Concurrent Active Acoustic and Deformation Monitoring of Hydraulic Fracture in Laboratory Experiments

E. V. Zenchenko; Зенченко Е. В.; P. E. Zenchenko; Зенченко П. Е.; V. A. Nachev; Начев В. А.; S. B. Turuntayev; Турунтаев С. Б.; T. K. Chumakov; Чумаков Т. К.

doi:10.31857/S0002333723030134

Совместный акустический и деформационный мониторинг трещины гидроразрыва в лабораторном эксперименте

Авторы: Зенченко Е.В.¹, Зенченко П.Е.¹, Начев В.А.¹, Турунтаев С.Б.¹^,2, Чумаков Т.К.¹^,2
Учреждения:
1. Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН
2. Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Выпуск: № 3 (2023)
Страницы: 148-157
Раздел: Статьи
URL: https://journal-vniispk.ru/0002-3337/article/view/139032
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333723030134
EDN: https://elibrary.ru/KBGNNF
ID: 139032

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Приведены результаты лабораторных экспериментов по совместному активному акустическому и деформационному мониторингу трещины гидроразрыва. Эксперименты проводились в модельном материале на основе гипса. Для сравнения были проведены эталонные эксперименты по исследованию прохождения ультразвуковых волн через заполненную жидкостью щель контролируемой ширины между двумя прецизионными стеклянными пластинами. Целью экспериментов было исследование зависимости амплитуды ультразвуковой волны, прошедшей через трещину от величины ее раскрытия. В этих экспериментах создавалась круговая трещина гидроразрыва, плоскость которой была перпендикулярна оси цилиндрического образца. Вдоль этой же оси располагалась обсаженная нагнетательная скважина, заканчивающаяся на середине его высоты. Образец располагался между двумя дисками из алюминиевого сплава, оснащенных вмонтированными в них пьезокерамическими преобразователями, работающими как в режиме излучателя, так и режиме приемника. Через канал в нижнем диске осуществлялась подача рабочей жидкости в трещину. Через верхний диск производилось насыщение образца поровым флюидом. Вся сборка помещалась в гидравлический пресс, обеспечивающий постоянное сжимающее усилие. Величина раскрытия трещины изменялась в зависимости от расхода жидкости, подаваемой в центр трещины, и измерялась по относительному изменению расстояния между дисками сборки при помощи индукционных преобразователей перемещения. Также были проведены эксперименты, моделирующие трещину, заполненную проппантом. В этом случае апертура трещины изменялась в зависимости от приложенного вертикального давления на образец. По результатам экспериментов, проведенных в различных условиях, были построены зависимости амплитуды ультразвуковой волны, прошедшей через трещину. Экспериментально установлено, что поглощение звука в трещине гидроразрыва, обладающей естественной шероховатостью, вдвое ниже, чем в зазоре между прецизионными стеклянными пластинами. Полученные результаты позволят оценить величину раскрытия трещины гидроразрыва в лабораторных экспериментах, проводимых на образцах большего размера с использованием активного акустического мониторинга.

Ключевые слова

гидроразрыв, поглощение звука, лабораторное моделирование, раскрытие трещины, ультразвуковой мониторинг.

Список литературы

Зенченко Е.В., Зенченко П.Е., Лукина А.А., Турунтаев С.Б. Исследование динамики распространения и раскрытия трещин гидроразрыва в лабораторном эксперименте акустическими методами // Динамические процессы в геосферах. 2019. № 11. С. 26–34.
Турунтаев С.Б., Зенченко Е.В., Зенченко П.Е., Тримонова М.А., Барышников Н.А., Новикова Е.В. Динамика роста трещины гидроразрыва по данным ультразвукового просвечивания в лабораторных экспериментах // Физика Земли. 2021. № 5. С. 104–119.
Groenenboom J., Fokkema J.T. Monitoring the width of hydraulic fractures, Geophysics, January–February. 1998. V. 63. № 1. P. 139–140.
Groenenboom J., van Dam D.B., de Pater C.J. Time-Lapse Ultrasonic Measurements of Laboratory Hydraulic-Fracture Growth: Tip Behavior and Width Profile // SPE J. 2001. V. 3. P. 14–24.
Liu D., Lecampion B., Blum T. Time-lapse reconstruction of the fracture front from diffracted waves arrivals in laboratory hydraulic fracture experiments // Geophysical J. International. 2020. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa310
Medlin W.L., Massé L. Laboratory Experiments in Fracture Propagation // SPE. 1984. V. 6. P. 256–268.
Stanchits S., Surdi A., Edelman E., Suarez-Rivera R. Acoustic Emission and Ultrasonic Transmission Monitoring of Hydraulic Fracture Initiation and Growth in Rock Samples. 30th European Conference on Acoustic Emission Testing & 7th International Conference on Acoustic Emission. University of Granada. 12–15 September 2012.
Stanchits S., Surdi A., Gathogo P., Edelman E., Suarez-Rivera R. Onset of Hydraulic Fracture Initiation Monitored by Acoustic Emission and Volumetric Deformation Measurements // Rock Mech Rock Eng. 2014. V. 47. P. 1521–1532. https://doi.org/10.1007/s00603-014-0584-y
Stanchits S., Burghard J., Surdi A. Hydraulic Fracturing of Heterogeneous Rock Monitored by Acoustic Emission // Rock Mech Rock Eng. 2015. V. 48. P. 2513–2527. https://doi.org/10.1007/s00603-015-0848-1
Zoback M.D., Rummel F., Jung R., Raleigh C.B. Laboratory Hydraulic Fracturing Experiments in Intact and Pre-fractured Rock // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 1977. V. 14. P. 49–58.