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水平井压裂多裂缝扩展诱发光纤应变演化机理

石油勘探与开发 2022年第1期49卷 183-193页

作者：陈铭郭天魁胥云曲占庆张士诚周彤王云鹏中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石化勘探开发研究院北京100083

在平面三维多裂缝扩展模型基础上,构建了压裂监测井光纤应变与应变率的计算模型,提出了水平井压裂多裂缝扩展诱发光纤应变正演计算方法。基于该方法,开展了水平井压裂多裂缝扩展诱发光纤应变与应变率数值模拟分析,结果表明,裂缝扩展诱... 详细信息

在平面三维多裂缝扩展模型基础上,构建了压裂监测井光纤应变与应变率的计算模型,提出了水平井压裂多裂缝扩展诱发光纤应变正演计算方法。基于该方法,开展了水平井压裂多裂缝扩展诱发光纤应变与应变率数值模拟分析,结果表明,裂缝扩展诱发光纤应变演化可分为应变增强、收缩汇聚和直线状汇聚3个阶段;应变率演化可分为应变率增强、收缩汇聚、直线状汇聚、停泵应变率反转4个阶段。光纤应变停泵后不变,但应变率会出现反转,光纤应变率反转可反映注入动态;根据分布式光纤应变与应变率的直线状汇聚带,可判断裂缝扩展至光纤的时刻与井间压窜,同时可依据各簇裂缝扩展到光纤监测井的时刻识别多裂缝非均匀扩展现象,评价裂缝非均匀扩展程度;光纤监测井水平段位于裂缝高度范围内时,可识别裂缝延伸至光纤的时刻,而光纤监测井水平段位于裂缝高度以外时,汇聚条带不明显;多段压裂施工中,受上一压裂段应力干扰的影响,后续压裂段的光纤应变可能不再出现压裂初期的张应变区域,但光纤应变率动态可有效呈现每一段压裂裂缝的扩展动态,单段压裂的光纤应变率演化规律适用于多段压裂。

关键词：水平井多段压裂光纤应变应变分布正演模型多裂缝扩展识别

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利用光纤应变判断光电复合海缆锚害程度的有限元分析法

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电工技术学报 2014年第11期29卷 261-268页

作者：吕安强李永倩李静张旭华北电力大学电气与电子工程学院保定071003 华北电力大学信息与网络管理中心保定071003

锚害占海缆机械故障的80%以上,不同程度的锚害会导致海缆发生漏电、接地、短路和断缆事故,及时发现锚害并判断锚害程度十分重要。本文提出了利用光电复合海缆中光纤的应变判断海缆锚害程度的有限元分析法。建立了110k V光电复合海缆的... 详细信息

锚害占海缆机械故障的80%以上,不同程度的锚害会导致海缆发生漏电、接地、短路和断缆事故,及时发现锚害并判断锚害程度十分重要。本文提出了利用光电复合海缆中光纤的应变判断海缆锚害程度的有限元分析法。建立了110k V光电复合海缆的有限元模型,对海缆锚害过程进行了仿真和分析,建立了海缆锚害过程中铠装层应力和光纤应变的分段时间函数,对锚害程度进行了分级,并用海缆模型试验验证了仿真结果。结果表明,海缆锚害程度的加剧导致光纤应变的增加,海缆锚害过程可用5个分段函数表示,锚害程度可分为三级,分别对应0.12%、0.35%和1.1%的光纤应变,可利用分布式光纤传感技术测量的光纤应变判断海缆的锚害程度。

关键词：光电复合海缆锚害光纤应变分布式光纤传感有限元分析

水力压裂多裂缝扩展诱发光纤应变演化试验研究

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石油机械 2024年第8期52卷 101-107页

作者：王溯陈勉吕嘉昕中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室

为解决光纤监测水力压裂过程中裂缝扩展形态认识不清的难题,提出了一种基于光纤应变监测的水力压裂物理模拟试验方法。将基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤解调器与大型真三轴压裂物理模拟试验相结合,开展了人造试样及页岩试样水力... 详细信息

