一种基于光纤光栅传感的水压裂微地震模拟实验方法技术

本发明专利技术提供了一种基于光纤光栅传感的水压裂微地震模拟实验方法，属于振动检测领域。本方法包括：⑴在被测模型内部封装导流管，导流管的一端伸出被测模型；将光纤光栅检测装置中的光纤光栅传感器粘贴在被测模型的表面上；⑵将被测模型放置在三轴压力装置上，该三轴压力装置将被测模型推到压力仓中，X轴、Y轴、Z轴加压直到到达预定的压力后停止增压并维持不变；⑶将水压裂装置的流体输出管与被测模型上的导流管连接，进行水加压，直到被测模型完全破裂；⑷利用光纤光栅传感器对压裂过程中由于被测模型破裂产生的微地震信号进行不断采集，并转化成数字信号后存入计算机用于后期处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于振动检测领域，具体涉及。
技术介绍
水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施。它不仅广泛应用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中取得了很好的效果。它利用地面高压泵将流体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井中预定位置憋起高压。当此压力大于附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在预定位置附近产生裂缝以增加油气的渗透传输能力。在岩石等脆性材料的破裂过程中，一般伴随着声、电磁和变形等物理现象，其中声发射是一种常见的物理现象。当岩石或水泥块受外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放出应力应变能，这一现象被称为微地震现象。所谓微地震压裂监测技术就是监测水力压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震信号，通过数据处理和解释，描述压裂过程中裂缝产生的几何形状和空间展布，绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度，为油气和非常规气开发提供科学依据。在压裂现场，强烈的机械噪音和其他环境噪音干扰使得微地震信号难以检测。通过在室内模拟压裂实验，可以对岩石压裂裂缝扩展的实际物理过程进行监测，并且对形成的裂缝进行直接观察，从而得到裂缝微地震信号真实的特性。这对于正确认识特定层位水力裂缝扩展的机理，并在此基础上建立更贴近实际的数值模型具有重要的意义。一个完整的室内模拟水压裂实验方法应能做到:①能模拟井中岩石在在一定范围内不同深度的受三轴压力的受力环境；②注入流体的注入速度应该根据需要可调可控，在岩石渗透率大时需要快速注入，反之需要慢速注入；过慢岩石无法压开，因为实际压裂过程比较长，过快则无法真实模拟实际压裂过程。③在可能的范围内，能够测试的岩石就可能大，越大与实际情况约接近；④微地震信号检测点尽可能多，检测传感器应具有灵敏度高、宽频带、尺寸小和易于安装等特点；由于各方面的原因，现有的进行水力压裂模拟实验的微震模拟实验方法不能满足上面的全部要求，因此仿真度较低。其中一个重要原因是检测微地震信号的传感器体积相对较大，在三轴压力加入后，传感器的不好安装或安装个数多后影响三轴压力效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供，通过采用光纤光栅传感器等技术构建一种新的水压裂微地震模拟实验方法。该方法通过对实验岩石或水泥块施加三轴压力、进行可控水压裂并用光纤光栅传感器对微震信号进行高密度、宽频带采集，可在实验室内真实模拟野外水压裂微地震信号的产生的过程和采集过程。本专利技术是通过以下技术方案实现的:—种基于光纤光栅传感的水压裂微地震模拟实验方法，包括:⑴在被测模型内部封装导流管，导流管的一端伸出被测模型；将光纤光栅检测装置中的光纤光栅传感器粘贴在被测模型的表面上；⑵将被测模型放置在三轴压力装置上，该三轴压力装置将被测模型推到压力仓中，X轴、Y轴、Z轴加压直到到达预定的压力后停止增压并维持不变；⑶将水压裂装置的流体输出管与被测模型上的导流管连接，进行水加压，直到被测模型完全破裂；⑷利用光纤光栅传感器对压裂过程中由于被测模型破裂产生的微地震信号进行不断采集，并转化成数字信号后存入计算机用于后期处理。所述步骤(4)包括:(41)判断采集到的任意一道的微地震信号的信号幅值是否超过设定的门槛值，如果是，则存储和显示数据，然后转入(42)，如果所有道的微地震信号的信号幅值均没有超过设定的门槛值，则转入(42)；(42)判断被测模型是否已被压破，如果是，则转入(43)，如果否，则水压裂装置继续升压，然后返回(41)；(43)停止加压和采集，实验结束。