，且两个所述供电控制电缆和液压控制管线均对称分布在连续油管本体外侧壁。

7、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述连续油管本体外侧壁还包裹缠绕有耐高温柔性复合材料，且所述耐高温柔性复合材料用于将直形光单元、直形应变光单元、供电控制电缆和液压控制管线与连续油管本体之间进行二次固定；所述耐高温柔性复合材料外侧壁还设置有薄层不锈钢套，且所述薄层不锈钢套用于对耐高温柔性复合材料及其内部的直形光单元、直形应变光单元、供电控制电缆和液压控制管线进行防护。

8、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述压裂滑套随连续油管本体的移动而推送至需要进行水力压裂改造的井段位置并由井筒密封桥塞对需要进行水力压裂改造的井段位置进行密封，再通过供电控制模块经供电控制电缆对压裂滑套内部的电动开关进行控制操作及液压控制模块经液压控制管线对压裂滑套内部的液压开关进行控制操作并完成对需要进行水力压裂改造的井段位置进行水力压裂作业。

9、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述井下滑套控制装置还包括人工震源，所述人工震源设置在地面，所述人工震源定期激发的时移三分量井中地震数据能被直形单模光纤和复合调制解调仪进行采集记录。

10、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下滑套控制装置，所述井下滑套控制装置还包括检波器，所述检波器设置在地面，且所述检波器用于采集人工震源定期激发的地面地震数据，所述检波器在采集地面地震数据的同时配合直形单模光纤采集常规井中地震数据及时移井中地震数据能构成井-地联合立体勘探。

11、一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下水力压裂监测方法，包括以下步骤，

12、步骤一，下井，将压裂滑套内部的电动开关和液压开关分别与供电控制电缆和液压控制管线相连接，再通过连续油管本体将压裂滑套推送到需要进行水力压裂改造的井段位置；

13、步骤二，压裂，通过供电控制模块经供电控制电缆对压裂滑套内部的电动开关进行控制操作，与此同时由液压控制模块经液压控制管线对压裂滑套内部的液压开关进行控制操作，再通过压裂滑套两端的井筒密封桥塞推开到井壁上进行密封从而使得压裂滑套能对需要进行水力压裂改造的井段位置进行水力压裂作业；

14、步骤三，监测，通过连续油管本体外侧壁设置有的直形单模应变光纤和复合调制解调仪能实时监测和测量连续油管本体内外两侧的dss信号，再通过连续油管本体外侧壁设置有的直形单模光纤、直形多模光纤、直形连续光栅光纤和复合调制解调仪能分别实时监测和测量连续油管本体内外两侧的das信号、dts信号和dps信号，这样通过直形光单元和直形应变光单元能在压裂作业过程中实时监测地下压裂井段内的流体噪声、温度、压力、应变和微地震事件，从而由复合调制解调仪能解调接收到的光信号并实时计算压裂井段吸水剖面和岩石中水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理；

15、步骤四，对步骤三计算出的压裂井段吸水剖面和水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理进行实时分析并评价储层水力压裂改造效果及优化完善水力压裂作业程序和参数，从而实时调整优化压裂参数及开启关闭不同的压裂滑套并完成对井下油气资源采收率的提高作业；

16、步骤五，利用复合调制解调仪对步骤三中测得的dts信号和dss信号进行调制解调从而能获得连续油管本体外侧不同深度的温度数据及应力数据，再利用连续油管本体外侧不同深度的温度数据能对该位置测量到的应力数据进行温度漂移的校正，从而获得连续油管本体在不同深度的真实应力数据；

17、步骤六，根据步骤五获得的连续油管本体外侧不同深度的应力数据监控连续油管本体应力高的井段，完成对局部连续油管本体可能出现损坏的预防作业；

18、步骤七，根据步骤三中直形单模光纤监测和测量到的水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理对水平井压裂段的段间距和多分支水平井的井间距进行优化调整。