为解决光纤监测水力压裂过程中裂缝扩展形态认识不清的难题,提出了一种基于光纤应变监测的水力压裂物理模拟试验方法。将基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤解调器与大型真三轴压裂物理模拟试验相结合,开展了人造试样及页岩试样水力压裂光纤实时监测物理模拟试验。试验结果表明,基于OFDR的分布式光纤传感技术可以高空间分辨率、高精度监测应变的演化,光纤的应变数据可以清晰地反映裂缝的产生、扩展和闭合。根据试验结果提出了一种基于光纤应变感测的水力压裂裂缝形态判别准则,该准则可以根据光纤应变演化信息判断部分裂缝类别。研究结论可高效地指导分布式光纤数据解释工作,可为光纤压裂监测的现场规模应用提供参考。

关键词：水力压裂裂缝识别分布式光纤监测页岩储层层理缝高角度天然裂缝光纤应变

基于水下光纤应变监测的导管架结构总冰力测量方法

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海洋工程 2014年第5期32卷 9-14页

作者：许宁岳前进王延林国家海洋环境监测中心辽宁大连116023 大连理工大学海洋科学与技术学院辽宁盘锦124221

基于测量结构水下光纤应变获取冰力的方法首次应用于渤海JZ20-2NW加锥导管架平台,该方法方便进行零点标定,可获取结构总冰力的绝对信息(包括均值和波动值)。首先介绍了JZ20-2NW平台的现场监测系统,主要包括结构水下应变响应记录冰力信息... 详细信息

基于测量结构水下光纤应变获取冰力的方法首次应用于渤海JZ20-2NW加锥导管架平台,该方法方便进行零点标定,可获取结构总冰力的绝对信息(包括均值和波动值)。首先介绍了JZ20-2NW平台的现场监测系统,主要包括结构水下应变响应记录冰力信息,甲板上部视频记录同步冰情(冰厚、冰速和来冰方向)信息和拾振器记录结构冰振响应;重点分析了由测点应变向结构总冰力的转化方法,并对总冰力进行了初步分析。将无量纲化实测冰力与5种典型冰力计算模型进行了比较,分析结果表明,锥体宽度与海冰厚度比值(简称"宽厚比")对冰力大小及变化起决定作用。

关键词：导管架结构光纤应变总冰力渤海 JZ20-2NW

水平井水力压裂裂缝扩展诱发垂直邻井光纤应变演化特征

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东北石油大学学报 2024年第4期48卷 100-110,I0007页

作者：王溯陈勉吕嘉昕郝亚龙初京义中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249 新疆兰德伟业油田服务有限公司新疆克拉玛依834000

水力压裂过程中很难准确获取裂缝高度扩展信息,利用分布式光纤可准确评价裂缝扩展信息。采用有限元耦合内聚力单元方法,建立水平井水力压裂裂缝扩展诱发垂直邻井光纤应变的正演模型,进行垂直邻井光纤应变数值模拟,分析光纤应变演化特征... 详细信息

水力压裂过程中很难准确获取裂缝高度扩展信息,利用分布式光纤可准确评价裂缝扩展信息。采用有限元耦合内聚力单元方法,建立水平井水力压裂裂缝扩展诱发垂直邻井光纤应变的正演模型,进行垂直邻井光纤应变数值模拟,分析光纤应变演化特征;根据压裂施工参数及垂直邻井光纤布设位置,判定水力压裂裂缝的光纤有效监测范围;利用大型真三轴压裂实验与分布式光纤感测设备,进行光纤实时监测水平井水力压裂物理实验。结果表明:裂缝高度扩展诱发光纤应变演化分为应变增强、张应变扩展、应变直线状汇聚及应变弱化4个阶段,光纤应变演化特征表现为中间部分出现张应变汇聚带,两侧出现压应变汇聚带。当水力压裂裂缝在光纤有效监测范围内时,垂直邻井光纤可有效监测裂缝高度扩展情况。垂直邻井的光纤应变演化结果与光纤应变正演模计算结果验证正演模型的正确性。利用裂缝高度扩展诱发垂直邻井光纤应变演化特征可评价裂缝高度扩展状态,为油田压裂设计提供参考。

