分布式光纤传感技术在水力压裂中的研究进展

分布式光纤传感技术作为最新的水力压裂监测技术,应用于各大油田的水力压裂过程中,并且能够实现实时监测,已取得了显著的应用效果。为使业界进一步了解不同类型传感技术的基本原理、理论模型研究进展、现场应用情况,从分布式光纤温度传感技术和声波传感技术在水力压裂过程中的监测基本原理出发,系统总结了各类传感技术的理论模型研究进展和在产液剖面、裂缝扩展形态监测等方面的应用现状,最后提出了未来分布式光纤传感技术的发展方向。研究结果表明:①分布式光纤传感技术可以利用温度或者声波信号转换得到周围环境温度或应变的变化情况,从而实现水力压裂过程中的实时监测;②与分布式光纤声波传感技术相比,温度传感技术的相关理论模型相对较为成熟,能够实现产液剖面及裂缝形态的相关计算;③分布式光纤传感技术主要用于水力压裂过程中压裂液的注入、裂缝扩展等方面的监测。结论认为:分布式光纤传感技术可以有效地推动中国非常规储层的勘探和开发,同时提高水力压裂效果评价技术水平,这对中国油气行业的可持续发展具有重要推动作用。

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。

基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感技术 (特邀)

提出一种基于混沌激光脉冲簇的拉曼分布式光纤传感方案理论模型。该模型利用混沌脉冲簇激光代替传统脉冲激光作为拉曼分布式光纤传感系统的探测信号,采用延时自差分联合时域相关峰判别技术,剥离出传感光纤温度突变区域内混沌拉曼散射信号的光强信息,实现对温度突变区域的精准定位和识别。该方案通过利用混沌脉冲簇探测信号增强混沌参考信号与混沌拉曼散射信号的相关性,可有效抑制系统噪声。此外,该方法也可通过提高耦合光通量来提升系统信噪比,从而解决混沌单脉冲激光拉曼分布式光纤传感系统信噪比较低、传感距离较短的技术瓶颈。利用数值模拟仿真探究了混沌激光脉冲簇中的脉冲个数对系统传感性能(动态范围、信噪比、传感空间分辨率及温度敏感性)的影响,并分析了在混沌激光脉冲簇拉曼分布式光纤传感系统中性能最优值的脉冲个数,可实现15 km传感距离和10 cm空间分辨率的分布式温度传感。

基于分布式光纤传感技术的超长桩承载特性分析

为探究不同地质条件下超长桩承载变形特性及数值模拟中摩擦系数对桩-土相互作用的影响,以深圳湾超级总部某项目系列试桩为背景,采用FBG密集分布式光纤传感技术进行基桩内力测试,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,对比分析桩、土界面采用不同摩擦系数取值方式时土层平均侧阻力模拟结果。结果表明:(1)灌注桩承载变形特性与桩长和持力层性质密切相关,超长桩轴力沿深度方向基本呈线性递减,端阻比明显减小;持力层为强风化花岗岩层时,试桩轴力沿深度方向呈“大肚形”递减,端阻比低于17.1%。(2)数值模拟中摩擦系数取值方式会对土体侧阻力模拟结果产生较大影响,根据土层性质差异,对桩土界面采用多个摩擦系数能够提高模拟结果准确性。

面向航天领域应用的分布式光纤传感技术研究(特邀)

基于光纤传感网络的测量技术具备多测点、快速测量、抗电磁干扰及本征安全等优势,在航空航天、电力和土木等领域有广泛的应用前景。回顾了航天领域光纤传感技术的应用进展,围绕飞行器应用的光纤传感关键技术,着重分析了光纤传感器设计与制备和分布式光纤调制解调技术,以集成高密度弱反射光纤光栅传感器的热防护材料为监测对象,搭建光频域反射系统,获取了单面加热情况下热防护材料毫米级空间分辨率温度分布信息,并给出了高空间分辨率分布式光纤传感系统在航天领域应用的发展建议。

