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Fracture development during disposal of hazardous drilling cuttings by deep underground injection: A review

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2022年第5期14卷 1652-1670页

作者： Shuai Zhang yongcun feng Bin Li Jingen Deng Tie Geng Jincai Zhang College of Petroleum Engineering China University of PetroleumBejing102249China State Key Laboratory of Petroleum Resources and and Prospecting China University of PetroleumBeijing102200China Oilflied Chemicals Division China Oilfield Services LimitedLangfang065201China Sinopec Tech Houston HoustonTXUSA

Drilling fluids with complicated compositions are becoming more common as the oil and gas industry develops. The production of hazardous cuttings is increasing, which not only stifles the oil and gas industry’s development but also poses a severe environmental threat. Deep underground re-injection is a cost-effective and efficient method for dealing with hazardous cuttings. Numerous experiments and numerical studies on cuttings re-injection have been conducted in the past thirty years. However, there is still a divergence of views on the fracture development in the process of cuttings re-injection. A comprehensive review of existing studies is necessary to help researchers advance this technology. This paper provides a review of the fundamental studies on fracture behaviors during the deep underground re-injection of drilling cuttings. The limitations of the existing studies are also discussed to inspire new research endeavors.

关键词： Hazardous drilling cuttings Cuttings disposal Cuttings re-injection Fracture development Multiple fractures

Borehole stability in naturally fractured rocks with drilling mud intrusion and associated fracture strength weakening:A coupled DFN-DEM approach

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第5期16卷 1565-1581页

作者： Yaoran Wei yongcun feng Zhenlai Tan Tianyu Yang Xiaorong Li Zhiyue Dai Jingen Deng College of Petroleum Engineering China University of Petroleum (Beijing)Beijing102249China State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of Petroleum (Beijing)Beijing102249China College of Safety and Ocean Engineering China University of PetroleumBeijing102249China

Borehole instability in naturally fractured rocks poses significant challenges to *** mud invades the surrounding formations through natural fractures under the difference between the wellbore pressure(P w)and pore pressure(P p)during drilling,which may cause wellbore ***,the weakening of fracture strength due to mud intrusion is not considered in most existing borehole stability analyses,which may yield significant errors and misleading *** addition,only limited factors were analyzed,and the fracture distribution was *** this paper,the impacts of mud intrusion and associated fracture strength weakening on borehole stability in fractured rocks under both isotropic and anisotropic stress states are investigated using a coupled DEM(distinct element method)and DFN(discrete fracture network)*** provides estimates of the effect of fracture strength weakening,wellbore pressure,in situ stresses,and sealing efficiency on borehole *** results show that mud intrusion and weakening of fracture strength can damage the *** is demonstrated by the large displacement around the borehole,shear displacement on natural fractures,and the generation of fracture at shear *** intrusion reduces the shear strength of the fracture surface and leads to shear failure,which explains that the increase in mud weight may worsen borehole stability during overbalanced drilling in fractured formations.A higher in situ stress anisotropy exerts a significant influence on the mechanism of shear failure distribution around the ***,the effect of sealing natural fractures on maintaining borehole stability is verified in this study,and the increase in sealing efficiency reduces the radial invasion distance of drilling *** study provides a directly quantitative prediction method of borehole instability in naturally fractured formations,which can consider the discrete fracture network,mud intrusion,and as

关键词： Borehole stability Naturally fractured rocks Weakening of fracture strength Discrete fracture network Distinct element method

Simultaneously improving ROP and maintaining wellbore stability in shale gas well:A case study of Luzhou shale gas reservoirs

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Rock Mechanics Bulletin

Rock Mechanics Bulletin 2024年第3期3卷 91-103页

作者： Yaoran Wei yongcun feng Zhenlai Tan Tianyu Yang Shuang Yan Xiaorong Li Jingen Deng National Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering China University of PetroleumBeijing102249China College of Petroleum Engineering China University of PetroleumBeijing102249China College of Safety and Ocean Engineering China University of PetroleumBeijing102249China

The ROP(rate of penetration)within the horizontal section of shale gas wells in the Luzhou oil field is low,seriously delaying the exploration and development *** is proved that reducing mud density mitigates the bottom-hole differential pressure(ΔP)and increases the ROP during overbalanced ***,wellbore collapse may occur when wellbore pressure is excessively *** is urgent to ascertain the optimal equilibrium point between improving ROP and maintaining wellbore *** safe mud weight window and the lower limit of mud density in the horizontal section of the Luzhou block are predicted using the piecewise fitting method based on conventional logging ***,the accuracy of the collapse pressure prediction was verified using the distinct element method(DEM),and the effect of wellbore pressure,in-situ stress,rock cohesion,and natural fracture density on borehole collapse was ***,a fitting model ofΔP and ROP of the horizontal section in the Luzhou block is established to predict ROP promotion potential after mud density *** field application of this approach,demonstrated in 8 horizontal wells in the Luzhou block,effectively validates the efficiency of reducing mud density for ROP *** study provides a useful method for simultaneously improving ROP and maintaining wellbore stability and offers significant insights for petroleum engineers in the design of drilling parameters.

