(57)【要約】【課題】圧力チューブが同時に高温高圧流体の漏れ経路となるため、高温高圧井で恒久的に使用する設備としてのＤＰＴＳＳケーブルは、未だ実現されていない。【解決手段】分布型光ファイバセンシングにおいて、被測定体を他の設備等から分離して圧力、温度等の測定を可能とするため、流体が内部へ侵入することを防止するシール用パイプと、このシール用パイプ内への流体の侵入を堰き止める堰き止め体と、シール用パイプの外周の外側部分に設けたＯリングと、を有するとともに、堰き止め体と堰き止め体に挟まれた部分のＤＰＴＳＳケーブルをシール用樹脂でシールして一体化された圧力隔離ユニットを複数備え、ＤＰＴＳＳケーブルと被測定体保有器との複数の境界部分に、この圧力隔離ユニットをそれぞれ配置した圧力隔離モジュールを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体の物理量を検出する光ファイバを内蔵するケーブルに、間隔をおいて設置され、当該ケーブルに充填されて外部流体の侵入を堰き止める一対の堰き止め体と、
前記ケーブルに充填され、前記一対の堰き止め体間をシールしているシール用樹脂と、
前記シール用樹脂を注入するためのシール用樹脂注入口を有し、前記一対の堰き止め体と前記シール用樹脂の両者の外周に当接するシール用パイプと、
を有するとともに、
前記堰き止め体と前記シール用樹脂とが一体で前記ケーブルをシールしている圧力隔離ユニット、
を備え、
前記ケーブルと、前記被測定体を内部に保有する被測定体保有器との境界部分に、前記圧力隔離ユニットを配置していることを特徴とする圧力隔離モジュール。
【請求項２】
複数の前記圧力隔離ユニットを内部に有するとともに、
前記シール用パイプの外周の外側部分であって当該シール用パイプの両側の解放端に設けられた一対のＯリングの外周部分に内周部で接する円筒体をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧力隔離モジュール。
【請求項３】
前記円筒体は、外周部に圧力伝搬用貫通孔を有するとともに、設置の際、前記圧力伝搬用貫通孔は水溶性部材で充填されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力隔離モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布型光ファイバセンシングにおける受動型モニタリングにおいて使用される圧力隔離モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分布型光ファイバセンシングは、石油とガス産業において、そのリソースをさらに効率よく管理し最適化するための機会を与えるものとして代表的なものである。この分布型光ファイバセンシングにおける受動型モニタリングにおいて、分布型温度センシングすなわちＤＴＳ（Distributed Temperature Sensing）、あるいは、分布型音波センシングすなわちＤＡＳ（Distributed acoustic sensing）が利用されている。これらの装置には、光ファイバはＦＩＭＴ（Fiber In Metallic Tube）で保護されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、ロギング装置としてのＤＰＴＳＳ（Distributed Pressure, Temperature, and Strain System）では、石油ガスが光ファイバに接触して圧力チャンネルが確保されなければならないが、ケーブル内に流れを許容する通路があるため、高温高圧帯と地上環境を分離するための特殊な機構が使用されている。これには、通常、リューブリケーターと呼ばれる装置が使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Distributed Fibre Optic Sensing for the Oil & Gas Industry 2014 -2024”, visiongain, [online]、9 September 2015, インターネット＜URL:http://globalmarketdata.net/industry-visiongain-405317/＞
