Luna和Shell GameChanger创新了新的地下传感器
Luna Innovations与Shell的GameChanger一起开发了一个新概念™ 早期技术计划，以测量地下岩石地应力使用月球光纤传感解决方案。
新概念，一种连续水平的原位应力记录器（CHISL），使用LUNA的ODISI®产品来获得诱导的微骨折和钻孔变形的直接，高分辨率应变测量。然后，新的算法在钻孔处处理应变测量以估计原位的最大值和最小水平应力及其方向。
为什么这件事？依赖地下作业的企业，如石油和地热行业，必须准确估计地应力（即钻孔前地下的现有压力）。这会影响钻井、测量和流体注入（水力压裂、注水、二氧化碳封存）以及断层再活化和诱发bobapp综合体育下载地震等现象。
行业的想法是什么？可靠的应力估计对于石油和天然气工业的许多应用至关重要。例如，页岩水力压裂的成功与否在很大程度上取决于所产生的裂缝高度，而裂缝高度又在很大程度上受应力随深度变化的控制。Luna的技术将允许以前所未有的分辨率描述应力深度剖面，与水力压裂过程非常相关，”壳牌公司地质力学主题专家Alexei Savitski评论道。“如今，人们无法获得如此重要的信息。最大水平应力是最不确定的地下性质之一。这是根据其他数据推断出来的。但CHISL将允许显著降低这种不确定性，这对于评估断层再活化和诱发地震活动的风险至关重要”。
“与Luna合作开发这项技术非常符合GameChanger的要求，”该项目的GameChanger赞助商Haiyong Cai解释道。“该项目支持Luna将这种新型应力测量技术的早期开发推向概念验证阶段。它还让壳牌公司提出用例，在这些用例中，精确、可靠的应力测量可以极大地提高底线。”
是什么让Luna的CHISL传感器独一无二？它将光纤传感器集成到一个柔性液压套管中，向井壁施加压力，直到形成小的纵向裂缝。与水力压裂不同的是，在水力压裂中，流体流入裂缝并使裂缝远离钻孔，CHISL不允许流体流入诱发裂缝。CHISL传感器将提供新的数据类型，可用于提高安全性、生产效率和未来地下工程系统的优化。与传统的水力压裂技术相比，未来使用加固传感器的野外作业可以在更短的时间内提供前所未有的钻孔长度测量。除了用于水力压裂规划的岩层应力剖面外，其他应用包括油井盖层完整性传感和复杂油井的优化钻井。
解释CHISL传感技术（专利申请中）
将HD-FOS传感光纤嵌入螺旋模式中，可以精确测量套管内液压增加时的径向和轴向应变。连续测量孔周和孔深周围的应变，提供了以前无法获得的新类型数据，如实时断裂起始和演化。地应力测量方法如图2所示。
分布式光纤套管概念的研究方法
- 将传感器放置在所需深度处。这允许有足够的间隙将其定位在钻孔内。
- 将传感器套管加压，直到它径向扩展以符合钻孔壁的轮廓和界面。此处获取应变测量，并成为将比较在更高压力下进行的基线签名。基线测量还可以提供有关钻孔形状的变化的信息，而预先存在的骨折的存在。水平骨折将显示为沿着螺旋传感器路径的应变测量中的单一峰值。
- 增加传感器内的液压以产生岩壁的弹性变形，因此可以进行弹性模量的测量。该测量可以作为深度的函数以及由局部应变轮廓识别的钻孔壁的函数识别模量（由于变化的材料）的变化。
- 将液压增加到第一裂缝发生的点。在理论上，这种骨折的方向应垂直于最小水平应力，S小时. 由于套管中光纤的螺旋结构，测得的应变将呈现周期性峰值模式；它将在多个绕组上与断口相交。假设已知传感器到绝对参考坐标系的方向，则第一个峰值到传感器原点的距离将指示第一次断裂发生的角度方向。裂缝沿钻孔的轴向长度可根据观察到的峰值数量及其沿纤维的相对距离确定。与传统压裂技术相比，这种方法的另一个好处是，在加压过程中可以立即观察到裂缝，而不是使用压印封隔器或目视后处理。
- 提高压力直至发生第二裂缝，这与最大水平应力有关小时. 这种二次断裂的相对计时方向可以从第一系列峰值和新系列峰值之间的相位来计算。由于高分辨率应变数据将解决这些特征，因此测量技术可以适应额外的非预期断裂或非垂直断裂方向。与地应力相对应的裂缝大小和角度方向的变化可能会随着钻孔深度而变化，建议的技术将允许以高分辨率观察这些变化。根据该技术计算得到的应力与深度的关系如图1所示。
在单个位置执行完整测量后，传感器套管中的压力降低。骨折将闭合，套管可自由放置在下一个位置。在此过程中，所有液压油仍包含在传感器内。由于没有液体流失，并且传感器套管的外径可以小到66 mm，因此预计执行测量所需的所有设备都将安装在多用途卡车上（液压泵、传感器/电缆滑阀、储液罐、仪表电子设备和计算机）。
Chisl概念证明实验
在局部石灰石采石场钻出一个浅的HQ钻孔，以证明CHISL原型的骨折感测能力（图3）。使用核心样品的巴西圆盘测试测定岩石的拉伸强度为3,100psi。
在CHISL手术前后使用印模封隔器对试验前后的断裂状态进行验证。在这里描述的测量中，试验前记录的唯一压痕是预先存在的水平裂缝。
随着CHISL组件膨胀，在钻孔壁的应变图中可见相同的水平骨折，如图4所示。图的X轴沿着孔的深度，而Y轴是圆柱形CHISL传感器的圆周周围的极角。颜色图表示在嵌入式光纤传感器内的每个位置观察到应变电平。
进一步对CHISL传感器加压后，水平裂缝下方和上方出现了双翼裂缝，但在不同角度和不同压力下施加到井壁上，如图5所示。
此图中的彩色图表示应变对压力增加的导数，有助于确定压力升高时应变快速增长的位置。在水平隔层下方，裂缝出现在90°和270°处，压力较低为2500 psi，而水平隔层上方的地层在180°和330°处，压力为3700 psi。这证明了分布式传感概念的威力。在1m的传感区域内，有足够的空间分辨率来探测单个裂缝的开口、长度和沿孔深方向应力方向的变化，甚至可以同时测量两个不同的地层。
用CHISL传感器进一步加压钻孔，直至在4,900psi下发生双重断裂，如图6所示。在270°处的新骨折在源自较低压力下的双翼骨折之间大约90°。还观察到，330°的断裂减少，而0°的新骨折开口。据理论，这种新的骨折与岩层中的最大原位应力有关。
将这些局部测量与远场应力状态联系起来是下一个关键步骤，Luna的合作伙伴团队开发了一种算法，从高清光纤传感器数据中计算出远场应力状态。以这样的空间分辨率实时可视化这些裂缝演化是前所未有的。
该实验证明了CHISL传感器具有创造，测量和可视化对应于最小和最大水平应力的裂缝的可能性。部署时，该技术将以无与伦比的一致性和深度分辨率提供关键测量，允许更安全，更高效的操作。
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