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。

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。

基于分布式光纤传感技术的风电叶片变形监测研究

为研究风电叶片在服役过程中的变形特性,采用分布式光纤传感技术,对叶片在静力试验中的应变场进行监测。试验结果表明,分布式光纤光栅(FBG)传感器能够有效测量风电叶片在静力试验中的各关键部位的应变信息,能承受大载荷下的高应变,测量结果与电阻应变片测量值基本吻合,验证光纤传感技术在风电叶片监测上的可靠性和有效性,为以后风电叶片的挂机在线监测提供可行方案。

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。

基于分布式光纤传感技术的碳纤维复合芯导线缺陷识别方法

研究基于分布式光纤传感技术的碳纤维复合芯导线缺陷识别方法,有效采集导线应变信息,提升导线缺陷识别效果。创新性地根据偏振光时域反射原理,利用分布式光纤传感技术采集碳纤维复合芯导线应变信息;通过经验小波变换提取应变信息特征;利用自适应t分布改进的麻雀搜索算法,优化径向基神经网络权值,确定最佳径向基神经网络结构;按照邻近原则聚类应变信息特征,输出导线缺陷识别结果。实验证明:有无扰动时,该方法均可有效采集碳纤维复合芯导线应变信息,抗干扰效果较优;该方法可有效提取并聚类应变信息特征,精准识别导线缺陷。

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。

基于知识图谱的分布式光纤振动传感技术现状与发展分析

分布式光纤振动传感技术是基于光时域反射(OTDR)技术的一种传感技术,而基于相位敏感型的光时域反射技术(Φ-OTDR)系统具有灵敏度高、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性,而且Φ-OTDR系统定位精度高、成本较低、数据处理相对简单、监控距离长。因此,基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感技术愈发受欢迎,在边界安防、管道监测、结构健康监测、地震波勘探等领域与整合,将其转化为简单、清晰的“实体、关系、实体”的三元组,最后聚合大量知识,从而实现知识的快速响应与推理。

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。

复合型分布式光纤振动侦听传感技术在长输油气管道的应用研究

随着我国社会经济的不断发展和进步,从而使得对于能源的需求也越来越大,特别是油气资源。在运输油气资源的过程当中,因为管道具有自身的一些优势,所以它成为了运输油气资源的一种非常重要的手段。但是在实际的运输中,因为很多人为因素和自然因素,经常都会发生管道泄漏的事故,这样对于环境的污染以及人们的生命财产都有非常严重的影响。文章主要针对复合型分布式光纤振动侦听传感技术在油气长输管道泄漏监测技术进行研究和分析。

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。

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。

分布式光纤地震传感技术在成像研究中的应用进展

分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术,其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化,探测地下介质的动态应变信号.其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势,适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境.本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用,调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展,其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源.文章同时分析了该技术面临的一些挑战,包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等,由此建议,须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究,从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.

基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统

建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mW窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成。进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟合得出该系统的温度系数。进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形。

应用于高压电缆的光纤分布式温度传感新技术

光纤分布式测温技术是一种利用激光在光纤中的传播特性,实现实时测量空间温度场分布的新技术。它能对光纤沿线的温度场进行分布式的连续检测。本文介绍了该技术的测温原理,以及其在高压输电电缆内部温度监测方面的应用,并介绍了光纤安装方式对测温精度的影响。

分布式光纤温度传感技术在水电工程中的应用研究

详细分析了分布式光纤温度传感技术在水电工程中的应用。首先,在介绍分布式光纤温度传感系统与测温原理基础上,分析了该技术能用于水电工程诸多方面的可行性。其次,介绍了该技术在渗漏监测方面的应用,给出了监测不同水工建筑物渗漏时的光纤布置方案与监测方案;通过监测实例介绍了如何利用该技术监测水库库水温度;依托实际工程,研究了该技术在混凝土坝施工过程中温度监控时光纤布设所遵循的原则和埋设的基本方法。最后,通过理论分析,提出了利用该技术监测河流断面流速的基本思路与测量方法。

基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术的研究

阐述了一种基于布里渊放大结构的分布式光纤温度传感技术，该技术利用了光纤中布里渊频移与温度的依赖关系．本文从传感光纤的结构特点和材料的物性系数出发，在理论上证明了光纤温度与布里渊频移量之间存在线性关系．基于此传感技术建立了一实验系统。

分布式光纤测温技术的研究进展

拉曼光时域反射技术(R-OTDR)作为如今热点的分布式光纤传感技术之一,具有米级的空间分辨率,可用于精确测量数十公里的温度场,具有广泛的应用前景。该文将对R-OTDR技术的原理和系统结构进行分析,浅析R-OTDR技术的研究进展,介绍R-OTDR技术的工程运用,最后对R-OTDR技术进行总结和展望。