【非特許文献２】K．KISHIDA et.al, “Study of Optical Fibers Strain-Temperature Sensitivities Using Hybrid Brillouin-Rayleigh System”,“PHOTONIC SENSORS”,2  Sep.  2013．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高温高圧井で恒久的に使用する設備としてのＤＰＴＳＳケーブルは、未だ実現されていない。この理由は、ケーブル内の空隙が同時に高温高圧流体の漏れ経路となるため、ＤＰＴＳＳケーブル内で圧力を分離することが必要となるためである。また、既存の油井機構（例えば、ハンガーとの間に）においては、既存のソリッドシーリング（Sealing）を使用するために、ＤＰＴＳＳケーブルはこの部分に滑らかな表面を持っている必要がある。しかしながら、ケーブルの地上でのシーリング箇所と、ケーブル上での対応位置を事前に知ることはできないため、圧力の分離作業は、現場での実際的な方法により行う必要がある。また、土木工学における間隙圧力計測、および核廃棄物では、多点での分離測定を必要とする。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、現場作業における分布型光ファイバセンシングの受動型モニタリングにおいて、被測定体を他の設備等から分離して圧力、温度等の測定を可能とするための圧力隔離モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る圧力隔離モジュールは、
被測定体の物理量を検出する光ファイバを内蔵するケーブルに、間隔をおいて設置され、
当該ケーブルに充填されて外部流体の侵入を堰き止める一対の堰き止め体と、
前記ケーブルに充填され、前記一対の堰き止め体間をシールしているシール用樹脂と、
前記シール用樹脂を注入するためのシール用樹脂注入口を有し、前記一対の堰き止め体と前記シール用樹脂の両者の外周に当接するシール用パイプと、
を有するとともに、
前記堰き止め体と前記シール用樹脂とが一体で前記ケーブルをシールしている圧力隔離ユニット、
を備え、
前記ケーブルと、前記被測定体を内部に保有する被測定体保有器との境界部分に、前記圧力隔離ユニットを配置していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、分布型光ファイバセンシングの受動型モニタリングにおける現場作業において、被測定体近傍の他の設備等の影響を受けることなく、被測定体の圧力を独立して測定することが可能になり、また、所望の測定が容易になるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る圧力隔離モジュールを適用した装置構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る圧力隔離モジュールに適用された圧力隔離ユニットの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る圧力隔離モジュールに適用されたＤＰＴＳＳケーブルの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る圧力隔離モジュールを適用して実施したフィールド試験機とそのフィールド試験結果を示すモデル図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る圧力隔離モジュールを適用した装置構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る他の圧力隔離モジュールの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、被測定体の圧力を他の設備等からの影響を受けることなく分離して計測するための本発明の実施の形態１による圧力隔離ユニット１を適用した装置構成の一例であり、実験検証シミュレータ装置に用いられる圧力隔離モジュール１００の一例を示す図である。この図においては、圧力隔離モジュール１００は、１本のＤＰＴＳＳケーブル２を用いた圧力計測装置に適用されている。
【００１１】