基于ROTDR分布式光纤传感的机房温度监测系统设计

机房服务器持续在密闭、狭窄、无人的工作环境下运行,伴随着设备升温及散热条件等限制,容易造成温度过高出现故障、烧坏,甚至起火引发事故。目前,传统的机房温度监测方法限于电学方法、红外热成像探测法、光纤光栅测量法,较少涉及高精度、连续性测量方式。笔者采用在服务器机体表面引入光纤的方案,设计并搭建用于机房测温的ROTDR分布式光纤传感系统,实现集成化直接测量。该系统具有精度高、稳定性强和响应时间快的优点,为机房温度安全监测和故障预警提供了可靠的理论依据。

基于BP神经网络的长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法

为解决基于数字编码移相-积分测距系统中,因发送序列与本地序列之间的真实相位差非1 bit码长的整数倍而影响测量结果准确性这一问题,文中提出一种基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法。该算法根据BP神经网络判断1 bit内细分程度并与传统算法相结合实现动态测距。实验结果表明,基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法的长距离定位精度平均相对误差从0.23降低到0.035,弥补了空间分辨率与准确率受数字码本身局限性的问题,为大规模基础设施的长距离、高精度实时监测提供了可能。

基于植入式分布式光纤传感技术的引黄涵闸混凝土温度监测方法及其应用

准确获取混凝土浇筑及固化过程中的温度特征参量变化对于了解及掌握黄河流域引黄涵闸工程建设中混凝土开裂产生原因具有重要意义。目前黄河流域引黄涵闸建设工程中主要采用热成像方式测量其表面温度,难以实时获取混凝土的整体温度特征。采用植入式分布式光纤传感技术在对引黄涵闸工程山东段混凝土温度进行监测,在混凝土浇筑前,将传感光缆预先布设于结构钢筋两侧,从而实时有效地监测混凝土浇筑和固化过程中的内部温度特征。实验结果表明,采用植入式分布式光纤传感技术,可以实时监测混凝土各个点位的温度变化及固化过程中的温度异常点,同时,该方案可以有效分析混凝土固化过程中温度特征及整体变化情况。依托分布式光纤传感技术实现引黄涵闸混凝土温度监测,对黄河流域同类工程建设具有重要的借鉴意义。

基于分布式光纤传感技术的道路监测系统

公路的实时状态监测事关人民群众的生命安全。文章采用点(星链无人机)线(光纤)结合的思路,使用分布式光纤传感线性阵列实时监测公路全线,一旦检测到有滑坡、路面塌陷等异常情况发生,立即用光纤实时上传给后台系统,后台系统会自动分析并报警,同时提供报警地点的坐标位置。然后,针对具体报警地点,后台系统会派出星链无人机优先对高报警等级的报警点进行现场低空超清视频拍摄,并使用卫星宽带网络进行超清视频的实时回传。

水电站混凝土面板堆石坝分布式光纤传感技术变形监测研究

水电站混凝土面板堆石坝的安全性和稳定性对于下游人民的生命和财产安全至关重要。为保障大坝的建设和运行安全,本文提出分布式光纤传感技术的水电站混凝土面板堆石坝变形监测方法,首先布设与安装分布式光纤监测传感器,获得光纤长度方向上被测参数的连续分布;其次构建出混凝土面板堆石坝有限元模型,反映连续介质的剪切滑移、分离等多种变形特点;最后计算水电站坝体内部沉降等的变形数据。结果表明:该方法对坝体的变形进行监测后得到的结果与试验设定的变形数值误差较小,而测量机器人对大坝表面变形自动化监测的方法误差较大,其最大误差为3.87 mm,与本文使用的方法相比,误差多了3.52 mm,证明分布式光纤传感技术在水电站混凝土面板堆石坝变形监测方面具有较高的可行性。

