分布式光纤监测技术在水平井分段压裂中的应用

水平井分段压裂过程中,涉及大量繁杂的数据监测与处理工作,同时,压裂过程的不确定性给实时监测带来了更大的难度。传统的井下监测方式存在监测精确度低、受电磁干扰、成本高昂等问题,分布式光纤传感技术的产生,为这些亟待解决的难题提供了新的解决思路。分布式光纤传感技术以其成本低、耐高温、性质稳定、不受电磁干扰等优势,逐渐在油田得到应用。对水平井分段压裂的应用现状进行研究,分析了分布式光纤传感技术原理,总结了分布式光纤的井下安装方式,归纳了分布式光纤传感技术在水平井分段压裂中的应用现状,最后提出了分布式光纤监测技术的发展建议。研究认为:目前,分布式光纤传感技术已受到广泛关注,将成为井下监测的重要工具;分布式光纤传感在水平井分段压裂中的应用主要有压裂液注入分布诊断、人工裂缝起裂及延伸诊断、封隔器泄漏监测和DTS/DAS数据定量解释;对未来温度和声学监测数据的解释方法将向定量解释的应用方向发展。

聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验研究

聚乙烯材料的管道易于变形,因此对其在安装和运营过程中的变形监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型的分布式光电传感应变监测技术,已被广泛应用于结构物的变形监测中。本文基于该项技术,设计了一套聚乙烯管道变形分布式光纤监测试验方案,对聚乙烯管道纯弯曲变形进行了试验研究,获取了管道表面光纤沿线的应变分布,据此分析了管道的变形方位,并推算出纯弯曲状态下的管道转角,验证了该技术在聚乙烯管道分布式监测中应用的可行性,为地下管道的一站式在线监测提供了一种新的技术方法。

百色RCC坝温度场仿真与分布式光纤监测

结合广西百色碾压砼重力坝5号、6A号坝段施工过程,以分布式光纤温度测量系统为手段,形成了两个坝段砼结构三维温度场,不仅提高了施工质量,同时对今后大坝的安全运行十分有利.将实测的砼结构三维温度场的成果,与计算机仿真成果进行了比较分析,发现基本规律一致,实测的结果全面、客观地反映了施工的全过程,且量值小于计算机仿真值.

钻孔全断面分布式光纤监测中光缆-土体变形协调性的离散元数值模拟

地面沉降是当今危害较大的一种地质灾害问题,利用钻孔全断面分布式光纤监测技术监测地面沉降是一种有效的方法。光缆与土体的变形协调性是影响该技术准确获取地面沉降变形的重要因素。利用自主研发的离散元数值模拟软件MatDEM,建立了二维离散元光缆拉拔试验模型,探究了不同围压下光缆拉拔过程中光缆与周围土体的变形协调性问题。结果表明:二维离散元光缆拉拔模型能够准确反映光缆拉拔过程中的光缆应变分布和土体单元位移;不同围压下光缆拉拔力-拉拔位移曲线及应变分布曲线呈现出渐进式破坏模式;基于离散元方法获得的光缆滑脱深度,修正了光缆-土体变形协调系数。以苏州盛泽地面沉降数据为例,深入分析了不同围压和拉拔位移条件下了光缆-土体的变形协调性。该地区变形协调性较好的临界围压约为0.19 MPa,临界深度约为17 m。研究结果验证了离散元数值模拟方法在探究光缆-土体变形协调性方面的可行性,进一步论证了分布式光纤监测技术在地面沉降监测中的可靠性。

北京故宫东华门城台分布式光纤监测研究

以北京故宫东华门城台墙体为监测对象,基于布里渊散射光时域反射测量技术（BOTDR）对北京东华门城台的北墙体、西墙体和中门洞的变形及渗漏进行了监测。监测结果显示：大部分感测光纤段的应变测量值分布在±100με测量误差范围内,只有城台西墙体部分横向感测光纤段的应变值分布在150~250με之间,表明在西墙体上部局部区域发生了十分微小的鼓胀变形,推断为墙体表面灰泥固化和气温变化引起灰泥热胀冷缩变形所致;城台温度变化没有发现异常区域,表明城台在监测时间段没有渗漏情况发生。因此,判断目前东华门城台整体结构是稳定的。