図に示すように、ポンプから各パッカーシミュレータとしての圧力容器３に流体をそれぞれ供給する各開閉弁を介して、各圧力容器３にポンプ内の流体が供給される。また、この２個の圧力容器３の間には、間隙圧力室４が設置され、同様に、ポンプから開閉弁を介して流体が供給される。この際、各圧力容器３および間隙圧力室４内の流体は互いに他から圧力の影響を受けないようにするため、左右両側のＤＰＴＳＳケーブル２との接続口位置に、流体の侵入をシールする機能を持つ圧力隔離ユニット１が、それぞれ１個ずつ設置されている。
なお、図１に示すように、ＤＰＴＳＳケーブル２内に設けられた圧力、温度、あるいは歪他の物理量を検出するセンサである光ファイバ５は、終端保護部で折り返されて構成されている。このような装置構成下で、１本のＤＰＴＳＳケーブルによって各圧力容器３の内部、及び間隙圧力室４の内部の流体の圧力がそれぞれ独立に測定される。
【００１２】
このようにして、各圧力容器３、及び間隙圧力室４について、ＤＰＴＳＳケーブル２の長手方向の、隣接する各圧力隔離モジュール間のＤＰＴＳＳケーブル位置においては、互いに他の設備の圧力等の影響を受けることなく、独立に、被測定体である各圧力容器３の内部流体の圧力、及び間隙圧力室４の内部流体の圧力などについて（具体的には圧力分布として）連続して計測することが可能となる。なお、ＤＰＴＳＳケーブル２は、光ファイバ５を内蔵するものであれば、ＤＰＴＳＳケーブル以外のものでも適用可能である。
【００１３】
そこで、次に、上記図１に示した圧力隔離モジュール１００の構成要素である圧力隔離ユニット１の詳細構造について、図２を用いて説明する。
【００１４】
図２は、圧力隔離ユニット１の断面構成を模式的に示す図である。図において、左側の点線で囲まれた部分が１ユニット分の圧力隔離モジュールである。ＤＰＴＳＳケーブル２として、具体的には、例えばＤＰＴＳＳケーブルの１種であるＤＰＴＳＳアーマードケーブル２ａが用いられ、その外周部をシール用パイプ６で覆い、シール用パイプ６の両側の各端部の内側近傍には、この各端部の外側からシール用パイプの内周部分への流体の流入を堰き止めるため、堰き止め体７が１個ずつ構成されている。この堰き止め体７は、例えば瞬間接着剤等で所定の位置にそれぞれ固定されている。
また、シール用パイプの外周表面には、シール用パイプの外側からの流体の流入を防止すべく、ＤＰＴＳＳアーマードケーブルの軸方向の各堰き止め体の設置位置に対応するように、Ｏリング８がそれぞれ設置されている。また、これら２つのＯリングに挟まれたシール用パイプの外周（リング状肉厚部）部分の１箇所には、ＤＰＴＳＳアーマードケーブル内の空隙部分を無くすため、シール樹脂を注入するための貫通したシール樹脂注入口９が設けられ、上記２つの堰き止め体間のＤＰＴＳＳアーマードケーブルが、このシール樹脂注入口を介して正圧をかけて注入されたシール樹脂１０によりシールされている。このシール樹脂１０によるシールにより、圧力隔離モジュールの密封性をさらに上げ、ほぼ完全なものにする。ここで、シール樹脂には例えばシリコンが用いられる。
【００１５】
なお、図２において、各堰き止め体のＤＰＴＳＳアーマードケーブルの軸方向の２つの端部のうち、上記シール用パイプの各端部から遠い、圧力隔離モジュールの中央寄りに位置する端部を含む端部シール部分１５も、上述のシール樹脂によって同時にシールされるが、この端部シール部分１５がない場合でも圧力隔離ユニット１は同様の効果を奏する。また、シール用パイプ６は、外周に通気穴１９を有していないものでもよい。以上のようにして、目的とする１個の圧力隔離ユニット１が構成されている。
【００１６】
また、ここで用いられるＤＰＴＳＳアーマードケーブル２ａの一例は、図３に示すような断面形状のものである。この図に示すように、中心部分には、カーボン被覆がされたシングルモード光ファイバ１１が用いられている。そのすぐ外側には、ワイヤで構成した第１のアーマード層１２があり、この層の中にＦＩＭＴ（Fiber in Metallic Tube）１３が配置されている。さらに、最外周部分には、ＧＩＰＳ（Galvanized Improved Plowed Steel）ワイヤで構成されている第２のアーマード層１４が配置されている。この図に示すように各ケーブル間には隙間が存在するので、通常、充填剤などで隙間を埋めて固定するが、それでも隙間はある程度残っているのでシール材等でシールしない場合には、この隙間に外部から流体などが侵入する怖れがある。
