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Optimization of integrated geological-engineering design of volume fracturing with fan-shaped well pattern

Petroleum Exploration and Development 2023年第4期50卷 971-978页

作者： tang jizhou WANG Xiaohua DU Xianfei MA Bing ZHANG Fengshou School of Ocean and Earth Science Tongji UniversityShanghai 200092China State Key Laboratory of Marine Geology Tongji UniversityShanghai 200092China College of Civil Engineering Tongji UniversityShanghai 200092China Key Laboratory of Geotechnical&Underground Engineering of Ministry of Education Tongji UniversityShanghai 200092China Oil&Gas Technology Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company Xi’an 710021China

According to the variable toe-to-heel well spacing, combined with the dislocation theory, discrete lattice method, and finite-element-method(FEM) based fluid-solid coupling, an integrated geological-engineering method of volume fracturing for fan-shaped well pattern is proposed considering the geomechanical modeling, induced stress calculation, hydraulic fracturing simulation, and post-frac productivity evaluation. Besides, we propose the differential fracturing design for the conventional productivity-area and the potential production area for fan-shaped horizontal wells. After the fracturing of the conventional production area for H1 fan-shaped well platform, the research shows that the maximum reduction of the horizontal principal stress difference in the potential productivity-area is 0.2 MPa, which cannot cause the stress reversal, but this reduction is still conducive to the lateral propagation of hydraulic fractures. According to the optimized fracturing design, in zone-Ⅰ of the potential production area, only Well 2 is fractured, with a cluster spacing of 30 m and an injection rate of 12 m^(3)/min per stage;in zone-Ⅱ, Well 2 is fractured before Well 3, with a cluster spacing of 30 m and an injection rate of 12 m^(3)/min per stage. The swept area of the pore pressure drop in the potential production area is small, showing that the reservoir is not well developed. The hydraulic fracturing in the toe area can be improved by, for example, properly densifying the fractures and adjusting the fracture distribution, in order to enhance the swept volume and increase the reservoir utilization.

关键词： shale oil fan-shaped well pattern horizontal well geological model hydraulic fracturing productivity evaluation integrated geological-engineering design

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A hydraulic fracture height mathematical model considering the influence of plastic region at fracture tip

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Petroleum Exploration and Development 2020年第1期47卷 184-195页

作者： LI Yuwei LONG Min tang jizhou CHEN Mian FU Xiaofei School of Petroleum Engineering Northeast Petroleum UniversityDaqing 163318China School of Engineering and Applied Sciences Harvard UniversityCambridge 02138USA School of Petroleum Engineering China University of PetroleumBeijing 102249China

To predict fracture height in hydraulic fracturing, we developed and solved a hydraulic fracture height mathematical model aiming at high stress and multi-layered complex formations based on studying the effect of plastic region generated by stress concentration at fracture tip on the growth of fracture height. Moreover, we compared the results from this model with results from two other fracture height prediction models(MFEH, Frac Pro) to verify the accuracy of the model. Sensitivity analysis by case computation of the model shows that the hydraulic fracture growth in ladder pattern, and the larger the fracture height, the more obvious the ladder growth pattern is. Fracture height growth is mainly influenced by the in-situ stresses. Fracture toughness of rock can prohibit the growth of fracture height to some extent. Moreover, the increase of fracturing fluid density can facilitate the propagation of the lower fracture tip.

关键词： hydraulic fracturing fracture height plastic region at fracture tip fracture toughness multi-layered formation with high in-situ stresses

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扇形井网体积压裂地质工程一体化参数优化方法

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石油勘探与开发 2023年第4期50卷 845-852页

作者：汤继周王小华杜现飞马兵张丰收同济大学海洋与地球科学学院上海200092 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院西安710021

根据扇形井网趾端和跟端井距差异性,结合位错理论、离散格子法和有限元流固耦合理论,建立考虑地质力学建模、诱导应力计算、水力压裂模拟以及压后产能评价的扇形井网体积压裂地质工程一体化方法,同时提出针对扇形水平井常规产能区和潜... 详细信息