基于分布式光纤监测的盾构隧道管片变形受力反演分析

为研究盾构隧道变形受力分布情况,依托于某盾构隧道进行了分布式光纤监测。在盾构隧道管片预制期间,将分布式光纤沿环向布设于管片内部钢筋笼的上、下表面。分别在管片安装后及变形稳定后进行了分布式光纤监测,得到管片内部真实应变分布。基于所得连续的应变数据,利用已经提出的反演分析方法计算出了监测期间管片的位移、内力及外荷载分布。反演计算结果表明,隧道监测期间盾构隧道的变形模式为向左的斜椭圆与整体环向压缩的耦合变形。由内力分布可知,在管片接头处内力的波动明显,这是由于管片接头处刚度变化导致的。为反映这种波动,管片设计中更宜采用梁-弹簧模型。给出了管片结构的破坏包络图,将反演分析所得内力值标注其中,并选取危险截面进行了结构安全校核,计算结果证明隧道管片受力安全。

分布式光纤监测在阜阳地面沉降监测中的应用

分布式光纤监测是利用光纤作为传感介质,采用先进的OTDR技术,探测出沿光纤不同位置土层的应变情况,实现真正分布式测量。阜阳地面沉降是由于过量抽汲阜阳城区地下水引起水位下降,在正常固结和超固结[1]土层分布区,由土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。省地质测绘院、阜阳市测绘院、安徽省地质调查研究院在该区域进行大量的高程测量工作,仅查明了地面沉降范围及垂直沉降量,但对地面沉降的形成机理,各压缩层的变化量缺少统一认识。采用分布式光纤监测技术能准确测出各压缩层的变化关系,为阜阳地面沉降防治研究提供科学依据。

分布式光纤监测技术在注水井窜漏监测中的应用

井筒完整性是油田安全高效生产的重要保障,注水井管柱窜漏不仅会影响油井的正常生产,还会降低油田开发速度,减少油田采收率。通过管柱窜漏监测可以发现窜漏位置及类型,及时治理,减少损失。分布式光纤监测技术能够实时连续监测井下温度/声波剖面,将该技术应用于注水井管柱窜漏监测,可提高测试效率和监测成功率。介绍了基于分布式光纤监测技术的管柱窜漏监测测量原理,并以注水井窜漏为例,分析了油管窜漏、套管窜漏和井底窜槽不同情况下仪器的数据响应特性。实际应用表明,应用分布式光纤监测技术能够实时监测注水井管柱窜漏位置,确定套管窜漏、油管窜漏、井底窜漏情况,为制定管柱窜漏监测治理方案提供技术支持。

分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用

针对分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用,介绍了基于布里渊散射效应的分布式光纤监测技术的特点及分类,详细阐述了三种分布式光纤传感器的原理,对分布式光纤监测技术在结构健康监测领域的应用和发展状况做了论述,并指出了所存在的问题。

基于布里渊散射的分布式光纤监测系统在管道安全监测中的应用

利用基于布里渊散射原理的DiTeSt分布式光纤监测系统在跨安第斯山脉管道项目中实现了管道变形、管周土体移动、管道泄漏和侵蚀等管道安全监测。该管道监测系统能及时高效地对管线灾害事件进行预警,提高管道安全监测效率,保证管线的正常安全运营,减少运营商的经济损失。