【００１７】
そして、上述のように構成された圧力隔離ユニット１を２個用い、これらを組み合わせて使用することにより（例えば図１に示した間隙圧力室４の両側に各１個ずつ計２個設置された圧力隔離ユニット１を参照）、隣接して設置されているパッカーシミュレータとしての圧力容器内の流体圧力の大きさなどに影響を受けることなく、独立して、被測定体（例えば間隙圧力室内の流体）の圧力分布を、ＤＰＴＳＳケーブルの軸方向に連続して計測
することができる。
【００１８】
なお、上記においては、圧力隔離ユニット１を２個用い、これらを組み合わせて使用した例について説明したが、これに限らず、圧力隔離ユニット１の使用は１個であり、他の１つが圧力隔離ユニットとは異なる圧力隔離体、例えば、外部からの流体の侵入を遮断する遮断体を使用する場合も同様の効果を奏する。
【００１９】
図４は、図１の実験検証シミュレータ装置を実際の現場に適用したフィールド試験機とそのフィールド試験結果の一例を示すモデル図である。光ファイバ５を内部に組み込んだＤＰＴＳＳケーブル２を観察井に設置する（図に示すようにＤＰＴＳＳケーブルの長手方向が岩盤の深さ方向に該当する）。このＤＰＴＳＳケーブル２は、矢印で示した地表面から深さ方向に所望の間隔で、このＤＰＴＳＳケーブルを支持する複数のパッカー（圧力隔離ユニットに相当）によって固定され、他の位置の間隙圧力に影響されることなく独立に、各パッカー支持位置に挟まれたＤＰＴＳＳケーブルの間隙部分の長手方向間隙圧力をセンシングする。これにより、この間隙部分の圧力分布測定が可能となる。
【００２０】
図中、階段状の点線で示したＤＰＴＳＳケーブルにより計測された深さ方向の圧力分布である計測圧力Ｐｍの分布と、曲線状の破線で示した地熱温度Ｔｇの分布から、実線の曲線で示したパッカー間の間隙圧力Ｐｐの分布が求まる。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態１では、圧力隔離モジュールとして、実験検証シミュレータ装置に用いられた場合の構成例を例に説明したが、この実施の形態２では、実際の現場で使用される場合の圧力隔離モジュール、すなわち圧力隔離モジュールを適用したフィールドモデルについて、図５、図６を用いて説明する。
【００２２】
図５は、実際の現場で、複数の圧力容器について、その内部の流体圧力を独立して測定する必要がある場合に、そのフィールドモデルの構成要素に圧力隔離モジュールを用いた場合の一例を示すものである。ここでは、図５に示すように、３つの圧力容器３ａ、３ｂ、３ｃについて、各圧力容器内部の流体圧力ｐ１、ｐ２、ｐ３を、それぞれ互いに他の圧力容器の流体圧力などの影響を受けることなく、独立して測定できるようにするため、隣接する各圧力容器との一方の境界部分に１つの圧力隔離ユニットを設置するとともに、隣接する圧力容器との境界部分ではない他方の境界部分に、各圧力容器の外側部分のＤＰＴＳＳケーブル２からの、各圧力容器の流体圧力に対する影響を遮断するため、別の圧力隔離ユニットを設置した例を示す。
【００２３】
具体的には、圧力容器３ａについては、外側部分のＤＰＴＳＳケーブル２との境界部分に圧力隔離ユニット１ａを配置するとともに、隣接する圧力容器３ｂとの境界部分に圧力隔離ユニット１ｂを配置し、圧力容器３ｃについては、外側部分のＤＰＴＳＳケーブル２との境界部分に圧力隔離ユニット１ｄを配置するとともに、隣接する圧力容器３ｂとの境界部分に圧力隔離ユニット１ｃを配置したものである。従って、圧力容器３ｂについては、隣接する圧力容器３ａとの境界部分には圧力隔離ユニット１ｂが配置され、隣接する圧力容器３ｃとの境界部分には圧力隔離ユニット１ｃが配置されている。このような構成により、目的とする圧力容器（例えば３ｂ）の流体圧力を測定する場合に、目的とする圧力容器以外の圧力容器（３ａ、３ｃ）の流体圧力の影響を遮断でき、同様にして、圧力容器３ｂ以外の圧力容器３ａ、３ｃの流体圧力を独立して測定することが可能となる。
【００２４】