关键词：水平井水力压裂裂缝扩展垂直邻井光纤应变演化特征分布式光纤裂缝识别裂缝高度

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基于光纤应变的海底电缆弯曲特性研究

基于光纤应变的海底电缆弯曲特性研究

作者：鞠森华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国海洋开发活动日益频繁,具有通信、输电双重功能的单芯光纤复合海底电缆被广泛应用在众多岛屿以及海上作业平台上,海底电缆研究的重要性日益突出。目前海底电缆的研究主要局限于电气特性,很少涉及到海底电缆机械特性,海底电缆的... 详细信息

随着我国海洋开发活动日益频繁,具有通信、输电双重功能的单芯光纤复合海底电缆被广泛应用在众多岛屿以及海上作业平台上,海底电缆研究的重要性日益突出。目前海底电缆的研究主要局限于电气特性,很少涉及到海底电缆机械特性,海底电缆的弯曲是引起机械故障的主要原因之一,并且多数电气故障均由机械故障引起。因此,研究海底电缆的弯曲特性具有重要意义。本课题以有限元法为主要理论依据,利用有限元软件ANSYS对海底电缆的机械弯曲特性进行了研究,通过模拟海底电缆在不同影响因素下的机械弯曲,获取各结构的应力数据以及光单元的应变数据,为海底电缆机械故障的研究提供了理论依据。导致海底电缆弯曲的原因主要有两类:一类由卷绕及敷设引起;另一类由船锚钩挂引起。第一类中,根据海底电缆的材料参数、施工标准以及CIGRE会议文件对海底电缆中的结构进行了适当的简化,选取了合适的材料和单元类型,建立了海底电缆的有限元模型;使用单面自动接触算法确定了各结构的接触情况,并根据各结构的特点分别进行了网格划分,设置了模型的边界条件;对弯曲环境进行了抽象,施加了不同弯曲速度、不同弯曲半径的载荷,模拟了海底电缆在卷绕及敷设过程中的弯曲。第二类中,根据接触类型简化了海底电缆模型,并在保证不影响与船锚接触面积的前提下对船锚进行了简化;抽象了船锚钩挂海底电缆的过程,对海底电缆的端面进行了限制,将速度载荷施加到了船锚上,模拟了船锚钩挂海底电缆的过程。通过以上模拟仿真,本文获取了海底电缆在不同弯曲因素下各结构的应力、应变数据,对数据进行处理后绘制出了各结构随时间变化的时间-应力曲线、时间-应变曲线、应力-应变曲线以及光单元应变-其他结构应力曲线等,研究了各结构在弯曲过程中与时间和光单元应变的关系;最终建立了以光单元应变为自变量,各结构应力为因变量的关系函数。本文深入讨论了在弯曲过程中,海底电缆各结构的应力、应变的变化情况,为今后研究海底电缆的弯曲性能、判断海底电缆工作状态提供了参考。

关键词：光纤复合海底电缆弯曲船锚钩挂光纤应变有限元

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基于光纤应变的海底电缆形状传感技术研究

基于光纤应变的海底电缆形状传感技术研究

作者：黄崇武华北电力大学

学位级别：硕士

随着海洋资源不断的开发,集输电和通信于一体的光纤复合海底电缆被广泛应用于岛屿供电、海上作业平台和海上风电场输电等重要场所。海底电缆运行环境恶劣,时常受到来自人为因素和自然因素的影响,导致海底电缆出现大变形和大位移,及时监... 详细信息