根据扇形井网趾端和跟端井距差异性,结合位错理论、离散格子法和有限元流固耦合理论,建立考虑地质力学建模、诱导应力计算、水力压裂模拟以及压后产能评价的扇形井网体积压裂地质工程一体化方法,同时提出针对扇形水平井常规产能区和潜在产能区进行差异化压裂设计的思路。研究表明,对于研究的H1扇形井平台,先压裂常规产能区后,潜在产能区水平主应力差的最大降低幅度为0.2 MPa,无法引发应力反转,但应力差的降低,仍有利于水力裂缝的横向扩展。潜在产能区中Ⅰ区井段的压裂优化方案为只压裂2号井,簇间距30 m,单段排量12 m^(3)/min;Ⅱ区井段压裂优化方案为先压2号井,后压3号井,簇间距为30 m,单段排量为12 m^(3)/min。潜在产能区孔隙压降波及面积小,储集层动用程度低,可提高趾端区域的水力压裂改造强度,例如适当加密布缝、调整布缝结构,以扩大波及体积、提高动用程度。

关键词：页岩油扇形井网水平井地质模型水力压裂产能评价地质工程一体化

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基于球缝模型优化反演的裂缝储层评价新方法

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地球物理学报 2022年第4期65卷 1451-1460页

作者：刘诗琼石强汤继周刘堂晏赵文君陈鹏西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 中国石油勘探开发研究院北京100083

裂缝型储层评价是复杂油气田评价的难题之一,而且,针对裂缝型储层的勘探需求也在日益增加.本文将裂缝型储层中的裂缝归纳为裂缝与孔隙两个基本类型,然后,叠加裂缝与孔隙,在不同尺寸的配置关系下形成球缝模型.根据球缝模型提出孔隙结构... 详细信息

裂缝型储层评价是复杂油气田评价的难题之一,而且,针对裂缝型储层的勘探需求也在日益增加.本文将裂缝型储层中的裂缝归纳为裂缝与孔隙两个基本类型,然后,叠加裂缝与孔隙,在不同尺寸的配置关系下形成球缝模型.根据球缝模型提出孔隙结构参数的寻优方法,结合现有的反演算法,形成针对核磁测井回波的优化反演算法,基于优化反演结果可获取裂缝均值宽度、孔隙半径、分选系数、峰态和其他孔隙结构参数.对比分析孔隙结构参数与储层品质因子及油气产量之间的关系,可以发现孔隙结构参数与储层品质因子具有很好的相关性,与储层测试产量也有良好的相关性.对比结果说明,基于球缝模型反演的储层孔隙结构参数,对于裂缝型储层的物性具有很好的刻画效果.因此,本文的研究成果对于提高裂缝型储层的评价质量具有潜在的应用前景.

关键词：裂缝储层核磁共振测井评价孔隙结构储层物性回波反演

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陆相页岩储层水平井无限级压裂工艺优化

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岩石力学与工程学报 2023年第9期42卷 2096-2108页

作者：汤继周张卓张丰收李玉伟刘堂晏同济大学海洋与地球科学学院上海200092 同济大学海洋地质国家重点实验室上海201306 同济大学土木工程学院上海200092 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036 东北石油大学非常规油气研究院黑龙江大庆163318

相较于传统压裂工艺,新型无限级滑套压裂技术在非常规储层改造上已被证实具有诸多优势,包括层级改造均匀和级数不受限制。然而,基于此压裂工艺的裂缝扩展和诱导应力分布的主控因素仍未厘清。为此,以陆相页岩储层为例,基于离散格子法建... 详细信息

相较于传统压裂工艺,新型无限级滑套压裂技术在非常规储层改造上已被证实具有诸多优势,包括层级改造均匀和级数不受限制。然而,基于此压裂工艺的裂缝扩展和诱导应力分布的主控因素仍未厘清。为此,以陆相页岩储层为例,基于离散格子法建立多裂缝扩展模型。通过对比射孔压裂与无限级压裂在不同页岩岩性、层理参数、压裂施工参数下的裂缝形态,针对无限级压裂的裂缝扩展规律展开定性与定量分析。结果表明,复杂岩性、发育的层理弱面以及应力阴影效应是造成射孔分段压裂各级裂缝扩展不均的主要原因。相较之下,无限级压裂不仅能克服陆相页岩储层的层理缝影响,还能形成更多有效裂缝、更均匀的单簇裂缝改造体积。此工艺的改造效果受储层岩性、分簇设计、施工排量及起始簇几何尺寸影响。当簇间距过大、排量过高、起始簇半径过大时,无限级压裂的改造效果变差。2种压裂工艺所产生的沿井筒方向诱导应力场分布也不同,无限级压裂形成的裂缝诱导应力场会叠加进而影响后续压裂作业。研究成果可为我国陆相页岩储层压裂工艺优化提供理论支撑与技术指导。

