В статье представлены результаты лабораторных исследований, направленных на активный акустический и деформационный мониторинг раскрытия трещины гидроразрыва в модельном пористом материале на основе гипса. Для сравнения представлены результаты численного моделирования затухания упругих волн при прохождении через модельный образец, основанного на полученных экспериментальных данных. Выполнено непосредственное измерение раскрытия трещины в сопоставлении с изменением амплитуды ультразвукового импульса, проходящего через трещину в процессе ее образования и раскрытия. Модельный образец имел цилиндрическую форму, внутри которого до середины его высоты расположена трубка с затравками для создания трещины гидроразрыва. Образец помещался между двумя алюминиевыми дисками, в поверхности которых были вмонтированы пьезоэлектрические преобразователи, работающие в режиме приемника и передатчика. С помощью насосной системы в образец через трубку нагнеталась жидкость гидроразрыва – силиконовое масло, что приводило к образованию круговой трещины, перпендикулярной оси образца. По мере увеличения расхода жидкости с помощью индукционных измерителей перемещения измерялась величина раскрытия трещины. По результатам исследования построены зависимости, связывающие давление закачки жидкости ГРП и раскрытие трещины ГРП с амплитудой сигнала ультразвуковых импульсов, прошедших через трещину. Проведенное численное моделирование показало, что нормированные амплитуды ультразвукового импульса, рассчитанные в зависимости от раскрытия трещины, отличаются от экспериментальных значений не более чем на 7 %. Полученные результаты исследования позволяют оценивать величину раскрытия трещины гидроразрыва с применением активного акустического мониторинга.
Список литературы
1. Numerical Simulation of Fracking in Shale Rocks: Current State and Future Approaches // G. Hattori, J. Trevelyan, C.E. Augarde [et al.] // Arch Computat Methods Eng. – 2017. – V. 24. – P. 281–317. – https://doi.org/10.1007/s11831-016-9169-0
2. Савенков Е.Б., Борисов В.Е. Математическая модель развития трещины гидроразрыва пласта в трехмерной пороупругой среде // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2018. – № 1. – С. 5–17. - https://doi.org/10.15593/perm.mech/2018.1.01
3. Furong Wu, Yuanyuan Yan, Chen Yin. Real-time microseismic monitoring technology for hydraulic fracturing in shale gas reservoirs: A case study from the Southern Sichuan Basin // Natural Gas Industry B. – 2017. – V. 4. – Issue 1. – P. 68-71. – https://doi.org/10.1016/j.ngib.2017.07.010
4. Experimental Verification of Dimensional Analysis for Hydraulic Fracturing / C.J. de Pater, M.P. Cleary, T.S. Quinn [et al.] // SPE-24994-PA. – 1994. – https://doi.org/10.2118/24994-PA
5. Groenenboom J., Fokkema J.T. Monitoring the width of hydraulic fractures with acoustic waves // Geophysics. – 1998. – V. 63. – No. 1. – P. 139–140.
6. 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-68882-PA. – 2001. – https://doi.org/10.2118/68882-PA
7. Medlin W.L., Massé L. Laboratory Experiments in Fracture Propagation // SPE-10377-PA. – 1984. – https://doi.org/10.2118/10377-PA
8. Acoustic Emission and Ultrasonic Transmission Monitoring of Hydraulic Fracture Initiation and Growth in Rock Samples / S. Stanchits, A. Surdi, E. Edelman, R. Suarez-Rivera // 30th European Conference on Acoustic Emission Testing & 7th International Conference on Acoustic Emission, University of Granada, 12-15 September, 2012. – https://www.ndt.net/article/ewgae2012/content/papers/52_Stanchits.pdf
9. Onset of Hydraulic Fracture Initiation Monitored by Acoustic Emission and Volumetric Deformation Measurements // S. Stanchits, A. Surdi, P. Gathogo [et al.] Rock Mech Rock Eng. – 2014. – V. 47. – P. 1521–1532. – https://doi.org/10.1007/s00603-014-0584-y
10. 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
11. Laboratory Hydraulic Fracturing Experiments in Intact and Pre-fractured Rock / M.D. Zoback, F. Rummel, R. Jung, C.B. Raleigh // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. – 1977. – V. 14. – P. 49–58. – https://doi.org/10.1016/0148-9062%2877%2990196-6
12. Динамика роста трещины гидроразрыва по данным ультразвукового просвечивания в лабораторных экспериментах / С.Б. Турунтаев, Е.В. Зенченко, П.Е. Зенченко [и др.] // Физика Земли. – 2021. – № 5. – С. 104–119. – http://doi.org/10.31857/S0002333721050215
13. Исследование динамики распространения и раскрытия трещин гидроразрыва в лабораторном эксперименте акустическими методами / Е.В. Зенченко, П.Е. Зенченко, А.А. Лукина, С.Б. Турунтаев // Динамические процессы в геосферах. – 2019. – № 11. – С. 26–34. – http://doi.org/10.26006/IDG.2019.11.38613
14. Совместный акустический и деформационный мониторинг трещины гидроразрыва в лабораторном эксперименте / Е.В. Зенченко, П.Е. Зенченко, В.А. Начев [и др.] // Физика Земли. – 2023. – № 3. – С. 148–157. – https://doi.org/10.31857/S0002333723030134
