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Sustainable development of unconventional resources: Analysis of the transient linear flow oriented straight-line analysis technique

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Energy Reviews 2024年第1期3卷 49-75页

作者： Dan Xue Liangliang Jiang Zixiang Wei Maojie Chai Jiang Liu Peng Deng Fuhe Lin Jian Li Jiansheng Zhang zhangxing chen Department of Chemical and Petroleum Engineering University of CalgaryCalgaryAlbertaCanada Guangdong University of Petrochemical and Technology MaomingChina School of Mathematics and Data Science Shaanxi University of Science and TechnologyXi'anChina Department of Energy and Power Engineering Tsinghua UniversityBeijingChina Eastern Institute for Advanced Study NingboChina China University of Petroleum(Beijing) BeijingChina

On the backdrop of dwindling conventional reserves,unconventional reservoirs have emerged as a pivotal chapter in resource *** their challenges,such as low permeability,complex fluid storage,and flow mechanisms,hydraulic fracturing technology has underpinned the development of unconventional ***,this has brought about a shift in the sequence of flow regimes,e.g.,the transient radial flow regime has been largely shortened by the lengthy transient linear flow regime due to the low permeability of unconventional ***,straight-line analysis(SLA),the simplest technique in rate transient analysis(RTA),is a fundamental and potent tool for swiftly extracting reservoir and hydraulic fracture information,estimating oil and gas reserves,and furnishing crucial initial data for subsequent historical matching ***,there is currently a dearth of review papers pertaining to a necessary guide of applying SLA in various transient linear flow(TLF)regimes and different unconventional ***,this paper commences by elucidating the classification of TLF regimes,commonly used methods for recognizing flow regimes,and the diverse SLA methods used for different TLF ***,it delves into a discussion of different modification techniques for variable rate/flowing pressure,gas phase,complex reservoir characteristics in unconventional reservoirs,and dynamic drainage area concepts ***,the application of SLA in specific domains,namely core analysis and the flowback period,is *** culminates by surveying the advancements through an integration of novel technologies to enhance estimation *** paper also highlights certain drawbacks of current SLA technology and proposes new research ***,this paper would serve as an indispensable resource,offering foundational knowledge for the application of SLA in TLF to promote the production of global unconventional resources in a c

关键词： Unconventional reservoirs Straight-line analysis(SLA) Transient linear flow(TLF) Oil/gas reserves Hydraulic fracture information

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液桥的动态界面特性对液-液自发渗吸的影响研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1163-1177页

作者：张晟庭李靖陈掌星毕然强壮吴克柳王子怡中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室北京102249 卡尔加里大学化学与石油工程系加拿大阿尔伯塔T2N1N4 中国石油勘探开发研究院北京100083

在自然界和工业应用中,多孔介质中的多相流动现象普遍存在,如地下水流动、油气开采、非饱和颗粒材料等.在这些过程中,液桥的存在对多相流动产生显著影响.基于改进的液-液自发渗吸理论模型及改进流-固作用力格式的两组分Shan-chen模型,... 详细信息

在自然界和工业应用中,多孔介质中的多相流动现象普遍存在,如地下水流动、油气开采、非饱和颗粒材料等.在这些过程中,液桥的存在对多相流动产生显著影响.基于改进的液-液自发渗吸理论模型及改进流-固作用力格式的两组分Shan-chen模型,研究了液桥的存在对毛细管内液-液自发渗吸的影响.结果表明:与不含液桥的渗吸过程相比,液桥的存在使得毛细管内产生3个界面,显著增大了系统的动态接触角,降低自发渗吸速度.随着润湿性的增强,液桥的存在使得界面动态变化特性增强的幅度更大.当液桥的黏度小于非润湿流体的黏度时,整个系统的动态接触角随着渗吸长度的增加而增强;若二者黏度相等,整个系统的动态接触角为一稳定值;而当液桥的黏度更大时,整个系统的动态接触角随着渗吸的进行逐渐减小.将模拟获得的实时动态接触角纳入至渗吸理论中,可以改善由液桥界面动态变化导致的渗吸长度的理论值与模拟结果间存在的偏差,并得到与模拟基本一致的结果.文章还利用模拟数据,系统地评价了Cox-Voinov模型对含有液桥以及不含液桥体系的渗吸过程中的界面动态变化特性及渗吸长度预测能力.