关键词：岩石力学陆相页岩层理弱面压裂工艺离散格子方法诱导应力

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考虑裂尖塑性区影响的水力压裂缝高计算模型

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石油勘探与开发 2020年第1期47卷 175-185页

作者：李玉伟龙敏汤继周陈勉付晓飞东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163318 School of Engineering and Applied Sciences Harvard UniversityCambridge 02138USA 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

为了对水力压裂裂缝高度进行准确预测,针对高应力多分层的复杂地层,基于断裂力学理论分析裂缝扩展过程中裂缝尖端应力集中产生的塑性区分布对缝高扩展的影响,建立水力压裂缝高计算模型并进行求解,通过与其他2种缝高模型(MFEH、FracPro)... 详细信息

为了对水力压裂裂缝高度进行准确预测,针对高应力多分层的复杂地层,基于断裂力学理论分析裂缝扩展过程中裂缝尖端应力集中产生的塑性区分布对缝高扩展的影响,建立水力压裂缝高计算模型并进行求解,通过与其他2种缝高模型(MFEH、FracPro)计算结果进行对比以验证该模型的准确性。模型实例计算的敏感性分析表明:水力压裂的缝高会呈现阶梯生长的扩展形态,且裂缝缝高越大,阶梯生长的现象越明显;地应力对裂缝缝高的生长起主要的控制作用,地层岩石断裂韧性只在一定程度上对缝高生长有抑制作用;压裂液密度的增大有利于裂缝下尖端的扩展。

关键词：水力压裂裂缝高度裂尖塑性区断裂韧性高应力多分层地层

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一种大规模稀疏中国邮递员问题快速求解方法

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吉林大学学报（理学版） 2024年第2期62卷 311-319页

作者：唐继州何丽莉白洪涛吉林大学计算机科学与技术学院长春130012

针对现有中国邮递员问题求解方法在大规模稀疏路网图上求解效率的瓶颈,提出一种在可接受时间范围内求得可行解的基于蚁群优化的快速求解方法.该方法针对Euler回路求解的奇偶点图上作业法的第二阶段,采用蚁群算法进行求解,同时根据大规... 详细信息

针对现有中国邮递员问题求解方法在大规模稀疏路网图上求解效率的瓶颈,提出一种在可接受时间范围内求得可行解的基于蚁群优化的快速求解方法.该方法针对Euler回路求解的奇偶点图上作业法的第二阶段,采用蚁群算法进行求解,同时根据大规模稀疏路网图的特性基于密度峰值聚类算法对方法进行改进:首先在蚁群算法求解前对大规模稀疏路网图进行聚类分割;其次根据邻近节点覆盖率对分割后的节点群进行合并;最后通过改变部分节点所属聚类使各节点群内部节点个数均为偶数.实验结果表明:在奇偶点图上作业法所能支持的节点规模下,该方法可求得与确定性算法相同的最优解,并在运算时间上达到约10倍的效率优化;且该方法在大规模稀疏路网图下可有效提高计算效率,并在可控时间范围内得到优化的可行解,针对5000个节点规模的路网图最快可在60 s内完成求解.

关键词：中国邮递员问题蚁群优化密度峰值聚类 Euler图

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基于物理信息约束的页岩油储层可压性评价新方法

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煤田地质与勘探 2023年第10期51卷 37-51页

作者：李玉伟李子健邵力飞田福春汤继周东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163318 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000 中国石油大港油田分公司石油工程研究院天津300280 同济大学海洋与地球科学学院上海200092

储层可压性的准确评价是储层压裂设计和压后产能评估的重要前提。目前,采用岩石力学参数进行页岩可压裂性评价取得了较好的现场应用效果。因此,如何准确获取岩石力学参数成为至关重要的问题。通过建立一种基于物理信息约束的神经网络模... 详细信息

