【摘要】：二十世紀(jì)五十年代初,水力壓裂技術(shù)作為現(xiàn)代石油工程中油氣井的主要增產(chǎn)措施開始出現(xiàn)并日益受到人們的重視與關(guān)注。水力壓裂是將高壓液體注入低滲透率的儲(chǔ)層中,產(chǎn)生裂縫溝通巖石中的油氣,從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。水力壓裂過程中產(chǎn)生裂縫的形狀和尺寸決定了增產(chǎn)效果。前人為了確定裂縫尺度相繼提出了PKN和KGD等理論模型,但對(duì)于裂縫尺度的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)仍比較困難。這在很大程度上限制了人們對(duì)水力壓裂過程的認(rèn)識(shí)和新工藝技術(shù)的發(fā)展。因此監(jiān)測(cè)裂縫尺度對(duì)認(rèn)識(shí)水力壓裂過程、驗(yàn)證水力裂縫模型、從而提出新的壓裂工藝技術(shù)具有重要意義。本文通過在室內(nèi)壓裂試件中布置單根或多根布拉格光纖光柵(FBG)應(yīng)變傳感器,對(duì)類混凝土材料的水力裂縫尺度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),得到不同時(shí)刻水力裂縫尺度的變化,并依據(jù)其數(shù)值得到了裂縫的擴(kuò)展速度和裂縫形態(tài),從而對(duì)水力壓裂裂縫擴(kuò)展中的尺度變化進(jìn)行了完整的描述并對(duì)現(xiàn)有的水力裂縫擴(kuò)展模型修正提出了建議。同時(shí)得到了水力裂縫周圍巖石變形與裂縫寬度的關(guān)系。研究表明,室內(nèi)水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)中水力裂縫的寬度為微米級(jí)別,裂縫擴(kuò)展速度為0.1mm/s的量級(jí);在水力壓裂過程中裂縫長(zhǎng)度與高度呈漸進(jìn)式擴(kuò)展,寬度隨其呈現(xiàn)波動(dòng)式變化;水力裂縫周圍巖石的變形與裂縫寬度呈正相關(guān)。研究結(jié)論對(duì)認(rèn)識(shí)水力壓裂裂縫的擴(kuò)展及提升壓裂工藝技術(shù)具有重要參考價(jià)值。
【圖文】：

各種方法的使用均具有較大的局限性，本文的研究G）應(yīng)變傳感器應(yīng)用于水力壓裂的實(shí)驗(yàn)室模擬過程來得到水力裂要對(duì) FBG 應(yīng)變傳感器的工作原理進(jìn)行研究，然后對(duì)將其應(yīng)用于模擬過程的可行性進(jìn)行研究，并在研究后給出可行的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理也就是對(duì)水力裂縫尺度的計(jì)算方法進(jìn)法的誤差進(jìn)行標(biāo)定。從光纖光柵應(yīng)變傳感器工作原理及其應(yīng)用的可行性研究、水力實(shí)驗(yàn)方案研究、水力裂縫尺度計(jì)算方法研究以及水力裂縫尺度究四個(gè)方面進(jìn)行相應(yīng)的探討。光柵應(yīng)變傳感器工作原理及其應(yīng)用的可行性研究光柵應(yīng)變傳感器工作原理變傳感器由四個(gè)部分構(gòu)成，，分別是光纖纖芯、光纖布拉格光柵保護(hù)層，如圖 1.1 所示[18]。

圖 1.2 FBG 應(yīng)變傳感器工作原理[18]Fig. 1.2 The working principle of FBG strain sensor[18]從寬帶光源中發(fā)出廣譜光首先進(jìn)入傳導(dǎo)光纖經(jīng)由耦合器再進(jìn)入 FBG 應(yīng)變傳感器中，傳感器中的光柵將其光柵周期對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光波反射回耦合器，經(jīng)過解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)得到了在當(dāng)前外場(chǎng)（應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)）條件下反射光波的波長(zhǎng)。FBG 應(yīng)變傳感器在外場(chǎng)的作用下（靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)或瞬態(tài)），布拉格光柵發(fā)生變形，從而使其光柵周期發(fā)生變化，反射的光波波長(zhǎng)也隨之變化。解調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)這種包含了外場(chǎng)作用的光波波長(zhǎng)變化，從而獲得了所要監(jiān)測(cè)的外場(chǎng)信息。總之，其工作原理就是基于光柵的光波波長(zhǎng)敏感性得到光柵的變形，從而對(duì)外場(chǎng)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)的得到需要研究的外場(chǎng)信息。1.1.2 光纖光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)用于水力壓裂實(shí)驗(yàn)可行性研究通過研究光纖光柵應(yīng)變傳感器的工作原理，本文認(rèn)為 FBG 應(yīng)變傳感器具有適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、監(jiān)測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于水力壓裂實(shí)驗(yàn)可行性高，因此本節(jié)就其可行性進(jìn)行了探討。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE357.1

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本文編號(hào)：2598129