关键词：液-液自发渗吸格子Boltzmann方法液桥动态接触角两相流

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一类基于不可压缩流体方程及其耦合问题的深度学习方法研究

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计算数学 2024年第2期46卷 232-252页

作者：李剑张文岳靖彭珂依陈掌星陕西科技大学数学与数据科学学院西安710021 陕西科技大学电气与控制工程学院西安710021 宁夏大学数学统计学院银川750021 卡尔加里大学化学与石油工程学院卡尔加里T4B2Z8加拿大

本文通过实现深度前馈人工神经网络求解不可压缩流体偏微分方程,基于方程残差、初边值条件构造合适的损失函数和深度学习求解算法.与传统数值方法相比,该方法只需在内部、边界和初始时刻随机生成样本点作为训练集,因此该方法是无网格的... 详细信息

本文通过实现深度前馈人工神经网络求解不可压缩流体偏微分方程,基于方程残差、初边值条件构造合适的损失函数和深度学习求解算法.与传统数值方法相比,该方法只需在内部、边界和初始时刻随机生成样本点作为训练集,因此该方法是无网格的,并且各物理场变量之间并行求解,便于分析复杂多物理场耦合模型中物理量的变化规律.收敛性分析在统一框架下为深度学习方法求解此类不可压缩流体偏微分方程提供了理论支撑,通过求解一类非定常Stokes方程,一类粘性Boussinesq方程和一类Navier-Stokes/Darcy耦合方程说明此方法可以有效求解不可压缩流体偏微分方程并且具有较好的精度.

关键词：偏微分方程深度学习 Stokes方程 Boussinesq方程 Navier-Stokes/Darcy方程

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胆碱基DES在EOR及CCUS中的应用与展望

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西南石油大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 66-76页

作者：白佳佳陈掌星康毅力陈明君陶磊常州大学石油工程学院江苏常州213164 加拿大卡尔加里大学化学与石油工程系卡尔加里T2N1N4 东方理工高等研究院浙江宁波315200 油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学四川成都610500

深共晶溶剂(Deep Eutectic Solvent,DES)具有低饱和蒸气压、不易燃、不易爆、无毒、易降解、电化学和热稳定性好等优点。DES具有很好的表面活性,DES中的氢键网络与阴、阳离子表面活性剂具有很好的协同驱油作用。关于DES与常用表面活性... 详细信息

深共晶溶剂(Deep Eutectic Solvent,DES)具有低饱和蒸气压、不易燃、不易爆、无毒、易降解、电化学和热稳定性好等优点。DES具有很好的表面活性,DES中的氢键网络与阴、阳离子表面活性剂具有很好的协同驱油作用。关于DES与常用表面活性剂的协同作用研究尚处于起步阶段,二者复配体系提高采收率(Enhanced Oil Recovery,EOR)机理尚不明确。在全面分析归纳总结胆碱基DES物理化学性质的基础上,探究了DES及其与阴或阳离子表面活性剂复配体系EOR机理,揭示了DES吸收二氧化碳机理,提出了DES在稠油油藏、低渗透油藏EOR以及碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)中的应用建议。研究结果对DES在EOR和CCUS的应用推广具有重要的指导意义。

关键词：氯化胆碱基深共晶溶剂化学驱氢键提高采收率碳捕集、利用与封存

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拉挤工艺单向玻纤复合材料的疲劳衰减特性

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 62-71页

作者：何家鹏张津毓陈章兴刘超王仲昌周国伟李大永上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 江苏神马电力股份有限公司国家能源电力绝缘复合材料重点实验室江苏南通226553 清华大学航天航空学院北京100084 中国长江电力股份有限公司三峡梯调昆明调控部云南昆明650000 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

拉挤工艺制备的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)由于其良好的电气、力学性能被广泛运用于特高压输电工程,其中动态载荷作用下的性质研究是其应用的基础。文中通过开展沿纤维方向的静载实验和疲劳实验,建立了基于S-N曲线和分段线性等寿命图... 详细信息

拉挤工艺制备的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)由于其良好的电气、力学性能被广泛运用于特高压输电工程,其中动态载荷作用下的性质研究是其应用的基础。文中通过开展沿纤维方向的静载实验和疲劳实验,建立了基于S-N曲线和分段线性等寿命图的疲劳寿命预测方法;根据不同应力比下刚度退化规律,提出了基于改进三角函数形式的损伤累积模型,准确描述了拉-拉和拉-压疲劳载荷下的材料非线性刚度退化规律;建立了剩余刚度-剩余强度关联模型,实现了疲劳载荷下强度性能衰减的准确预测。结果表明,GFRP在拉-拉和拉-压疲劳下具有显著不同的刚度退化规律,文中所提出的模型可准确预测两种条件下的剩余强度;而压-压疲劳载荷下,刚度退化曲线存在两种显著不同的模式;同时,剩余强度结果表明,前70%疲劳寿命内材料强度可能并不会发生明显退化。文中建立的针对拉挤GFRP在不同疲劳加载下剩余强度与剩余刚度的预测模型,为GFRP耐久性设计提供了指导。