储层可压性的准确评价是储层压裂设计和压后产能评估的重要前提。目前,采用岩石力学参数进行页岩可压裂性评价取得了较好的现场应用效果。因此,如何准确获取岩石力学参数成为至关重要的问题。通过建立一种基于物理信息约束的神经网络模型,该模型采用物理和数据双驱动,仅使用少量数据就能够实现岩石力学参数的准确预测。为验证模型性能的优异性,采用人工神经网络、随机森林和XGBoost模型与之进行对比。结果表明,物理信息约束的神经网络在少量数据下预测岩石力学参数的平均准确率高于95%,性能远优于其他模型。采用物理信息约束的神经网络预测得到弹性模量、泊松比、抗拉强度和断裂韧性4种岩石力学参数,基于岩石力学参数对储层可压性的影响,建立了基于脆性指数和力学参数的可压性评价方法。最后,以渤海湾盆地沧东凹陷K2段不同储层可压性为例进行验证。结果表明:研究区整体可压性较好,其中,纹层状混合质页岩可压裂指数高于0.7,可压性良好;纹层状长英质页岩、厚层状灰云质页岩和薄层灰云质页岩可压裂指数均处在0.4~0.7,可压性中等。评价结果与实际施工现场各储层日采油量进行对比,证实了可压性智能评价方法的可靠性,该方法可以推广至页岩储层可压性评价工作中。

关键词：页岩油储层岩石力学参数可压性机器学习物理信息约束

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中国页岩油革命值得关注的十个问题

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石油学报 2023年第12期44卷 2007-2019页

作者：孙龙德刘合朱如凯崔宝文雷征东孟思炜汤继周多资源协同陆相页岩油绿色开采全国重点实验室黑龙江大庆163712 中国石油天然气集团有限公司咨询中心北京100724 中国石油勘探开发研究院北京100083 大庆油田有限责任公司黑龙江大庆163712 同济大学上海200092

基于对美国页岩革命的历程及中国陆相盆地与美国海相盆地页岩油地质、工程特征差异性的分析,提出了中国陆相页岩油革命值得关注的10个问题,包括美国页岩油与致密油术语的使用及演化、美国页岩油/致密油的发展历程、页岩革命的提出与内... 详细信息

基于对美国页岩革命的历程及中国陆相盆地与美国海相盆地页岩油地质、工程特征差异性的分析,提出了中国陆相页岩油革命值得关注的10个问题,包括美国页岩油与致密油术语的使用及演化、美国页岩油/致密油的发展历程、页岩革命的提出与内涵、美国页岩革命成功可借鉴的体制机制经验、美国页岩油工作模式、页岩油盈利模式与投资渠道的关系、页岩油产量递减关系、中国页岩油突破的具体时间、页岩油的分类原则与标准和中国陆相页岩油革命。研究认为,北美地区页岩油和致密油的概念在某种程度上是相同的;美国"页岩革命"的核心是提高钻完井效率、降低建井成本、提高单井产量,其工作模式发展阶段主要从井型的变化、水平井水平段长的变化和水力压裂的发展来划分;钻完井数是反映页岩油勘探开发活动的重要指标;页岩油开采的盈利模式与投资渠道关系紧密,美国公司追求尽快收回投资获取利润,普遍采用放压生产模式,产量递减快,生产曲线呈"L"型;在体制机制上,运用市场机制、"油公司+精益化管理"项目运营模式、建立共享开放的数据库等经验值得借鉴。从资源基础、工程技术能力和产量预期来看,中国具备陆相页岩油革命成功的基本条件,全力推进页岩油勘探开发的市场化、技术与管理方式变革,突出页岩油"质的发展与量的突破",切实将资源量转变为储量、将储量转化为效益产量,可以确保页岩油革命取得胜利。

关键词：页岩革命页岩油递减曲线分类标准体制机制

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提高钢包使用寿命的方法

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大型铸锻件 2008年第3期 24-26页

作者：王高宏蔡春唐继周曾文锋武汉重工铸锻有限责任公司湖北430084

改用自流注浇料配以模具整体打结钢包永久层,解决了耐火砖砌筑造成的永久层易损坏、寿命短、成本高等问题,钢包永久层由改造前的平均寿命150炉提高至现在的平均寿命300炉。

关键词：精炼钢包永久层寿命

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