また、フィールド実験での取扱いを容易にするため、通常は、これら４つの圧力隔離ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを一体的に取り扱う構造としている。すなわち、これら４つの圧力隔離ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの外周には、１つの圧力隔離ユニットあたり２個のシール用のＯリング（図示せず）を介して、これら４つの圧力隔離ユニットを一体として覆う円筒体１６が構成されている。そして、１本のＤＰＴＳＳケーブル２と、４つの圧力隔離ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、８個のＯリングと、１個の円筒体１６により、全体として圧力隔離モジュール２００を構成している。この圧力隔離モジュール２００は各圧力容器の流体圧力を計測するため、各圧力容器あたり１個ずつ、計３個の圧力伝搬用貫通孔１７が前記円筒体１６に設けられている。
【００２５】
なお、この圧力伝搬用貫通孔１７を設けたことで、この圧力伝搬用貫通孔１７から予期しない水分等が圧力隔離モジュール２００内の空隙部に入り込むことによって、圧力容器の流体圧力測定に影響を及ぼす危険がある。この危険性を防ぐため、現場での設置時には、この圧力伝搬用貫通孔１７に水溶性部材１８（図示しない）を予め充填した圧力隔離モジュールを準備しておき、この圧力隔離モジュールを現場にセッティング後、数日間かけて徐々にこの圧力伝搬用貫通孔１７に充填した水溶性部材１８を溶解させて取り除くなどの方法が採られることもある。
【００２６】
次に、図６について説明する。図６は、図５で説明した圧力隔離モジュール２００の構成要素となっている１ユニット相当の圧力隔離モジュール３００を示す。この圧力隔離モジュール３００は、図６に示すように、１本のＤＰＴＳＳケーブルと、２つの圧力隔離ユニット１ａ、１ｂと、この各圧力隔離ユニットの外周に圧力隔離ユニットごとに２個ずつ、計４個設けたＯリング８と、これらＤＰＴＳＳケーブル、２つの圧力隔離ユニットと、４個のＯリングを外周から覆う、圧力伝搬用貫通孔１７を有する円筒体１６ａとで構成される。そして、この圧力隔離モジュール３００を被測定体（をもつ設備）に設置することにより、上述の圧力隔離モジュール２００より小型化した装置により、圧力隔離モジュール１００と同様、被測定体の圧力を他からの影響を受けることなく独立して計測できるという効果を奏する。
【００２７】
なお図６において、Ｌbは、１個の圧力隔離ユニットの長さ（長手方向）を表し、Ｌcは、圧力隔離モジュール３００の長さ（長手方向）を表す。典型例としては、ＬcはＬbの約５倍の大きさを持つ。
【００２８】
以上においては、圧力隔離モジュールとして、他からの圧力の影響を遮断する装置を例にして説明したが、これに限らず、圧力変化に対する温度の影響が大きい場合においては、堰き止め体に替えて、他からの温度の影響を遮断する断熱材等を用いた圧力隔離モジュールにおいても同様の効果を奏するものである。
【００２９】
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば試験井で取扱う流体が石油等の油性の場合には、前記水溶性部材は油溶性部材に替えて用いればよい。この場合も、水溶性部材を使用した場合と同様の効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００３０】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  圧力隔離ユニット、２  ＤＰＴＳＳケーブル、２ａ  ＤＰＴＳＳアーマードケーブル、３、３ａ、３ｂ、３ｃ  圧力容器、４  間隙圧力室、５  光ファイバ、６  シール用パイプ、７  堰き止め体、８  Ｏリング、９  シール樹脂注入口、１０  シール樹脂、１１  シングルモード光ファイバ、１２  第１のアーマード層、１３  ＦＩＭＴ、１４  第２のアーマード層、１５  端部シール部分、１６、１６ａ  円筒体、１７  圧力伝搬用貫通孔、１８  水溶性部材、１９  通気穴、１００、２００、３００  圧力隔離モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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