19、前述的一种具有实时监测控制功能的智能连续油管井下水力压裂监测方法，步骤三中利用复合调制解调仪对das信号、dts信号、dss信号和dps信号进行调制解调能分别获得井下分布的噪声数据、温度数据、应力数据和压力数据并进行处理能实现对对井下和井周围油水两相流体及油气水三相流体变化的实时测量和监测，从而完成对油气资源采收率的提高作业，具体步骤如下，

20、步骤a，根据井下分布的噪声数据、温度数据和压力数据采用多参数综合反演方法能计算出井下每个压裂段的吸水剖面数据；

21、步骤b，根据井下分布的应力数据能实时监测沿连续油管本体外壁上应力场的分布变化情况，从而完成对高应力集中管段发生损坏的预防作业；

22、步骤c，在水力压裂作业结束后，对于投入生产的油气井定期激发设于地面上的人工震源并通过直形单模光纤采集时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据；

23、步骤d，对步骤c中不同期次采集的时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据进行地表一致性振幅补偿处理、地表一致性反褶积处理和相对保持振幅的波场分离处理，获得处理后时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据；

24、步骤e，对步骤d中获得的处理后时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据分期次进行保幅叠前深度偏移处理并提取偏移处理后地震数据体中的流体敏感属性参数及若干敏感属性参数的组合，再通过计算并监测井周围油水两相及油气水三相流体边界的三维空间分布范围和随时间的变化从而能获得和监测地下油气资源的采收状况及剩余油气资源在井周围三维空间的分布状态和特征，进而能优化调整开发井的数量及开采制度，完成对油气资源采收率的提高作业；

25、步骤f，在水力压裂作业结束后，对于投入生产的油气井利用连续油管本体外侧壁的直形光单元能长期实时监测全井段das、dts和dps数据，再根据步骤a中获得的井下每个压裂段的吸水剖面数据及步骤e中获得的井周围油水两相及油气水三相流体边界的三维空间分布范围和随时间的变化能实现对井下和井周围油水两相流体及油气水三相流体变化的实时测量与监测，从而能对开发方案和生产制度及时进行优化调整，进而完成对油气资源采收率的提高作业。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、1、本发明利用嵌设的直形光单元、直形应变光单元、供电控制电缆和液压控制管线能构成一个智能连续油管，不仅能连接压裂滑套的电动开关和液压开关，还能将智能连续油管和压裂滑套配合地面的复合调制解调仪器、供电控制模块和液压控制模块构建成一个连续油管井下滑套智能控制装置，且该装置具有长期动态实时监测的功能，不仅提高了水力压裂效率，还实现了油气藏开发的科学管理及提高了油气资源的采收率。

28、2、本发明将压裂滑套内部的电动开关和液压开关分别与供电控制电缆和液压控制管线相连接，再通过连续油管本体将压裂滑套推送到需要进行水力压裂改造的井段位置，接着通过供电控制模块经供电控制电缆对压裂滑套内部的电动开关进行控制操作，与此同时由液压控制模块经液压控制管线对压裂滑套内部的液压开关进行控制操作，再通过压裂滑套两端的井筒密封桥塞推开到井壁上进行密封从而使得压裂滑套能对需要进行水力压裂改造的井段位置进行水力压裂作业，有效的实现了本发明具有及时将压裂滑套输送至需要进行水力压裂改造的井段位置并快速进行水力压裂作业的功能，且对压裂滑套的控制更加可靠，不仅控制速度较快，还提高了压裂滑套的使用寿命。

29、3、本发明通过连续油管本体外侧壁设置有的直形单模应变光纤能实时监测和测量连续油管本体内外两侧的dss信号并输出至复合调制解调仪，再通过连续油管本体外侧壁设置有的直形单模光纤、直形多模光纤和直形连续光栅光纤能分别实时监测和测量连续油管本体内外两侧的das信号、dts信号和dps信号并输出至复合调制解调仪，这样通过直形光单元和直形应变光单元能在压裂作业过程中实时监测地下压裂井段内的流体噪声、温度、压力、应变和微地震事件，从而由复合调制解调仪能解调接收到的光信号并实时计算压裂井段吸水剖面和岩石中水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理，有效的实现了本发明具有在压裂作业过程中实时监测地下压裂井段内的流体噪声、温度、压力、应变和微地震事件的功能，且还能解调接收到的光信号并实时计算压裂井段吸水剖面和岩石中水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理，不仅提高了水力压裂作业的作业效率，还保障了水力压裂作业的安全性。

