在地下數(shù)千米的巖石深處，如何精準(zhǔn)捕捉水力壓裂時(shí)裂縫的“呼吸”與“生長(zhǎng)”？如何讓看不見(jiàn)的裂縫變得清晰可測(cè)？

近日，一項(xiàng)基于光頻域反射（OFDR）技術(shù)的巖石真三軸壓裂監(jiān)測(cè)研究取得突破性進(jìn)展，昊衡科技OSI-D分布式光纖傳感系統(tǒng) 在其中扮演了“地下之眼”的關(guān)鍵角色，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂縫起始、擴(kuò)展、形態(tài)演化的全過(guò)程毫米級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的痛點(diǎn)：裂縫在哪里？多寬？多快？

傳統(tǒng)壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)往往只能提供間接、離散的數(shù)據(jù)，難以準(zhǔn)確回答三個(gè)核心問(wèn)題：

裂縫從哪里開(kāi)始？

它以多快的速度擴(kuò)展？

最終的形態(tài)和寬度是多少？

這些信息的缺失，直接影響壓裂方案優(yōu)化和油氣采收效率。

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OFDR技術(shù)突破：讓光纖成為“巖石的神經(jīng)”

本次實(shí)驗(yàn)采用 昊衡科技OSI-D分布式光纖傳感系統(tǒng)，基于OFDR原理，將特種光纖預(yù)埋于人工巖石樣品中，形成高密度感知網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)具備：

毫米級(jí)空間分辨率（1.28mm）

微應(yīng)變級(jí)測(cè)量精度（1με）

高頻采樣能力（120Hz）

圖 1 真三軸壓裂物理模擬系統(tǒng)及OFDR分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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看得見(jiàn)的裂縫：從應(yīng)變數(shù)據(jù)到三維形態(tài)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)真三軸壓裂模擬系統(tǒng)，還原地下應(yīng)力狀態(tài)。OSI-D系統(tǒng)全程監(jiān)測(cè)，生成 應(yīng)變瀑布云圖 與 應(yīng)變率云圖，清晰呈現(xiàn)：

圖 2斷裂重建示意圖：(a)樣品的三維模型，(b)斷裂的俯視圖，(c)光纖路徑坐標(biāo)的示意圖

圖 3(a)光纖應(yīng)變與(b)應(yīng)變率的瀑布云圖

圖 4c（左）段光纖、d（右）段光纖應(yīng)變瀑布圖

圖 5斷裂重建示意圖：(a)樣品的三維模型，(b)斷裂的俯視圖，(c)光纖路徑坐標(biāo)的示意圖

圖 6各光纖的預(yù)估斷裂高度

研究特別設(shè)置了兩種光纖布設(shè)方案：

水平井監(jiān)測(cè)模式（裂縫與光纖垂直）：模擬鄰井干擾監(jiān)測(cè)，清晰顯示裂縫接觸光纖時(shí)的應(yīng)變集中現(xiàn)象；

垂直井監(jiān)測(cè)模式（裂縫與光纖平行）：成功實(shí)現(xiàn)裂縫高度延伸的連續(xù)追蹤，驗(yàn)證了OSI-D在空間定位上的可靠性。

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昊衡科技OSI-D：不僅是設(shè)備，更是解決方案

OFDR分布式光纖傳感技術(shù)對(duì)真三軸水力壓裂過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，成功獲取裂縫起始位置、擴(kuò)展速度及高度等關(guān)鍵參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)特定光纖預(yù)埋方案，在400mm立方體樣品中實(shí)現(xiàn)了1.28mm空間分辨率的應(yīng)變測(cè)量。結(jié)果顯示：水平井監(jiān)測(cè)中裂縫擴(kuò)展速度達(dá)1.66mm/s，最大寬度0.1256mm；垂直井監(jiān)測(cè)中裂縫高度測(cè)量誤差僅4.4%。

OFDR技術(shù)通過(guò)應(yīng)變瀑布云圖清晰呈現(xiàn)裂縫擴(kuò)展三階段特征，為壓裂優(yōu)化提供了高精度監(jiān)測(cè)手段，解決了傳統(tǒng)方法在裂縫空間定位準(zhǔn)確性上的不足。

未來(lái)，我們期待OSI-D系統(tǒng)在更多能源勘探、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、重大工程安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮作用，用光的力量，感知世界的深度。