分布式光纤传感技术及其应用研究

分布式光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,利用光纤作为传感介质,通过对光纤中传输光的光学特性的解调可在长距离的光纤沿线对探测特征量进行连续的分布式解调。文章主要研究了基于受激拉曼散射原理的分布式光纤温度传感仪和基于光学相位相干解调的分布式光纤振动传感仪的基本原理及不同实现技术的优缺点,对其在各领域的应用作了探讨。

分布式光纤传感支持下的变压器绕组变形检测方法分析

针对变压器绕组变形检测仅能实现离线检测,无法准确定位变形故障的弊端,本文在分布式光纤传感支持下,提出一种分布式光纤传感监测系统,用于检测变压器绕组变形故障,并分析其基于时分复用技术的变形检测算法。经实验验证,本次所提出的分布式光纤传感监测系统,可准确实现绕组变形故障的检测、定位,极大地提高了绕组变形监测的准确性,具有一定的实践应用价值。

基于分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术研究

文章针对输电线路覆冰监测的技术需求,提出一种基于分布式光纤传感的创新解决方案。通过布拉格光栅和布里渊散射光纤的互补配置,实现了覆冰过程的高精度、大范围分布式监测。同时,采用自适应权重支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和长短期记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)模型,构建覆冰事件的智能识别和预测功能。仿真结果表明,该系统在测量精度、响应速度、空间分辨率等方面具有显著优势,为输电线路的安全运维提供了有力支撑。

分布式光纤传感技术在高面板堆石坝内部变形监测中的应用

面板堆石坝内部变形监测是评价其变形稳定和安全的重要指标,针对传统监测技术在高面板堆石坝内部变形监测方面的不足,提出了一种基于分布式光纤传感技术的高面板堆石坝内部变形监测方法,在200m级高面板堆石坝中开展应用研究。对比研究了3种光纤布设方式(分别安装于45a型工字钢、6分镀锌钢管和保护沙层中)测量水平位移的可行性,3种布设方式实测结果最大平均差值均小于1.0mm,说明3种方式测量一致性较好。结合数值计算和传统水管式沉降计测量结果,基于分布式光纤传感技术的坝体内部变形结果与数值计算结果基本吻合,且沉降监测结果与水管式沉降计测得量值的平均误差小于10mm,表明本技术可以满足高面板堆石坝内部变形监测需要,验证了基于分布式传感光纤技术在坝体内部变形监测应用的合理性和可行性。

浅谈分布式光纤传感技术判断海底电缆的埋深状态

本文描述了分布式光纤系统如何评估长距离海底电缆的埋深状态和是否裸露。使用分布式温度传感技术(DTS)和分布式声音传感技术(DAS),以及机器学习探测海底电缆的埋深状态。目前分布式温度传感技术和分布式声音传感技术已经被广泛应用于海底电缆的永久监测,包括故障检测,外部声音扰动。使用DAS和DTS系统获得高质量的数据,通过特征处理可以训练神经网络来确定电缆的直埋状态。

水力压裂分布式光纤传感联合监测技术研究进展

水力压裂分布式光纤传感监测技术已成为非常规储层开发的重要技术之一,为使业界进一步明确和了解不同类型传感技术的物理机理、技术特性和理论模型,促进该技术更加快速有效地推广和应用,本文针对分布式温度传感(DTS)、分布式声波传感(DAS)和基于瑞利频移的分布式应变传感(DSS-RFS)3种技术在水力压裂监测中的应用情况,从不同传感技术的物理机理和主流安装方式出发,系统地总结分析了各类传感技术现场应用的典型案例和技术特点,以及对应的监测解释理论模型的研究现状。最后结合水力压裂监测矿场实验的最新实例,总结了未来开展水力压裂分布式光纤联合监测的技术思路。研究结果表明:(1)水力压裂分布式光纤传感联合监测技术能够在压裂工艺设计、裂缝扩展反演、邻井干扰监测和压后效果评价等诸多方面提供重要的实时数据和解释结果,不同类型传感器所对应的理论模型有不同程度的发展;(2) DTS本井温度监测是水力压裂光纤监测和评价的重要组成部分同时具有一定程度的多解性,DAS邻井应变率监测和DSS-RFS本井应变监测能够直接反馈裂缝扩展和裂缝演化过程中的相关应变,今后将成为水力压裂裂缝评价的重点发展领域;(3)分布式光纤传感技术在未来的有效应用除了需要发展更加准确高效的机理模型外,同时也有赖于大数据处理和深度学习算法与之高度融合,从而实现监测过程的数据筛选、模式识别和关键参数的快速反演。结论认为,科学有效地设计和采用多种分布式光纤传感对水力压裂过程和压后生产过程进行联合监测和数据分析解释,可在很大程度上实现压裂液/支撑剂分布、暂堵转向、级间干扰、压裂冲击和裂缝形态的解释分析,以及压后生产剖面反演和裂缝有效性分析,为分布式光纤传感技术在我国非常规资源开发中的应用提供了技术参考。