关键词：玻璃纤维增强复合材料 S-N曲线等寿命图疲劳寿命预测刚度退化剩余强度预测

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A systemic review of hydrogen supply chain in energy transition

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Frontiers in Energy 2023年第1期17卷 102-122页

作者： Haoming MA Zhe SUN Zhenqian XUE Chi ZHANG zhangxing chen Department of Chemical and Petroleum Engineering University of CalgaryCalgaryAB T2N 1N4Canada

Targeting the net-zero emission(NZE)by 2050,the hydrogen industry is drastically developing in recent ***,the technologies of hydrogen upstream production,midstream transportation and storage,and downstream utilization are facing *** this paper,the development of hydrogen industry from the production,transportation and storage,and sustainable economic development perspectives were *** current challenges and future outlooks were summarized *** the upstream,blue hydrogen is dominating the current hydrogen supply,and an implementation of carbon capture and sequestration(CCS)can raise its cost by 30%.To achieve an economic feasibility,green hydrogen needs to reduce its cost by 75%to approximately 2$/kg at the large *** research progress in the midterm sector is still in a preliminary stage,where experimental and theoretical investigations need to be conducted in addressing the impact of embrittlement,contamination,and flammability so that they could provide a solid support for material selection and largescale feasibility *** the downstream utilization,blue hydrogen will be used in producing value-added chemicals in the *** the long-term,green hydrogen will dominate the market owing to its high energy intensity and zero carbon intensity which provides a promising option for energy *** in the hydrogen industry require a comprehensive understanding of their economic and environmental benefits over the whole life cycle in supporting operators and policymakers.

关键词： hydrogen production hydrogen transportation and storage hydrogen economy carbon capture and sequestration(CCS) technology assessment

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致密砂岩气藏注CO_(2)提高天然气采收率微观机理

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天然气工业 2024年第4期44卷 135-145页

作者：朱清源吴克柳张晟庭程诗颖王田多奕刘琦琦李靖陈掌星油气资源与探测国家重点实验室•中国石油大学(北京) 卡尔加里大学化学与石油工程系

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO_(2)是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO_(2)驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导... 详细信息

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO_(2)是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO_(2)驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO_(2)-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO_(2)-EGR的微观渗流机理,并明确了CO_(2)-EGR的主控因素。研究结果表明:①驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;②CO_(2)-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO_(2)-CH_(4)的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;③注入的CO_(2)可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH_(4)良好的混相能力能促进沟通分散气泡,微观驱气效率可达42%~94%;④含水饱和度、孔隙结构和驱动压差显著影响微观驱气的作用机制和驱气效率的改善幅度。结论认为,在进行致密砂岩气CO_(2)-EGR的方案设计时,可优先考虑中—低含水饱和度的区块作为试验靶区,并根据靶区储层孔隙结构特征,优化不同注气阶段的注采参数,可充分发挥CO_(2)对CH_(4)的黏性驱替和混相扩散作用。

关键词：致密砂岩气藏注CO_(2)提高气藏采收率格子玻尔兹曼微观驱气效率孔隙尺度多相多组分

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孔隙型碳酸盐岩油藏储层微观孔隙结构定量表征及驱油效果评价

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油气地质与采收率 2024年第2期31卷 96-107页

作者：王牧原李勇吴克柳陈掌星李靖冯东朱清源郭世强中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油勘探开发研究院北京100083 卡尔加里大学化学与石油工程系加拿大阿尔伯塔T2N1N4

孔隙型碳酸盐岩储层非均质性强且孔隙类型多样,水驱采出程度差异较大,其主控因素尚不明确。基于孔喉频度分布曲线定性分类了储层微观孔隙结构,通过数字岩心技术建立了微观孔隙结构定量表征的方法,明确了中东某地区孔隙型碳酸盐岩孔喉特... 详细信息