关键词： Shale gas reservoirs ROP improvement Wellbore stability ROP promotion potential DEM

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铁尾矿微粉矿物掺合料技术性能研究

混凝土 2016年第5期 59-61,65页

作者：宋少民冯永存北京建筑大学北京市绿色建筑与节能技术重点实验室北京100044

为确定铁尾矿微粉作为混凝土矿物掺合料的技术控制要点及其混凝土性能。针对铁尾矿微粉的细度和亚甲蓝值这两个技术指标,进行胶砂和混凝土的流动性和强度试验研究。在此基础上优选技术参数,研究不同等级铁尾矿微粉与矿渣双掺混凝土的强... 详细信息

为确定铁尾矿微粉作为混凝土矿物掺合料的技术控制要点及其混凝土性能。针对铁尾矿微粉的细度和亚甲蓝值这两个技术指标,进行胶砂和混凝土的流动性和强度试验研究。在此基础上优选技术参数,研究不同等级铁尾矿微粉与矿渣双掺混凝土的强度增长规律。试验结果表明:随着铁尾矿微粉颗粒粒径和亚甲蓝值的增大,其各方面性能都呈劣化趋势。当比表面积高于500 m^2/kg,亚甲蓝值控制在不高于0.5时,即可满足胶砂和混凝土拌合物的工作性能,又能够满足混凝土强度要求。长期强度发展规律表明铁尾矿微粉宜与矿渣双掺,对混凝土长期强度增长有利。

关键词：铁尾矿微粉混凝土矿物掺合料细度亚甲蓝值

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刚性颗粒封堵裂缝地层漏失机制数值模拟

天然气工业 2021年第7期41卷 93-100页

作者：冯永存马成云楚明明钟毅邓金根中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京市102249 中国石油大学(北京)石油工程学院

漏失裂缝封堵机理至今未得到全面地认识,以致于漏失裂缝封堵问题一直困扰着钻井工程界。为了提高对漏失裂缝堵漏的效率,基于CFD-DEM数值理论,利用Fluent-EDEM软件建立了漏失裂缝封堵模型,研究了堵漏颗粒粒径、浓度、粒度级配以及裂缝形... 详细信息

漏失裂缝封堵机理至今未得到全面地认识,以致于漏失裂缝封堵问题一直困扰着钻井工程界。为了提高对漏失裂缝堵漏的效率,基于CFD-DEM数值理论,利用Fluent-EDEM软件建立了漏失裂缝封堵模型,研究了堵漏颗粒粒径、浓度、粒度级配以及裂缝形态等参数对漏失裂缝封堵效率的影响规律,揭示了漏失裂缝封堵机理。研究结果表明:①“桥堵”效率是决定漏失裂缝封堵效率的根本因素,恰当地利用堵漏颗粒摩擦系数、尺寸及级配关系有助于提高漏失裂缝封堵效率,摩擦系数越大越有利于颗粒在漏失裂缝中形成桥堵,裂缝中弯折角会增加颗粒在漏失裂缝中搭桥的概率;②在一定程度上,漏失裂缝的弯曲度会影响堵漏颗粒在漏失裂缝中的运移特征及“桥堵效率”;③封堵漏失裂缝的堵漏颗粒浓度存在着一个“桥堵窗口”,低于“桥堵窗口”下限,堵漏颗粒不能在裂缝内形成有效的桥堵,而高于“桥堵窗口”上限则堵漏颗粒浓度对桥堵效率影响不大。结论认为,除了颗粒浓度和颗粒级配外,裂缝和颗粒特征参数对颗粒在漏失裂缝中建立高效桥堵的过程是不可忽略的影响因素。

关键词：漏失裂缝桥堵效率堵漏颗粒特征参数摩擦系数裂缝形态 CFD-DEM

非均匀地应力场下水合物储层水平井井周塑性区分布

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第3期53卷 952-962页

作者：赵凯李润森冯永存高伟张振伟窦亮彬毕刚西安石油大学石油工程学院陕西西安710065 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

为研究非均匀地应力场下水合物储层水平井井周塑性区分布,首先,考虑温度变化、渗流作用和水合物分解作用的影响,结合岩石塑性屈服准则,建立了井周塑性区分布分析模型;其次,求解了井周塑性区域的分布;最后,分析了地质因素和工程因素对井... 详细信息

为研究非均匀地应力场下水合物储层水平井井周塑性区分布,首先,考虑温度变化、渗流作用和水合物分解作用的影响,结合岩石塑性屈服准则,建立了井周塑性区分布分析模型;其次,求解了井周塑性区域的分布;最后,分析了地质因素和工程因素对井周塑性区域形状和面积的影响。研究结果表明:非均匀地应力场中井周塑性区形状更复杂,可能出现椭圆形、蝶形和X形等形状,井周塑性区形状主要受地应力非均匀程度及水平井眼方位控制,井眼截面上的应力差较大时塑性区主要为蝶形和X形,应力差较小时主要为椭圆形;塑性区面积主要受地应力非均匀程度、井底温压、井眼方位角、水合物分解区面积及分解后的岩石强度影响;当水合物分解区较小时,影响塑性区面积的主要因素为分解区内岩石强度的弱化程度,水合物分解区面积增大,塑性区面积也增大;而当水合物分解区较大时,影响塑性区面积的主要因素为井周应力,塑性区面积将不再随水合物分解区面积变化而变化。