基于分布式光纤传感技术的二维变形监测试验研究

科学合理的岩土体变形监测是岩土工程稳定性和安全性评价的重要指标,充分发挥分布式传感光纤测量技术特点,基于特殊设计的光纤变形试验装置,提出了一种基于分布式光纤传感技术的二维变形监测方法,开展了5类水平位移与沉降调节工况的传感光纤室内二维变形试验与2组堆石坝工程内部变形实测数据的模拟验证。研究结果表明5类试验工况下40组试验测得其水平位移和沉降绝对误差均小于1 mm,该二维变形监测方法的变形监测性能优越。基于200 m级坝高堆石坝实测水平位移、沉降数据开展的室内模拟试验,试验结果在曲线形式及量值上均与实测结果吻合度均较高,406 m长的测量断面以测点间距为3.3 m的准分布式监测,测点沉降测量误差为cm级,水平位移测量误差mm级;说明基于分布式传感光纤技术的二维变形监测方法,可满足岩土体变形监测需要,具备良好的应用前景。

基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动与雷击监测技术进展

对比总结了基于拉曼散射、布里渊散射与瑞利散射的三种主要DOFS技术的原理及特点,介绍了DOFS系统在输电线路舞动及雷击监测领域的国内外研究及应用现状;对基于分布式光纤传感的架空输电线路舞动、雷击监测技术目前存在的不足进行了分析;指出分布式放大、光脉冲编码、多参量融合以及通感一体等关键技术将是该领域下一阶段的发展趋势与研究热点。

基于分布式光纤传感的电缆安全状态在线监测

为提升在电力传输中电缆运行状态监测准确性,提出了基于分布式光纤传感的电缆安全状态在线监测方法。该方法采用分布式光纤传感技术采集拉曼散射光信号和瑞利散射光信号,通过拉曼散射光信号获取电缆温度,实现温度在线监测,通过瑞利散射光信号获取电缆温振动情况,然后通过电缆温度和振动情况描述电缆当前所处安全状态,最后通过具体测试实验分析本文方法的电缆安全状态在线监测。结果表明所提方法可以对电缆安全状态进行准确在线监测,电缆安全状态在线监测效果要优于对比方法,具有更高的实际应用价值。

分布式光纤传感系统在公路隧道车速监测中的应用

交通隧道内的车速监测对于隧道的运行管理非常重要。由于交通隧道应用环境特殊,现有的交通检测技术不能够有效地满足隧道内的车速监测需求。本文基于分布式光纤传感系统构建路面振动探测网络,对车辆行驶碾压路面产生的振动进行采集和分析,对隧道内各车辆分别进行实时的速度监测。模拟测试表明,本文提出的基于光纤传感的公路隧道内车速监测方法,可以准确判断车辆加速行驶或者减速行驶的状态,同时对车辆在行驶过程中各个位置、各个时刻的瞬时速度进行准确地估算,对车辆行驶全过程的速度状态进行实时有效的监测,速度估算的平均误差不超过±5m/s,为交通隧道在运营过程中的安全管理提供了可靠的参考依据。