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一. 概述
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一. 概述
四川盆地凉高山组优质页岩油储层存在复杂的垂直重叠岩性大陆页岩油储层存在发育层理薄层和天然裂缝对水平井多级压裂技术的裂缝网络形态控制和监测构成挑战。本研究提出了一种基于OFDR分布式光纤传感的实验室真三轴压裂物理监测方法。采用U型平面布局方式监测水力压裂开始到结束的应变数据。
二. 实验过程
本次实验选用250 mm×250mm×200mm的立方体露台将岩石两边及底部开槽使用氰基丙烯酸酯速干胶将0.9mm紧护套光纤固定在槽内。图1为实验前准备过程图。使用武汉昊衡科技研发的OSI-D分布式光纤动态传感设备采集向井筒内加液压过程中光纤应变数据光纤测试系统空间分辨率选用1.28mm图2为光纤测试仪器实物图及光纤原理示意图。 图2分布式光纤光监测设备及原理。
三. 测试结果
图3比较了3个页岩油样品压裂前后的裂缝网络形态。图4为三个样品压裂后300s光纤应变数据及对应页岩油样品位置图。此时压裂网络已经启动并正在稳步扩展。从视觉上看断裂的数量、监测的应变和左右两侧的断裂形态都存在差异。在样品1#的左右两侧分别有2个和1个水力裂缝其中HF1’和HF3’的应变相对接近约为410μεHF2’为247με。样品2#的左右两侧分别有4个和2个水力裂缝其中HF3’’的应变值为432με其余分布在200-300με范围内。样品3#的左右两侧分别产生两个水力裂缝HF3’’的应变为408με其余分布在350-390με范围内。分布光纤采集的单向应变特征是正态应变为拉伸应变负应变为压缩应变。因此这六种都是拉伸形裂缝也被称为I形裂缝。 图3真三轴压裂试验前后页岩油样裂缝对比 图4 页岩水力压裂井筒左右两侧裂缝形态对比及对应光纤测试数据
通过OFDR分布式光纤传感系统监测光纤应变发现断裂开始后存在应变恢复过程。以样品2#为例。随着压裂液体的连续注入液压迅速增大。当压力达到页岩油试样的压裂压力值时岩样开始断裂然后产生拉伸和压缩应变。样品2#在第一次开始时7s内监测的应变如图5所示断裂的产生是瞬时且有弹性的。HF3’’的拉伸应变从47με上升到276μεHF1’’从190秒到193秒从18με上升到121με。在第194秒HF3’’的应变达到最大值437 με。随后HF3’’的应变开始下降在第197秒达到402με后下降了近8%。然后在压裂液体注入过程中裂缝位置的应变保持不变。持压过程和断裂起始阶段的应变迅速增加随后略有下降这表明断裂起始是一个弹性过程在断裂起始时刻存在一个适当的应变恢复阶段。此外参考红线HF5’’的应变和HF6’’的应变在第199秒达到最大值表明垂直断裂的光纤两侧有2s的时间偏差。时间偏差是指垂直裂缝到达露头两侧与混凝土两侧的时间不同水力裂缝沿最大水平主应力方向不均匀传播。此外每个裂缝的左右两侧的应变带也是不对称的。 图5 样品2#实验开始后的应变和泵的压力曲线
图6为光纤应变云图以及裂缝扩展位置图应变云图可以快速确定由光纤监测得到的应变数据的演化规律。它可以通过拉伸应变来确定水力裂缝的位置。在样品的持压过程中没有明显的光纤光变形。在裂缝起始点附近光纤只检测到一个很小的应变在50με范围内。当样品出现裂缝时光纤监测到拉伸和压缩应变此时应变值最大。裂缝宽度保持不变在水力裂缝群传播过程中周围位置受到拉应力的影响。与样品2#相比样品1#和样品3#的红色条带较窄水力裂缝的宽度较小。当泵停止混合压力开始缓解后整个光纤就会产生变化因此会出现张力和压缩带重新说明光纤状态良好。 b样品2#的垂直裂缝延伸到边界产生4个不对称层状裂缝。裂缝到达两侧时时间相差接近2秒 c垂直裂缝沿天然裂缝延伸呈高角度延伸连接两条层状裂缝 图6 光纤测试应变云图以及裂缝云图
四. 结论
基于OFDR分布光纤传感技术对真三轴压裂过程岩石应变的监测发现了垂直裂缝和层状裂缝的不对称扩展行为并进行了分类。其主要结论如下
垂直裂缝和层状裂缝的裂缝扩展形态和表面性质都有所不同。层压页岩储层中裂缝群的不对称传播模式主要反映了它们的传播速度和方向。裂缝到达两侧有2s的时差。同时主垂直裂缝与水平最大原位应力之间的夹角分别为23°、15°和34°。
裂缝的开产生是瞬间发生的裂缝产生后具有弹性恢复的特征。在3s内的最大应变回复率约为8%在裂缝扩展过程中应变是稳定的。这一特性可以为油田裂缝尖端的产生和延伸过程中添加砂的时间提供一种方法。
以下工作值得进一步研究通过分布式光纤监测得到的应变云图可以单独获得裂缝的宽度、长度和形状等信息。通过分布式光纤应变监测可以进一步跟踪和确定裂缝的传播路径。分布式光纤的u型布置可以为相邻井的压裂监测提供一个实用的思路。 如需下载原文请移至
来源Rock Mechanics and Rock Engineering
题名Distributed Fiber Optic Monitoring of Asymmetric Fracture Swarm Propagation in Laminated Continental Shale Oil Reservoirs
作者 侯冰、张其星、吕嘉昕
原文链接 https://doi.org/10.1007/s00603-024-03791-z