孔隙型碳酸盐岩储层非均质性强且孔隙类型多样,水驱采出程度差异较大,其主控因素尚不明确。基于孔喉频度分布曲线定性分类了储层微观孔隙结构,通过数字岩心技术建立了微观孔隙结构定量表征的方法,明确了中东某地区孔隙型碳酸盐岩孔喉特征,并开展水驱油室内物理实验,阐明了不同类型岩心采出程度差异及其主控因素。结果表明:①研究区储层微观孔隙结构可分为偏粗单峰型、偏细单峰型Ⅰ、偏细单峰型Ⅱ、偏粗双峰型及多峰型,储集性能与岩心均质性无显著关系,非单峰型的单相渗流能力优于单峰型,且单峰型随岩心均质性增强,单相渗流能力变差。②非单峰型的平均配位数和平均孔喉比均高于单峰型,且单峰型随着岩心均质性的增强,平均配位数和平均孔喉比降低。所有类型随喉道半径增加,孔喉比上限呈下降趋势;随孔隙半径增加,配位数上限呈指数型上升。③宏观上,岩心均质性为驱油效率主控因素;微观上,非单峰型在大孔喉处的高连通性以及小孔喉处的大孔喉比是导致其驱油效率显著低于单峰型的根本原因,且孔喉尺寸是单峰型驱油效率的重要影响因素。

关键词：孔隙型碳酸盐岩油藏微观孔隙结构数字岩心定量表征驱油效率

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Mathematical model of dynamic imbibition in nanoporous reservoirs

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Petroleum Exploration and Development 2022年第1期49卷 170-178页

作者： TIAN Weibing WU Keliu chen zhangxing LEI Zhengdong GAO Yanling LI Jing China State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of Petroleum(Beijing)Beijing 102249China Department of Chemical and Petroleum Engineering University of CalgaryAlberta T2N 1N4Canada PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development Beijing 100083China

The oil-water imbibition equation in the nano-scale pores considering the dynamic contact angle effect, nanoconfinement effect, inertia effect, and inlet end effect was established, and the relation between the friction coefficient of solid-oil-water three-phase contact line and the fluid viscosity in the interface zone was derived. In combination with the capillary bundle model and the lognormal distribution theory, the imbibition model of tight core was obtained and key parameters affecting imbibition dynamics were analyzed. The study shows that in the process of nanopore imbibition, the dynamic contact angle effect has the most significant impact on the imbibition, followed by nanoconfinement effect(multilayer sticking effect and slippage effect), and the inertia effect and inlet end effect have the least impact;in the initial stage of imbibition, the effect of inertial force decreases, and the effect of contact line friction increases, so the dynamic contact angle gradually increases from the initial equilibrium contact angle to the maximum and then remains basically stable;in the later stage of imbibition,the effect of contact line friction decreases, and the contact angle gradually decreases from the maximum dynamic contact angle and approaches the initial equilibrium contact angle;as the pore radius decreases, the dynamic contact angle effect increases in the initial stage of imbibition and decreases in the later stage of imbibition;as the oil-water interfacial tension increases, the imbibition power increases, and the dynamic contact angle effect increases;there is a critical value for the influence of interfacial tension on the imbibition dynamics. In improving oil recovery by imbibition in tight oil reservoir, interfacial tension too low cannot achieve good imbibition effect, and the best interfacial tension needs to be obtained through optimization.

关键词： tight reservoir nanopore capillary imbibition model imbibition dynamics influencing factors

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Comparison of machine learning methods for estimating permeability and porosity of oil reservoirs via petro-physical logs

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Petroleum 2019年第3期5卷 271-284页

作者： Mohammad Ali Ahmadi zhangxing chen Department of Chemical and Petroleum Engineering University of CalgaryCalgaryCanada

This paper deals with the comparison of models for predicting porosity and permeability of oil reservoirs by coupling a machine learning concept and petrophysical *** machine learning methods including conventional artificial neural network,genetic algorithm,fuzzy decision tree,the imperialist competitive algorithm(ICA),particle swarm optimization(PSO),and a hybrid of those ones are employed to have a comprehensive *** machine learning approach was constructed and tested via data samples recorded from northern Persian Gulf oil *** results gained from the machine learning models used in this paper are compared to the relevant real petrophysical data and the outputs achieved by other methods employed in our previous *** average relative absolute deviation between the approach estimations and the relevant actual data is found to be less than 1%for the hybridized *** results reported in this paper indicate that implication of hybridized machine learning methods in porosity and permeability estimations can lead to the construction of more reliable static reservoir models in simulation plans.

关键词： Machine learning Neural network Support vector machine Porosity Permeability Well logs Petro-physic

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