关键词：非均匀地应力水合物水平井塑性区

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上海世博会浦东临时场馆设计管理工作的思考

建筑施工 2009年第2期31卷 155-157页

作者：冯永存罗晟同济大学经济与管理学院上海200092

设计阶段的项目管理工作是项目管理的关键阶段,通过对2010年上海世博会临时场馆设计管理工作的重点及难点分析,从组织结构设计、设计进度控制和沟通协调机制角度思考总结了世博会设计管理工作。

关键词：上海世博会临时场馆设计管理

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高温高压钻井关键技术发展现状及展望

石油科学通报 2021年第2期6卷 228-244页

作者：罗鸣冯永存桂云邓金根韩城中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中海石油(中国)有限公司湛江分公司湛江524057

随着我国对深层油气资源需求的不断增长,在勘探开发过程中,高温高压地层变的越来越常见,给钻井带来了诸多困难与挑战。高温高压钻井除了要面临高温高压的挑战,还要克服地层压力预测难、井身结构复杂、井控难、钻井液流变性差、机械钻速... 详细信息

随着我国对深层油气资源需求的不断增长,在勘探开发过程中,高温高压地层变的越来越常见,给钻井带来了诸多困难与挑战。高温高压钻井除了要面临高温高压的挑战,还要克服地层压力预测难、井身结构复杂、井控难、钻井液流变性差、机械钻速低、井下工具适应性差等一系列的问题。通过对国内外高温高压钻井技术文献的整理,从地层压力预测、井身结构优化、控压钻井、抗高温钻井液、钻头与高效破岩、随钻测量与导向工具等6个方面对目前高温高压钻井技术的发展进行了总结,并对各个方面的发展做了一定的展望。目前,国内外高温高压钻井关键技术中,高温是最急需解决的问题。对于国内来说,井下175℃是一个坎,许多国内的钻井设备与技术在面临这个温度时都会产生一系列问题,因此,也限制了国内技术的规模化应用,而且与国外的先进水平相比,尚有一定差距。国外高温高压钻井关键技术主要集中在Schlumberger、Halliburton、Baker Hughes、Weatherford等主要石油工程技术公司中,且都已经形成了自己的特色系列产品并进行过一定规模的应用。例如斯伦贝谢公司的自动节流控压钻井系统、威德福公司和雪弗龙公司合作开发的随钻测井技术服务HEX等。总的来说,过去几年高温高压钻井技术得到了快速的发展,取得了很大的成就;但如何实现高温高压井安全高效的钻进,仍是国内外共同需要努力的方向,而且对于高温高压非常规井的钻井技术研究也十分缺乏。因此,国内外仍要加大对高温高压钻井技术的研究力度,特别是国内,应继续跟踪加强研究,以满足日益苛刻的钻井需求。虽然目前的技术能力并不能解决所有问题,但是为今后高温高压钻井技术的发展奠定了良好的基础。

关键词：钻井技术高温高压深层发展现状发展展望

基于ABAQUS的温度对钻井液漏失影响规律

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石油机械 2023年第7期51卷 10-18页

作者：张帅冯永存古臣旺邓金根中国石油大学(北京)石油工程学院

深层油气储层高温、高压、高应力特点给钻井工程带来极大挑战,其中钻井液漏失是常见的钻井复杂工况之一,严重制约其勘探开发进度。为研究在深层钻井过程中温度对钻井液漏失的影响规律,以ABAQUS软件平台为基础,建立了考虑钻井液动态循环... 详细信息

深层油气储层高温、高压、高应力特点给钻井工程带来极大挑战,其中钻井液漏失是常见的钻井复杂工况之一,严重制约其勘探开发进度。为研究在深层钻井过程中温度对钻井液漏失的影响规律,以ABAQUS软件平台为基础,建立了考虑钻井液动态循环的热-流-固全耦合漏失有限元模型,分析了不同钻井液温度条件下的井周应力分布、地层温度场变化、漏失裂缝延伸规律和钻井液漏失规律。研究结果表明:当钻井液温度低于地层温度时,会产生“冷却”效应,导致地层遇冷收缩,井周应力降低;低温循环会降低漏失排量阈值,且相同排量下,低温循环漏失发生得更早。然而,低温钻井液对于地层温度场的影响仅存在于近井区域。短期内,诱导裂缝宽度和长度依然由钻井液排量主导,仅在近井区域的裂缝宽度上表现出了“冷却”效应的影响。建立的热-流-固全耦合模型可以描述动态钻井过程中温度对钻井液漏失规律的影响,可为高温地层钻井设计和现场施工提供研究方法和参考数据。

关键词：深层油气开采高温高压钻井液漏失热-流-固全耦合动态循环有限元方法

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