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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of laboratory experiments on concurrent active acoustic and deformation monitoring of a hydraulic fracture are presented. The experiments were carried out in a model material based on gypsum. For comparison, reference experiments were carried out to study ultrasonic waves propagation through a liquid-filled gap of controlled width between two precision glass plates. The purpose of the experiments was to study the dependence of the amplitude of the ultrasonic wave passing through the crack on the magnitude of its opening. In these experiments, a circular hydraulic fracture was created, the plane of which was perpendicular to the axis of the cylindrical sample. A cased injection well was located along the same axis, ending at the middle of its height. The sample was placed between two aluminum alloy disks equipped with piezoceramic transducers built into them, operating both in the emitter and receiver modes. Through the channel in the lower disk, the working fluid was supplied to the fracture. The sample was saturated with pore fluid through the upper disk. The entire assembly was placed in a hydraulic press providing a constant compressive force. The crack opening value varied depending on the flow rate of the fluid supplied to the center of the crack and was measured by the relative change in the distance between the disks of the assembly using inductive displacement transducers. Experiments were also carried out simulating a fracture filled with proppant. In this case, the crack aperture varied depending on the applied vertical force on the sample. Based on the results of experiments carried out under various conditions, the dependences of the amplitude of the ultrasonic wave that passed through the crack were plotted. It has been experimentally established that sound attenuation in the hydraulic fracture, which has a natural roughness, is two times lower than in the gap between precision glass plates. The obtained results will make it possible to estimate the value of hydraulic fracture opening in laboratory experiments conducted on larger samples using active acoustic monitoring.

About the authors

E. V. Zenchenko

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zenchevj@gmail.com
119334 Russia, Mockow

P. E. Zenchenko

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Email: zenchevj@gmail.com
119334 Russia, Mockow

V. A. Nachev

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Email: zenchevj@gmail.com
119334 Russia, Mockow

S. B. Turuntayev

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: zenchevj@gmail.com
119334 Russia, Mockow; 141701 Russia, Mockow

T. K. Chumakov

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: zenchevj@gmail.com
119334 Russia, Mockow; 141701 Russia, Mockow

References

  1. 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.
  2. 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.
  3. Groenenboom J., Fokkema J.T. Monitoring the width of hydraulic fractures, Geophysics, January–February. 1998. V. 63. № 1. P. 139–140.
  4. 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.
  5. 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
  6. Medlin W.L., Massé L. Laboratory Experiments in Fracture Propagation // SPE. 1984. V. 6. P. 256–268.
  7. 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.
  8. 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
  9. 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
  10. 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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (730KB)
3.

Download (426KB)
4.

Download (197KB)
5.

Download (312KB)
6.

Download (77KB)
7.

Download (913KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».