分析压裂过程中机械滑移对井间分布式光纤应变测试影响的数值模型
a numerical model for analyzing mechanical slippage effect on cross-well distributed fiber optic strain measurements during fracturing
xueling song; ge jin; kan wu; xincheng wan
摘要
分布式光纤应变测试已经广泛应用于监测和诊断水力压裂期间诱发的远场应变。然而，现场观察结果显示，经常发生光纤和岩石之间的机械解耦。尽管存在这种现象，但是当前许多研究假定光缆与岩层保持机械接触。为了提高现场数据解释的准确性和可靠性，有必要更好认识光纤解耦对应变响应的影响。本研究的目的是模拟应变响应，同时考虑光纤滑脱的影响。
在该研究中，我们开发了数值模型，能够精确预测和分析出现机械解耦的井间分布式光纤的应变响应。该模型首先使用三维位移不连续性方法（ddm）计算水力裂缝引起的位移场。然后，考虑滑脱的发生，计算具有滑脱效应的光纤位移分布。另外，该模型可以预测存在粘滑行为时的光纤应变分布。开展敏感性分析，以更好认识光纤摩擦对应变和应变速率信号的影响。这能让我们研究不同光纤摩擦水平对信号的影响，这对于获得更准确和可靠结果可能起关键作用。
我们的模型结果揭示了几个关键观察结果。首先，当检测到光纤滑移时，通常在应变/应变速率瀑布图上观察到裂缝附近的扩展区变宽，这不能提供明确限定的裂缝区域范围。模拟的应变速率模式与现场观察匹配。另外，解耦区的范围大小随着光纤与地层之间的摩擦减小而增大。此外，在一定闭合时间之后，解耦产生负累积应变变化。此外，当动摩擦小于静摩擦时，在应变/应变速度瀑布图中可以看到表现为粘结部分的突然应变释放，表明光纤发生粘滑行为。我们还观察到，当最大光纤应变梯度较小时，应变速度瀑布图中的突然应变释放发生更频繁。此外，当动/静摩擦比较小时，观察粘附部分变长。
本研究的关键创新是建立正演数值模型，考虑光纤和地层之间的耦合效应模拟应变响应。据我们所知，这种模型首次提出。总之，本项研究使应变信号的解释更准确和可靠，为水力压裂监测领域作出重要贡献，最终可以提高水力压裂作业的安全性和有效性。
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在该研究中，我们开发了数值模型，能够精确预测和分析出现机械解耦的井间分布式光纤的应变响应。该模型首先使用三维位移不连续性方法（ddm）计算水力裂缝引起的位移场。然后，考虑滑脱的发生，计算具有滑脱效应的光纤位移分布。另外，该模型可以预测存在粘滑行为时的光纤应变分布。开展敏感性分析，以更好认识光纤摩擦对应变和应变速率信号的影响。这能让我们研究不同光纤摩擦水平对信号的影响，这对于获得更准确和可靠结果可能起关键作用。
我们的模型结果揭示了几个关键观察结果。首先，当检测到光纤滑移时，通常在应变/应变速率瀑布图上观察到裂缝附近的扩展区变宽，这不能提供明确限定的裂缝区域范围。模拟的应变速率模式与现场观察匹配。另外，解耦区的范围大小随着光纤与地层之间的摩擦减小而增大。此外，在一定闭合时间之后，解耦产生负累积应变变化。此外，当动摩擦小于静摩擦时，在应变/应变速度瀑布图中可以看到表现为粘结部分的突然应变释放，表明光纤发生粘滑行为。我们还观察到，当最大光纤应变梯度较小时，应变速度瀑布图中的突然应变释放发生更频繁。此外，当动/静摩擦比较小时，观察粘附部分变长。
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