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Enregistrement W4412990323 · doi:10.56952/arma-2025-0930

Fiber-Optic Distributed Acoustic Sensing in Laboratory-Scale Hydraulic Fracture Experiments: Implications for Monitoring

2025· article· en· W4412990323 sur OpenAlexaff
Thomas Finkbeiner

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueSeismic Waves and Analysis
Établissements canadiensKootenay Association for Science & Technology
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOptical fiberAcoustic emissionDistributed acoustic sensingFiber optic sensorScale (ratio)Fracture (geology)Computer scienceAcousticsFiberGeologyMaterials scienceGeotechnical engineeringTelecommunicationsComposite materialPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

ABSTRACT: Hydraulic fracturing is commonly used to enhance permeability in subsurface reservoirs, and microseismic monitoring plays a crucial role in assessing the geometry, orientation, and extent of induced fractures. Although extensively applied in field operations, the complexity of stimulation mechanisms remains inadequately understood. Laboratory-scale experiments offer a controlled environment to improve our understanding but often suffer from limited spatial resolution due to the use of sparse piezoelectric acoustic emission (AE) sensors (Warpinski, 2009). Distributed Acoustic Sensing (DAS) provides an alternative solution by transforming fiber-optic cables into dense continuous sensors, significantly improving both spatial and temporal resolution (Stanek et al., 2022). This study explores the use of DAS for high-resolution microseismic monitoring during hydraulic fracturing in a laboratory setup and evaluates its ability to detect and localize events in comparison to traditional AE sensors. A laboratory hydraulic fracturing experiment was conducted on a 40 cm × 40 cm × 40 cm limestone rock blocks characterized by a p-wave velocity of 5,282 m/s and a number of stylolites cutting at various angles across the block. We wrapped fiber optic cables around the block by embedding them into shallow grooves to prevent direct exposure to applied confining stresses. The center of the cube’s top face is penetrated by a 23 cm deep well 2.3 cm in diameter for injection of hydraulic fracturing fluid. As casing we cemented a stainless-steel tube into the well to a depth of 20 cm, leaving an open interval of 3 cm at the bottom for fluid injection and fracture initiation. The fiber-optic cables were carefully wrapped along each groove, ensuring continuous laser pulse propagation through elongated bends. The cables were calibrated over their entire length and separated into 18 distinct wraps that covered all the surfaces of the rock block. Prior to stimulation, a calibration ball drop experiment was conducted to verify sensor alignment and waveform timing. After this hydraulic fracturing fluid was injected through the well. For acoustic emission monitoring, we used both DAS and 8 AE transducers. DAS data were acquired at 125 kHz and AE data at 100 kHz. Signal preprocessing included detrending and bandpass filtering between 5 and 50 kHz. A Kirchhoff migration imaging technique was used to estimate event locations, with a zero-phase 20 kHz Ricker wavelet as the assumed source wavelet. Three hydraulically induced microseismic events were detected and validated by both DAS and AE systems. The dominant frequencies observed aligned with the expected spectral components, which were in the range of 20 to 45 kHz. Using Kirchhoff migration imaging, the hypocenter coordinates of the three events were estimated to be (28, 17, 13), (13, 19, 17), and (19, 28, 15) cm. The results show that DAS is a viable technology for lab-scale microseismic monitoring, with estimated event coordinates indicating possible activation of multiple fractures. Despite lower SNR, DAS effectively captured 3D acoustic information, demonstrating advantages over conventional AE sensors, particularly under confining stresses.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,253 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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