所述三轴压力装置包括:X轴、Y轴、Z轴以及用于分别驱动X轴、Y轴、Z轴的X轴液压驱动装置、Y轴液压驱动装置和Z轴液压驱动装置，在X轴、Y轴、Z轴上分别装有X轴压板、Y轴压板、z轴压板,在X轴压板、Y轴压板和Z轴压板上均开有细槽。所述三轴压力装置包括铲车、后定梁和顶出气缸；被测模型被铲车装入三轴压力装置的压力仓中，通过控制X轴、Y轴、Z轴将被测模型推入压紧并加压直到压力达到预定值；导流管从后定梁上开的流体注入孔中伸出，与水压裂装置的流体输出管相接以便输入高压流体；所述顶出气缸用于将被测模型从压力仓中顶出。所述水压裂装置采用恒速恒压泵；恒速恒压泵将水加压经过导流管加注到被测模型内部并最终使其破裂。所述光纤光栅检测装置包括:FP激光器，环形器，密集波分复用器，光电探测器，A/D转换器、光纤光栅传感器和计算机；所述FP激光器输出多波长激光；所述FP激光器与所述环形器的第一端口连接，所述环形器的第二端口与所述光纤光栅传感器的一端连接；所述环形器的第三端口与所述密集波分复用器连接；所述密集波分复用器与所述光电探测器连接，所述光电探测器与A/D转换器连接，所述A/D转换器与计算机连接。所述光纤光栅传感器采用在一根光纤上雕刻多个光纤光栅而制成，或者利用光纤将多个光纤光栅依次串联而制成。每只光纤光栅的设计中心波长与FP激光器的输出波长相匹配，即一个光纤光栅对应FP激光器的一个输出波长；每个输出波长对应一个光电探测器，A/D转换及数据采集卡的每个通道连接一路信号。在被测模型的表面粘贴光纤光栅传感器的位置与X轴压板、Y轴压板或Z轴压板上的细槽对应，当X轴压板、Y轴压板或Z轴压板压紧被测模型时，所述光纤光栅传感器位于细槽中。所述FP激光器输出的激光通过环形器的第一端口进入环形器，然后从环形器的第二端口进入光纤光栅传感器，光纤光栅传感器反射的信号经过环形器的第二端口进入环形器，再从环形器的第三端口输出，进入密集波分复用器，密集波分复用器将光纤光栅传感器反射的波分复用信号分离后输入到光电探测器，光电探测器将解调后的光信号转换成电信号，通过A/D转换进行数据采集后，送至计算机进行处理及显示。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:通过该方法进行的室内微地震实验以及后期处理，可以弄清楚水力岩石破裂规律与岩石所受力的关系，可以知道岩石破裂产生的微地震波的特征、频率、能量等参数，对裂缝方位、形态和延伸情况进行监测和描述，这些数据可用于裂缝形态的研究分析并用于指导野外三维微地震勘探。【附图说明】图1是三轴压力示意图。图2是压板开槽。图3是水压裂工作原理。图4是光纤光栅传感方法。图5是本方法所用装置的结构示意图。图6-1是实施例中采集到的第一道微地震信号图6-2是实施例中采集到的第二道微地震信号图6-3是实施例中采集到的第三道微地震信号图6-4是实施例中采集到的第四道微地震信号图6-5是实施例中采集到的第五道微地震信号图6-6是实施例中采集到的第六道微地震信号图6-7是实施例中采集到的第七道微地震信号图6-8是实施例中采集到的第八道微地震信号图7是本专利技术方法的步骤框图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述:基于光纤光栅传感的水压裂微地震模拟实验系统的总体架构如图5所示，包括三轴压力装置501，被测模型502，水压裂装置503，光纤光栅检测装置504。基于光纤光栅传感器的水压裂微地震模拟实验方法主要由三部分组成，即三轴压力模拟方法、水压裂模拟方法和光纤光栅传感器检测方法。①三轴压力模拟方法三轴压力装置501如图1所示，包括:X，Y，Z，三轴液压驱动装置101，102, 103，X轴压板104,被测试模型105,可以是水泥块或岩石,1 产车106,后定梁107,顶出气缸108,测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅传感的水压裂微地震模拟实验方法，其特征在于：所述方法包括：⑴在被测模型内部封装导流管，导流管的一端伸出被测模型；将光纤光栅检测装置中的光纤光栅传感器粘贴在被测模型的表面上；⑵将被测模型放置在三轴压力装置上，该三轴压力装置将被测模型推到压力仓中，X轴、Y轴、Z轴加压直到到达预定的压力后停止增压并维持不变；⑶将水压裂装置的流体输出管与被测模型上的导流管连接，进行水加压，直到被测模型完全破裂；⑷利用光纤光栅传感器对压裂过程中由于被测模型破裂产生的微地震信号进行不断采集，并转化成数字信号后存入计算机用于后期处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宗遐龄，薛诗桂，赵群，王辉明，刘东方，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11