水力裂缝尺度动态监测及其变化规律研究
发布时间：2020-03-24 09:27
【摘要】：二十世纪五十年代初,水力压裂技术作为现代石油工程中油气井的主要增产措施开始出现并日益受到人们的重视与关注。水力压裂是将高压液体注入低渗透率的储层中,产生裂缝沟通岩石中的油气,从而达到增产的目的。水力压裂过程中产生裂缝的形状和尺寸决定了增产效果。前人为了确定裂缝尺度相继提出了PKN和KGD等理论模型,但对于裂缝尺度的现场监测和实验室监测仍比较困难。这在很大程度上限制了人们对水力压裂过程的认识和新工艺技术的发展。因此监测裂缝尺度对认识水力压裂过程、验证水力裂缝模型、从而提出新的压裂工艺技术具有重要意义。本文通过在室内压裂试件中布置单根或多根布拉格光纤光栅(FBG)应变传感器,对类混凝土材料的水力裂缝尺度进行动态监测,得到不同时刻水力裂缝尺度的变化,并依据其数值得到了裂缝的扩展速度和裂缝形态,从而对水力压裂裂缝扩展中的尺度变化进行了完整的描述并对现有的水力裂缝扩展模型修正提出了建议。同时得到了水力裂缝周围岩石变形与裂缝宽度的关系。研究表明,室内水力压裂模拟实验中水力裂缝的宽度为微米级别,裂缝扩展速度为0.1mm/s的量级;在水力压裂过程中裂缝长度与高度呈渐进式扩展,宽度随其呈现波动式变化;水力裂缝周围岩石的变形与裂缝宽度呈正相关。研究结论对认识水力压裂裂缝的扩展及提升压裂工艺技术具有重要参考价值。
【图文】：
各种方法的使用均具有较大的局限性，本文的研究G）应变传感器应用于水力压裂的实验室模拟过程来得到水力裂要对 FBG 应变传感器的工作原理进行研究，然后对将其应用于模拟过程的可行性进行研究，并在研究后给出可行的实验方案实验得到的数据进行处理也就是对水力裂缝尺度的计算方法进法的误差进行标定。从光纤光栅应变传感器工作原理及其应用的可行性研究、水力实验方案研究、水力裂缝尺度计算方法研究以及水力裂缝尺度究四个方面进行相应的探讨。光栅应变传感器工作原理及其应用的可行性研究光栅应变传感器工作原理变传感器由四个部分构成，，分别是光纤纤芯、光纤布拉格光栅保护层，如图 1.1 所示[18]。
图 1.2 FBG 应变传感器工作原理[18]Fig. 1.2 The working principle of FBG strain sensor[18]从宽带光源中发出广谱光首先进入传导光纤经由耦合器再进入 FBG 应变传感器中，传感器中的光栅将其光栅周期对应波长的光波反射回耦合器，经过解调系统的解调得到了在当前外场（应变场、温度场）条件下反射光波的波长。FBG 应变传感器在外场的作用下（静态、准静态或瞬态），布拉格光栅发生变形，从而使其光栅周期发生变化，反射的光波波长也随之变化。解调系统监测这种包含了外场作用的光波波长变化，从而获得了所要监测的外场信息。总之，其工作原理就是基于光栅的光波波长敏感性得到光栅的变形，从而对外场信息进行监测，实时的得到需要研究的外场信息。1.1.2 光纤光栅应变传感器应用于水力压裂实验可行性研究通过研究光纤光栅应变传感器的工作原理，本文认为 FBG 应变传感器具有适应性好、抗干扰能力强、灵敏度高、监测范围广等优点，将其应用于水力压裂实验可行性高，因此本节就其可行性进行了探讨。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.1
【图文】：
各种方法的使用均具有较大的局限性，本文的研究G）应变传感器应用于水力压裂的实验室模拟过程来得到水力裂要对 FBG 应变传感器的工作原理进行研究，然后对将其应用于模拟过程的可行性进行研究，并在研究后给出可行的实验方案实验得到的数据进行处理也就是对水力裂缝尺度的计算方法进法的误差进行标定。从光纤光栅应变传感器工作原理及其应用的可行性研究、水力实验方案研究、水力裂缝尺度计算方法研究以及水力裂缝尺度究四个方面进行相应的探讨。光栅应变传感器工作原理及其应用的可行性研究光栅应变传感器工作原理变传感器由四个部分构成，，分别是光纤纤芯、光纤布拉格光栅保护层，如图 1.1 所示[18]。
图 1.2 FBG 应变传感器工作原理[18]Fig. 1.2 The working principle of FBG strain sensor[18]从宽带光源中发出广谱光首先进入传导光纤经由耦合器再进入 FBG 应变传感器中，传感器中的光栅将其光栅周期对应波长的光波反射回耦合器，经过解调系统的解调得到了在当前外场（应变场、温度场）条件下反射光波的波长。FBG 应变传感器在外场的作用下（静态、准静态或瞬态），布拉格光栅发生变形，从而使其光栅周期发生变化，反射的光波波长也随之变化。解调系统监测这种包含了外场作用的光波波长变化，从而获得了所要监测的外场信息。总之，其工作原理就是基于光栅的光波波长敏感性得到光栅的变形，从而对外场信息进行监测，实时的得到需要研究的外场信息。1.1.2 光纤光栅应变传感器应用于水力压裂实验可行性研究通过研究光纤光栅应变传感器的工作原理，本文认为 FBG 应变传感器具有适应性好、抗干扰能力强、灵敏度高、监测范围广等优点，将其应用于水力压裂实验可行性高，因此本节就其可行性进行了探讨。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.1
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本文编号：2598129
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