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。

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。

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技术的渗流监测理论研究

从阐述多孔介质传热过程出发,逐一分析了在非渗流及渗流情况下,光纤与多孔介质之间的传热过程,详细分析了光纤与水流对流的传热过程,推导了多孔介质中渗流水和光纤之间的换热系数计算公式。在一定假设条件下,推导了导热系数(渗流流速)、加热功率和温升的非渗流情况与渗流情况监测理论方程,为分布式光纤传感技术监测渗流的应用提供了坚实的理论基础。

利用分布式光纤传感技术检测天然气管道泄漏

简述了基于Sagnac光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型和实验系统,并对系统的性能进行了理论分析和实验研究,实验结果与理论分析相吻合,表明该系统可以实现对天然气管道的泄漏检测及定位。

基于分布式光纤传感技术的岩土体导热系数测定方法

以线热源法为基础,阐述基于分布式光纤传感技术的岩土体导热系数测量方法的基本原理。详细介绍测量的基本过程、方法和仪器设备。设计试验模型,对不同含水量情况下的3种岩土体的导热系数进行试验研究。以试验数据为基础,分析光纤温度随时间的变化规律,即随时间变化分为快速和缓慢均匀增长阶段,发现缓慢均匀增长阶段中光纤温度与时间对数具有良好的对数关系,证明该技术可行。同时,研究加热功率大小对导热系数测量的影响,认为在本试验功率范围内,可忽略加热功率对导热系数的影响。在此基础上,研究岩土体含水量对导热系数的影响。研究结果表明,含水量对导热系数具有显著影响,随着含水量的增加,导热系数不断增加,但不同介质的影响程度不同。最后,对该方法进行详细讨论。

岩土与地质工程中分布式光纤传感技术研究进展

在岩土与地质工程监测领域,分布式光纤传感技术作为一种新型智能监测技术,与传统的电阻式、电感式和振弦式传感器等工程监测技术相比,其分布式、长距离、高精度、抗干扰等优势明显,成为近年来工程智能监测领域的研究热点之一.介绍了分布式光纤传感技术的分类,总结了近几年国内外分布式光纤传感技术在混凝土结构健康、桩基工程、基坑、边坡、温度场、土体变形等方面监测的最新工程实践和研究成果,以及该技术的工程布设和温度补偿方法、新型传感器与监测系统研发,并展望了岩土与地质工程分布式光纤传感技术将来的发展方向。

基于分布式光纤传感技术的流速测量方法研究

简要介绍了分布式光纤传感技术的流速测量方法的主要仪器设备。在研究加热光纤与流水之间传热过程的基础上,推导了流速与光纤稳定温升、加热功率等参数之间的基于分布式光纤传感技术的流速测量方法的理论方程。设计了模型试验,对不同流速与加热功率下,光纤温升情况进行了试验研究。在试验数据分析的基础上,研究了静水与流水中光纤温升情况,结果表明:所有温升曲线都可以分为上升和稳定两个阶段,流水中的光纤温升明显低于静水中的光纤温升,两者的差值随着功率及流速的不同而不同。加热功率越大,两者温差越大;流速越大,温差越大。研究了加热功率对静水中光纤温升的影响,通过分析发现:静水中的光纤稳定温升与加热功率之间存在着良好的线性关系。重点分析了在一定功率下,流速与光纤稳定温升之间的关系,结果表明光纤稳定温升与水流速度呈非直线的反比关系。最后,对该方法进行了讨论,提出了下一步研究建议。

分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用

分布式光纤传感技术由于能够获得被测物理场沿空间和时间上的连续分布信息,非常适合用于长距离管道泄漏检测。介绍了分布式光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用情况和面临的问题,对该技术在管道泄漏检测中的应用前景进行了展望。

基于分布式光纤传感技术的智能电网输电线路在线监测

提出并研制了基于多参量分布式光纤传感技术的输电线路覆冰舞动监测方案。该技术能够对输电线路覆冰、舞动以及雷击等异常现象进行预警,从而实现对输电线路运行状态的在线安全健康监测。

分布式光纤传感技术在海底管道健康监测中的应用

分布式光纤传感技术由于能够获得被测量信息沿空间和时间上的连续分布 ,非常适用于线形海底管道的健康监测。介绍分布式光纤传感技术及该技术在海底管道健康监测中的应用情况和面临的问题 。