30、4、本发明通过对计算出的压裂井段吸水剖面和水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理进行实时分析并评价储层水力压裂改造效果及优化完善水力压裂作业程序和参数，从而实时调整优化压裂参数及开启关闭不同的压裂滑套并完成对井下油气资源采收率的提高作业，再利用复合调制解调仪对步骤三中测得的dts信号和dss信号进行调制解调从而能获得连续油管本体外侧不同深度的温度数据及应力数据，再利用连续油管本体外侧不同深度的温度数据能对该位置测量到的应力数据进行温度漂移的校正，从而获得连续油管本体在不同深度的真实应力数据，接着根据获得的连续油管本体外侧不同深度的应力数据监控连续油管本体应力高的井段，完成对局部连续油管本体可能出现损坏的预防作业，再根据直形单模光纤监测和测量到的水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理对水平井压裂段的段间距和多分支水平井的井间距进行优化调整，有效的实现了本发明具有根据直形单模光纤监测和测量到的水力压裂诱发微地震事件的能量大小、发生时间、三维空间分布和破裂机理对水平井压裂段的段间距和多分支水平井的井间距进行优化调整的功能，且能实时调整压裂参数及开启关闭不同的压裂滑套并完成对井下油气资源采收率的提高作业，还能根据获得的连续油管本体外侧不同深度的应力数据监控连续油管本体应力高的井段并完成对局部连续油管本体可能出现损坏的预防作业。

31、5、本发明通过利用复合调制解调仪对das信号、dts信号、dss信号和dps信号进行调制解调能分别获得井下分布的噪声数据、温度数据、应力数据和压力数据并进行处理，再通过根据井下分布的噪声数据、温度数据和压力数据采用多参数综合反演方法能计算出井下每个压裂段的吸水剖面数据，再根据井下分布的应力数据能实时监测沿连续油管本体外壁上应力场的分布变化情况，从而完成对高应力集中管段发生损坏的预防作业，接着在水力压裂作业结束后，对于投入生产的油气井定期激发设于地面上的人工震源并通过直形单模光纤采集时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据，再对不同期次采集的时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据进行地表一致性振幅补偿处理、地表一致性反褶积处理和相对保持振幅的波场分离处理，获得处理后时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据，随后对获得的处理后时移变偏移距光纤垂直地震剖面数据及三维光纤垂直地震剖面数据分期次进行保幅叠前深度偏移处理并提取偏移处理后地震数据体中的流体敏感属性参数及若干敏感属性参数的组合，再通过计算并监测井周围油水两相及油气水三相流体边界的三维空间分布范围和随时间的变化从而能获得和监测地下油气资源的采收状况及剩余油气资源在井周围三维空间的分布状态和特征，进而能优化调整开发井的数量及开采制度，完成对油气资源采收率的提高作业，有效的实现了本发明具有对对井下和井周围油水两相流体及油气水三相流体变化的实时测量和监测的功能，且能获得和监测地下油气资源的采收状况及剩余油气资源在井周围三维空间的分布状态和特征，不仅能优化调整井的数量及开采制度，还能提高油气资源采收率。

32、6、本发明在水力压裂作业结束后，对于投入生产的油气井利用连续油管本体外侧壁的直形光单元能长期实时监测全井段das、dts和dps数据，再根据获得的井下每个压裂段的吸水剖面数据及获得的井周围油水两相及油气水三相流体边界的三维空间分布范围和随时间的变化能实现对井下和井周围油水两相流体及油气水三相流体变化的实时测量与监测，从而能对开发方案和生产制度及时进行优化调整，进而完成对油气资源采收率的提高作业，有效的实现了本发明具有长期实时监测全井段das、dts和dps数据的功能，且能实现对井下和井周围油水两相流体及油气水三相流体变化的实时测量与监测，不仅能对开发方案和生产制度及时进行优化调整，还提高了油气资源采收率。