一、实验背景
准噶尔盆地周缘火成岩覆盖面积广、裂缝发育，钻井过程中井漏问题频发，严重制约钻完井提速。裂缝性火成岩储层漏失机理复杂，堵漏过程中裂缝的张开、闭合、延伸等力学行为难以实时监测，传统堵漏实验仅依靠井口压力曲线反映封堵效果，无法真实揭示堵漏材料在裂缝内的运移、架桥及封堵层演化过程。
为解决这一难题，本文采用在真三轴承压堵漏模拟实验装置中，引入分布式光纤传感技术（OFDR）。OFDR技术具有空间分辨率高（可达毫米级）、能够实时监测裂缝应变分布的特点，为深入研究堵漏过程中裂缝与封堵层的力学行为提供了新的技术手段。
图1.分布式光纤实验设备实物图
图2.真三轴承压堵漏模拟实验装置实物图
二、实验过程
实验选用准噶尔盆地凝灰岩、角砾岩、安山岩、玄武岩四类典型裂缝性火成岩露头，加工成200mm立方体岩样。为有效监测岩石在诱导缝形成及堵漏过程中的裂缝应变情况，在岩样表面按特定方式缠绕分布式光纤。光纤缠绕方式经过优化设计，可同时监测裂缝的起裂位置、扩展方向及两侧应变分布。
图3.岩样光纤缠绕方式
实验采用“泵注-停泵挤压”循环工艺，分别评估桥接堵漏浆和快速滤失堵漏浆的封堵效果。实验流程包括诱导缝实验和承压堵漏实验两个阶段。诱导缝实验以30ml/min注入钻井液基浆，模拟诱导裂缝漏失过程，记录破裂压力；承压堵漏实验则以10ml/min注入堵漏浆，通过多次“泵注-停泵挤压”循环，使堵漏材料逐渐进入裂缝形成封堵层。
实验过程中，OFDR设备实时采集光纤沿线应变信号，正值为拉应变，负值为压应变。实验结束后形成应变瀑布图，横轴为时间，纵轴为应变位置，蓝色/紫色表示压应变，黄色/红色表示拉应变，颜色越深代表应变越强烈。通过分析应变瀑布图与泵压曲线的对应关系，可精准识别堵漏过程中裂缝的力学行为。
图4.光纤测量应变信号的动态监测界面
图5.实验过程中光纤应变瀑布图
三、实验结果
（1）诱导-重张实验
以凝灰岩为例，诱导-重张实验的光纤应变瀑布图显示，在7分钟时发生一次破裂，破裂压力为13.48MPa。瀑布图中出现两条明显的拉应变条带，一条位于光纤300mm位置，另一条位于500mm位置，几乎对称分布，表明诱导缝呈现明显的脆性破裂过程，裂缝起裂位置与缝面形态可被清晰识别。17.5分钟重新开泵时，条带加深，裂缝重新开启，测得重张压力为3.15MPa。这一结果表明OFDR技术能够准确捕捉裂缝的起裂位置和重张过程。
图6.诱导-重张实验光纤应变瀑布图及对应的泵压曲线
图7.起裂位置裂及缝面情况
（2）封堵层五阶段演化识别
通过1mm桥接堵漏实验的光纤应变瀑布图与泵压曲线综合分析，首次明确了封堵层演化的五个阶段：
图8.1mm桥接堵漏实验光纤应变瀑布图及对应的泵压曲线
运移架桥阶段：堵漏颗粒在压差作用下进入裂缝，裂缝应变不明显，瀑布图可见两条淡黄色条带；
堆积封堵阶段：颗粒相互支撑形成稳定骨架，压力逐渐上升，裂缝开度增加，瀑布图中出现红色信号；停泵挤压封堵层后压力缓慢下降，裂缝开度收缩，应变信号减弱，条带由红转为黄色；
封堵层“失稳-再形成”阶段：裂缝开度随压力增加进一步增大，封堵层出现摩擦失稳，压力下降，光纤信号出现明显红色，条带宽度增加；颗粒在泵注压力作用下快速架桥重组，形成新的封堵层，条带宽度继续增加，承压能力提升。
封堵层破坏阶段：当封堵层达到极限承压破坏时，条带宽度达到最大，应变信号最强，裂缝开度达到最大，同时裂缝两侧出现蓝色压应变条带，表明裂缝两侧岩石受到明显压缩。
（3）裂缝几何形态影响分析
不同裂缝面形态对应变响应影响显著。玄武岩台阶状裂缝面对桥接堵漏颗粒阻滞能力强，应变信号显示封堵层承压可达30.66MPa；而安山岩平直裂缝面有利于快速滤失材料扩散，承压达43.84MPa。OFDR应变分布图直观反映了堵漏材料在裂缝内的非均匀扩散特征。
图9.不同裂缝几何形态下的桥接堵漏材料分布
图10.不同裂缝几何形态下的快速滤失堵漏材料分布
四、总结
本研究将OFDR分布式光纤传感技术应用于真三轴承压堵漏物理模拟实验，实现了对裂缝性火成岩堵漏过程中裂缝应变响应的实时动态监测。主要结论如下：
1、OFDR技术能够精准识别堵漏过程中封堵层多个演化阶段的应变特征，揭示了裂缝开度增加是封堵层失稳的根本原因。
2、通过光纤应变瀑布图与泵压曲线的联合分析，可有效评价不同堵漏材料、不同裂缝面形态对封堵效果的影响，为堵漏配方优化提供科学依据。
3、该技术为裂缝性地层堵漏机理研究提供了新的可视化监测手段，具有空间分辨率高、实时性强、非侵入性等优势，在石油工程岩石力学领域具有良好的推广应用前景。
原文来自：
标题：《准噶尔盆地裂缝性火成岩储层承压堵漏机理真三轴实验研究》
作者：薛乔宇
来源：知网
本文类型：OFDR设备的实际应用案例。本文只提炼了部分实验内容，详细可查阅原文。