随着海洋资源不断的开发,集输电和通信于一体的光纤复合海底电缆被广泛应用于岛屿供电、海上作业平台和海上风电场输电等重要场所。海底电缆运行环境恶劣,时常受到来自人为因素和自然因素的影响,导致海底电缆出现大变形和大位移,及时监测到海底电缆形状和位移变化,能够对海底电缆的运行状态做出重要评估,保障海底电缆安全运行。针对海底电缆存在大变形和大位移的问题,本文旨在设计一种基于光纤应变的三维形状重构算法,能够以较高的精度还原海底电缆变形和位移后的形状。主要研究工作如下:（1）对基于OFDR（光频域反射技术）的分布式光纤应变测量基本原理和Frenet框架基本原理进行了研究,然后在Frenet框架的基础上,设计了光纤三维形状重构算法,推导了由三芯光纤各芯应变计算光纤形状的公式。（2）形状还原精度是本文算法的一个重要指标,为研究多项式拟合与三次插值两种方法对还原精度的影响,实验中以圆柱螺旋曲线和圆锥曲线这两种典型的曲线为例,分别采用多项式拟合与三次样条插值构建曲率和挠率连续函数,经比较选定三次样条插值算法。（3）利用ANSYS APDL建立三芯光纤的动力学有限元模型,通过施加力学载荷,获取了单向弯曲和S形变形的仿真结果,提取应变数据,代入设计的光纤形状重构算法中,实现了对光纤的三维形状重构,通过均方根误差（RMSE）和归一化准确度（E）对重构误差进行计算和分析,结果表明该算法具有较高的重构精度。（4）利用ANSYS Maxwell和ANSYS Workbench建立了单根三芯光纤缠绕海底电缆的动力学有限元模型,并通过施加力学载荷求解获得位移与应变云图;然后,根据仿真结果,将轴向应变分为两部分,分别计算并叠加,绘制了海底电缆弯曲时光纤长度-轴向应变曲线图,并对每个纤芯的轴向应变变化过程进行分析;最后,将每个纤芯叠加之后的应变代入本文设计的算法中,对海底电缆进行形状还原,并进行了误差分析,结果表明本文算法形状还原效果良好,为实际工程应用提供了技术支撑。

关键词：海底电缆形态传感光纤应变三芯光纤有限元

深圳市岩溶塌陷监测区土体变形与光纤应变关系室内模拟试验

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土木工程 2013年第3期2卷 196-203页

作者：张桂香徐俊深圳市勘察研究院有限公司深圳

目前国内外在岩溶塌陷分布式监测及预测预报方面还没有成功的应用,在现场实施方面也没有成熟的经验,野外光纤监测仅反应的是光纤的应变量分布及变化,而我们实际需要的是土体的具体沉降量。因此,我们需要建立光纤应变与土体变形的关系,... 详细信息

目前国内外在岩溶塌陷分布式监测及预测预报方面还没有成功的应用,在现场实施方面也没有成熟的经验,野外光纤监测仅反应的是光纤的应变量分布及变化,而我们实际需要的是土体的具体沉降量。因此,我们需要建立光纤应变与土体变形的关系,通过光纤应变能够直观反映土体变形量大小。本次试验的主要目的是通过物理模型试验,室内再现不同条件下岩溶塌陷发育的全过程,以此建立土体沉降变形与光纤应变的关系,进而研究岩溶塌陷发育的临界条件,以指导野外监测工作,达到预警预报效果。

关键词：岩溶塌陷光纤应变土体变形

Mach-Zehnder干涉仪型光纤应变传感器

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仪器仪表学报 1987年第4期8卷 386-391页

作者：王安谢海明朱延彬中国科学院安徽光学精密机械研究所

研制了一种Mach-Zehnder干涉仪型光纤应变传感器,首次把光纤用于纵向应变的测量。计算和测量了光纤应变传感器的灵敏度、温度特性和偏振特性。理论与实验符合。实验结果表明,光纤护套对应变测量有增敏作用,温度特性方面也存在类似的效... 详细信息

研制了一种Mach-Zehnder干涉仪型光纤应变传感器,首次把光纤用于纵向应变的测量。计算和测量了光纤应变传感器的灵敏度、温度特性和偏振特性。理论与实验符合。实验结果表明,光纤护套对应变测量有增敏作用,温度特性方面也存在类似的效应。分析了光源稳定性和环境干扰因素对传感器的影响,结果表明这些影响是不容忽视的,它们甚至最终限制了光纤应变传感器的灵敏度。在被测应变的动态范围不大时,利用李萨如图法记录干涉条纹的移动,既能记录其移动的数目,也能表示其移动的方向。在对光纤的偏振特性进行分析的基础上,把1/4波片与偏振器组合使用,可明显提高干涉条纹的可见度。

关键词：应变传感器 Mach-Zehnder 光纤端面干涉场偏振器偏振特性动态范围干涉条纹波片光纤应变