煤巷顶板分布式光纤监测的可行性试验研究

在传统顶板点式监测的基础上,应用BOTDR对采煤工作面回采巷道煤巷顶板沉降位移进行分布式监测。首先通过对BOTDR监测原理和煤巷顶板变形状态的理论分析,提出应用锚杆(索)在煤巷顶板进行光纤定点布设,并根据BOTDR测量的相邻定点间光纤轴向应变和变形量,推导出光纤应变量化煤巷顶板沉降位移的数学表达式;然后进行煤巷顶板沉降的光纤定点拉伸和区段拉伸室内模拟试验,试验中光纤应变表征的位移与光纤拉伸距离的误差分别为0.690%和1.545%,拉伸距离和应变表征光纤位移基本一致;最后进行了采煤工作面回采过程中进风巷煤巷顶板的BOTDR现场监测试验,试验期间,光纤应变表征出最大沉降位移平均值为64.09 mm和135.63 mm的2个顶板沉降区域。与井下十字观测法测量值相比,顶板沉降变形范围的最大误差为5.60%,顶板沉降位移的最大误差为4.96%,顶板垂直位移的绝对误差值小于4 mm,证明了BOTDR定量表征顶板的沉降变形范围和沉降位移的可行性。

分布式光纤监测技术在地面沉降中的应用

自然和人为因素的作用导致发生地面沉降,具有很强的危害性。全球发生地面沉降的地方有很多,原因大多为大规模的基础设施建设、地下水的过度开采等。各国为此提出不同举措,用来监测地面沉降变形。常见的方法有原位测试、GPS、InSAR、遥感技术等,分布式光纤监测技术通常用于地面沉降及边坡变形的监测中,采用光纤作为传输介质,具有速度快、灵敏度高、抗干扰性强等优点,本文主要研究的是分布式光纤监测技术的研究现状,并且对分布式光纤监测技术在地面沉降中的应用展开讨论,加以实例进行研究。

直埋供热管道结构状态分布式光纤监测研究

一次应力是影响直埋供热管道结构安全的主要因素,而覆土荷载、不均匀沉降等因素导致的弯曲应力是一次应力的主要形式,目前尚缺乏监测直埋供热管道一次应力的有效方法。针对实际工程中直埋供热管道工作管弯曲应变难以量化的问题,提出基于分布式光纤传感器的直埋供热管道结构状态监测方法。监测系统包括传感器单元、数据采集单元、远程数据传输单元等,利用布置在保温管保温层与外护管之间的分布式光纤应变传感器和分布式光纤温度传感器,实现工作管弯曲应变以及泄漏行为的远程实时监测。对某段正在回填施工的直埋供热管段进行监测。分布式光纤温度传感器可真实测试管道的沿程温度分布,分布式光纤应变传感器可以有效监测工作管的弯曲应变。监测数据表明,直埋供热管道因覆土荷载、管沟基础不平整以及不均匀沉降导致的弯曲应力非常显著,作为一次应力对管道安全的影响十分重要,在直埋供热管道安全评估中忽略与弯曲行为有关的一次应力,将导致偏于不安全的结果,因此对直埋供热管道实施分布式实时监测十分必要。

基于分布式光纤温度监测系统的集中渗漏通道流速计算模型

分布式光纤测温系统因其造价低、可实现实时快速分布式测温等优点,在堤坝渗漏监测方面具有良好的应用前景。但由于缺乏必要的理论基础和试验研究,目前分布式光纤测温的应用仅局限于渗漏定性分析,缺乏定量计算研究。根据分布式光纤温度监测系统在不加热和加热两种情况下的温度测量值,利用热平衡理论及坝体周围岩土体温度变化与集中渗漏流速关系建立数学物理模型,在层流和紊流两种不同流态下探讨了渗漏流速的确定方法。经过一个实例计算,验证了所推导公式的正确性,为分布式光纤测温在渗漏监测中的应用,提供了一个定量分析的依据。

