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
分布式光纖應變測試已經廣泛應用于監測和診斷水力壓裂期間誘發的遠場應變。然而,現場觀察結果顯示,經常發生光纖和巖石之間的機械解耦。盡管存在這種現象,但是當前許多研究假定光纜與巖層保持機械接觸。為了提高現場數據解釋的準確性和可靠性,有必要更好認識光纖解耦對應變響應的影響。本研究的目的是模擬應變響應,同時考慮光纖滑脫的影響。
在該研究中,我們開發了數值模型,能夠精確預測和分析出現機械解耦的井間分布式光纖的應變響應。該模型首先使用三維位移不連續性方法(DDM)計算水力裂縫引起的位移場。然后,考慮滑脫的發生,計算具有滑脫效應的光纖位移分布。另外,該模型可以預測存在粘滑行為時的光纖應變分布。開展敏感性分析,以更好認識光纖摩擦對應變和應變速率信號的影響。這能讓我們研究不同光纖摩擦水平對信號的影響,這對于獲得更準確和可靠結果可能起關鍵作用。
我們的模型結果揭示了幾個關鍵觀察結果。首先,當檢測到光纖滑移時,通常在應變/應變速率瀑布圖上觀察到裂縫附近的擴展區變寬,這不能提供明確限定的裂縫區域范圍。模擬的應變速率模式與現場觀察匹配。另外,解耦區的范圍大小隨著光纖與地層之間的摩擦減小而增大。此外,在一定閉合時間之后,解耦產生負累積應變變化。此外,當動摩擦小于靜摩擦時,在應變/應變速度瀑布圖中可以看到表現為粘結部分的突然應變釋放,表明光纖發生粘滑行為。我們還觀察到,當最大光纖應變梯度較小時,應變速度瀑布圖中的突然應變釋放發生更頻繁。此外,當動/靜摩擦比較小時,觀察粘附部分變長。
本研究的關鍵創新是建立正演數值模型,考慮光纖和地層之間的耦合效應模擬應變響應。據我們所知,這種模型首次提出。總之,本項研究使應變信號的解釋更準確和可靠,為水力壓裂監測領域作出重要貢獻,最終可以提高水力壓裂作業的安全性和有效性。
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原文標題:【前沿】分析壓裂過程中機械滑移對井間分布式光纖應變測試影響的數值模型
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