摘要
分布式声学传感（DAS）已被广泛应用于水平井的注入-生产剖面监测，因为它能够实现全井筒的连续覆盖、实时数据采集以及长期的稳定部署。然而，在实际的井下作业中，DAS的测量结果经常受到光信号衰减、光纤与套管/地层耦合失效以及环境噪声的影响。同时，控制流体流动引起的声学响应的机制尚未得到充分理解，这继续阻碍了基于DAS数据的定量诊断和解释。为了解决这些问题，本研究在实验室规模下对水平井筒中的单相流动进行了物理模拟实验，系统地研究了两种井筒直径（25毫米和50毫米）以及不同流速条件下的DAS声学响应。通过快速傅里叶变换（FFT）得到了功率谱密度（PSD），以识别对流动敏感的特征频率带，并进一步利用频带能量（FBE）建立了与流速之间的最佳定量关系。研究结果表明：（1）DAS的能量主要由低频成分（<100 Hz）主导，随着流速的增加，总能量呈非线性增长，同时特征频率带的宽度也逐渐增加；（2）基于PSD频域特征的能量差异统计方法识别的特征频率带具有更高的信噪比和更清晰的物理意义；此外，通过采用特征频率带合并策略，可以更全面地捕捉流动能量的分布特性；（3）FBE与流速之间存在强烈的非线性关系，幂律模型（FBE ∝ V^3）能够提供最佳的理论拟合，而立方模型（FBE ∝ V^3）在实际应用中具有较高的准确性和鲁棒性。所提出的工作流程——“PSD峰值识别-特征频率带划分-FBE回归”——为实验室和现场环境中基于DAS的水平井注入-生产剖面定量监测奠定了方法论基础，并为多相流动条件下的智能监测和解释提供了依据。