基于分布式光纤声波监测数据和机器学习的井筒流体类型识别方法

基于建立的实尺寸水平井筒流体流动光纤监测模拟试验系统,开展油气水流动模拟试验,获得不同流体流动情况下的分布式光纤声波监测(DAS)数据;利用小波时间散射变换和短时傅里叶变换对DAS数据进行处理,提取流体流动特征,建立基于机器学习的井筒流体类型识别分类方法。结果表明:融合低方差散射特征和短时时频特征数据能提高流体类型识别的准确率,并且随机森林算法的识别结果优于BP神经网络和决策树;该方法为井筒多相流体流动识别提供了一种新的技术手段。

浅谈分布式光纤岩土工程监测技术

基于布里渊光时域反射计(BOTDR)的工作原理,介绍了光纤测试技术是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技术。实践证明通过该技术,将传感光纤按照一定的工艺粘贴在埋置于土体中的测斜管上,由传感光纤实测的应变分布,可以实现深部土体水平位移的在线监测。

分布式光纤技术在覆岩岩层运动监测中的应用

为监测上覆岩层运动,利用BOTDR分布式光纤传感技术,研究了上覆岩层随工作面开采变形破坏运动规律。结果表明:随工作面推进,采空区顶板岩层存在悬臂梁和砌体梁两种形态,呈现旋转沉降和平移下沉两种运动状态;开采初期,采空区中部顶板岩层首先断裂垮落,采空区未垮落的顶板岩层呈现裂纹发育的悬臂梁状态,旋转下沉运动;开采中期,悬臂梁岩块断裂为旋转下沉运动的砌体梁B关键块;开采后期,该岩块破断为平移下沉的砌体梁C关键块。覆岩破坏范围呈现由中央向两侧煤柱移动的规律。

基于BOFDA的地面塌陷变形分布式监测模型试验研究

地面塌陷变形作为一种分布广泛的地质灾害已成为目前城市发展中亟待解决的一个问题。文章使用布里渊光频域分析(BOFDA)技术对地面塌陷变形进行分布式监测模型实验研究。利用自制的地面塌陷物理模型,对不同类型、不同厚度土体在塌陷过程中的变形进行分布式光纤监测,并对其试验结果进行对比分析。结果表明:基于BOFDA分布式光纤传感技术可有效捕捉到地面塌陷变形的发生和发展过程,并较为准确地反映出地面的塌陷变形规律。研究结果为该技术在地面塌陷变形监测的推广应用提供一定的参考依据。

基于分布式光纤的桥梁深水桩基钢板桩围堰监测技术

文章基于分布式光纤监测手段,对桥梁深水基础钢板桩围堰进行受力和变形分析。结果表明:钢板桩桩身应力、应变、弯矩和挠度随着开挖深度的增加而逐渐增大,且在内支撑和开挖面附近出现转折点,峰值出现位置逐渐向桩身下面转移;围堰开挖施工完成后,应变、应力、弯矩和挠度峰值均没有超过规范允许或者材料允许的承受能力;分布式光纤可以为深水桩基围堰提供更加精确可靠的数据,确保施工过程安全。

采用分布式光纤传感技术的煤矿顶板变形实验研究

为研究分布式光纤传感监测技术和传统监测手段的差异以及煤矿开采过程中顶板变形规律,将分布式光纤传感技术(BOTDR)和沉降量多点测量系统应用于煤矿顶板模型实验中进行形变监测研究.制作长为1500 mm、宽为1000 mm、高为1000 mm的类煤矿顶板模型并通过模拟煤矿开采过程进行频移监测实验和沉降量监测实验.提出频移相对变化度和沉降量平均变化度,通过频移和应变关系用频移相对变化度表征形变程度,模拟实验中顶板可监测形变为沉降形变,通过对光纤频移的监测和应变关系得到顶板形变量,并与多点沉降仪监测到的沉降量相对变化度对比.研究结果表明:两者的变化基本一致且频移监测效果更明显,验证了分布式光纤传感技术用于监测顶板变形的可行性与可靠性.