基于分布式光纤传感技术的铁路路基岩溶土洞塌陷监测

岩溶土洞塌陷是铁路路基最为严重的破坏形式,具有隐伏性强、空间分布广的特点。鉴于常规监测与检测方法难以满足路基岩溶土洞塌陷分布式监测要求,本文提出采用分布式光纤布里渊传感技术对土洞塌陷进行识别和定位。在应用该技术时,采用纤维增强树脂封装保护用于土洞塌陷监测的分布式光纤布里渊传感器,并利用绝对温度补偿方法剔除环境温度对塌陷应变测试的影响。路基岩溶土洞塌陷模型试验结果表明:绝对温度补偿技术可以有效剔除环境温度变化引入的塌陷应变误差,基于分布式塌陷应变信息可以有效识别和定位土洞塌陷,塌陷应变测试结果与岩溶土洞塌陷实际情况吻合。

基于布里渊分布式光纤传感技术的管道应变监测试验研究

长输油气管道的变形监测,一直是困扰着管道安全运行和管理的难点。分布式光纤传感技术,由于可长距离、连续、实时在线监测温度和应变,成为结构健康监测和灾害预警领域中极具发展前景的一项技术。本文采用布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术对材质为45号钢、长为6m的管道进行应变监测试验,将实验结果与ANSYS模拟分析计算结果相比较。结果表明,随着加载物体重量的增加,两种方法得到的应变趋势是一致的,证明基于布里渊分布式光纤传感技术的管道应变监测方法是可行的,并具有良好的应用前景。

布里渊散射分布式光纤传感技术

本文概述了布里渊散射及真传感机理,并对目前基于布里渊散射的分布式光纤传感技术各种主要研究方案及其现状进行了详细论述。

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中。尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力。介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与应用前景,并且在实验中验证了PPP-BOTDA技术在管道安全监测中的应用是可行的。

分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨

分布式光纤传感利用光导纤维具有的传感、传输双重特性，实现对被测量对象沿光纤分布的多点甚至连续测量，以达到取代多台独立点传感器的目的。它既具有光纤的抗电磁场干扰、大信号传输带宽等优点，又突破了点式光纤传感的限制，可以同时获得被测量对象测量参数的空间分布及其随时间变化的信息，并使之能够进行远距离遥测监控，在许多工程领域有重大的应用价值。

基于分布式光纤传感技术的结构受力测量新方法

结构受力变形监测是评价结构工作特性及安全性的重要内容。在现有分布式光纤传感技术研究成果基础上,优化应变变形拟合算法,针对结构体集中受力及多点受力两种情形,提出一种基于光纤传感技术的结构受力分布式测量方法,并编写了弯矩、剪力计算程序。通过方钢、H型钢室内试验对测量方法的受力大小及位置拟合展开研究。研究结果表明:测量方法的弯矩、剪力拟合数值与理论数值吻合良好,其中方钢试验里剪力位置拟合最大平均相对误差仅为2.75%,多数受力点的剪力大小拟合平均相对误差低于6%,且受力点的应变越大,剪力位置及剪力大小的拟合精度也越高;同时测量方法能够匹配光纤测量设备的精度升级,随着精度指标的提高,能够捕捉更多的数据变化细节,实现更多受力点的分布式测量。并将该测量方法运用在SMW工法基坑开挖实例上,该方法能够较为准确地反应H型钢桩体在基坑开挖过程中的受力变化规律,具有一定的工程实用价值。

基于分布式光纤传感技术的移动式堆石坝面板塌陷探测方法

混凝土面板堆石坝面板的工作状态直接关系到大坝的安全运行,水下面板缺陷的探测是长期关注的难点问题。利用光纤分布式传感技术,研制了一种新的移动式面板塌陷检测装置,通过特殊光纤布制成的传感布,制作可移动式感知设备,感知面板塌陷处光纤在水压力作用下的应变变化,实现了水下面板塌陷的探测,并可通过光纤的异常应变信号,确定缺陷位置和大小。模型试验结果表明,该方法具有较强的水下面板塌陷探测能力,能检测面板的塌陷位置和范围并可视化。