МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной работе

профессор В.Л. ТРУШКО

ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ

ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ И ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН,

соответствующей направленности (профилю) направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре

НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ

- 21.06.01 ГЕОЛОГИЯ, РАЗВЕДКА И РАЗРАБОТКА

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Направленность (профиль) – Технология бурения и освоения скважин

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Программа вступительного испытания по специальной дисциплине, соответствующей направленности (профилю) – «Технология бурения и освоения скважин» направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре 21.06.01 Геология, разведка и разработка полезных ископаемых разработана на основании федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования магистратуры и специалитета, в соответствии с рабочими программами дисциплин студентов специальности 130504 «Технология бурения и освоения скважин» и одобрена на заседании кафедры Бурения скважин.

Методические указания к программе вступительного испытания по технологии бурения и освоения скважин Основной целью вступительного испытания в аспирантуру по технологии бурения и освоения скважин является выявление компетенций в различных областях, таких как:

- понимание методологических основ дисциплины;

- знание влияния геологических факторов на выбор технических средств при бурении нефтяных и газовых скважин - знание теоретических основ разрушения горных пород на забое скважины;

- знание типов буровых и тампонажных растворов и условий их применения;

- знание современных методов бурения скважин, технологического и вспомогательного оборудования, бурового инструмента;

- знание технологии направленного и многозабойного бурения нефтяных и газовых скважин;

-. знание режимов бурения глубоких скважин - знание основных понятий гидромеханики промывочных жидкостей;

- знание осложнений при бурении скважин;

- знание основных технологических циклов заканчивания скважин.

Содержание и структура вступительного испытания по технологии бурения и освоения скважин На вступительном испытании соискатель должен продемонстрировать основные компетенции, сформированные в результате освоения дисциплины и смежных с ней дисциплин в высшем учебном заведении по программам специалитета, магистратуры.

Поступающий в аспирантуру должен знать глубинное строение недр и термобарические условия, физико-механические и фильтрационно-емкостные свойства горных пород, флюидов, насыщающих пласты;

напряженное состояние нарушенного массива горных пород при бурении скважин, взаимодействие его с крепью на различных этапах строительства и эксплуатации скважин в целях разработки научных основ проектирования конструкции скважин и технологии бурения, прочностных расчетов обсадных колонн; физико-химические процессы в горных породах, буровых и цементных растворах для разработки научных основ обоснования и оптимизации рецептур технологических жидкостей, химических реагентов и материалов для строительства скважин; гидродинамические и тепло- и массообменные процессы при бурении скважин в целях разработки технологии и технических средств по улучшению коллекторских свойств призабойной зоны пласта, интенсификации притока пластового флюида, предупреждения загрязнения недр, обеспечения охраны окружающей среды.

Рекомендуемая структура испытания Устный ответ на три вопроса из списка вопросов для вступительного испытания.

Беседа с членами приемной комиссии по вопросам, связанным с научным исследованием соискателя.

Разделы, рассматриваемые в ходе испытания по технологии бурения и освоения скважин Раздел 1. Физико-механические свойства и напряженное состояние горных пород Напряженное состояние осадочных пород в условиях естественного залегания в недрах Земли. Понятия о градиентах давлений гидроразрыва, пластового и поровоговзрывов. Гидроразрыв пород. Понятие об аномальных пластовых давлениях. Характер изменения механических свойств горных пород с увеличением глубины. Нормальное и аномальное уплотнение осадочных пород.

Механические свойства горных пород. Поведение горных пород при простых видах напряженного состояния. Упругие и прочностные характеристики пород при простых видах напряженного состояния. Относительная прочность пород при разных видах деформаций.

Механизм разрушения горных пород при вдавливании инденторов. Особенности механизма разрушения при динамическом вдавливании. Усталостное разрушение пород.

Абразивность горных пород. Показатели износа металлов. Схемы изучения изнашивания металлов при взаимодействии с горными породами. Показатели абразивности и способы их определения.

Раздел 2. Породоразрушающий инструмент для бурения скважин Основные принципы механического разрушения пород при бурении скважин. Классификация породоразрушающих инструментов по назначению и характеру воздействия на породу. Основные типы буровых долот.

Керноприемные устройства и бурильные головки. Особенности конструкций. Факторы, влияющие на полноту отбора и выноса керна.

Раздел 3. Породоразрушающий инструмент для бурения скважин Основные принципы механического разрушения пород при бурении скважин. Классификация породоразрушающих инструментов по назначению и характеру воздействия на породу. Основные типы буровых долот.

Керноприемные устройства и бурильные головки. Особенности конструкций. Факторы, влияющие на полноту отбора и выноса керна.

Раздел 4. Режим бурения глубоких скважин Основные факторы, влияющие на технологические показатели работы долот.

Факторы, влияющие на износ вооружения и опор долота.

Расчет вращающего момента и мощности, необходимых для работы долота на забое. Характер и причины изменения вращающего момента во времени.

Понятие о динамичности работы шарошечного долота и динамической составляющей осевой нагрузки.

Оптимизация режимов бурения. Критерии эффективности режима. Технология отработки долот с использованием различных критериев эффективности.

Раздел 5. Основные понятия из гидромеханики промывочных жидкостей Реологические модели. Принципы расчета гидравлических потерь при установившемся ламинарном и турбулентном течении вязких и вязко-пластичных жидкостей.

Неустановившиеся течения. Инерционная составляющая гидродинамического давления. Принципы расчета гидродинамических давлений при спуске и подъеме колонны труб, при восстановлении циркуляции вязкопластичной и тиксотропной промывочных жидкостей.

Принципы расчета предельно допустимой скорости восходящего потока в скважине при установившемся течении и предельного режима спуска колонны труб при неустановившемся течении.

Равновесие твердых частиц в жидкости. Скорость витания и скорость выноса частиц потоком. Принципы расчета объемной скорости течения, необходимой для выноса частиц из вертикальной и горизонтальной скважины.

Волновые процессы и их рациональное использование при бурении и заканчивании скважин.

Раздел 6. Технология различных способов вращательного бурения Специфика взаимосвязи параметров режима роторного бурения.

Особенности технологии турбинного бурения. Классификация современных турбобуров. Причины отличия выходной характеристики турбобура от рабочей характеристики его турбины. Принципы расчета и построения комплексной характеристики совместной работы системы турбобур – долото – порода при постоянной объемной скорости течения промывочной жидкости.

Особенности технологии бурения с помощью винтовых забойных двигателей (ВЗД). Рабочие характеристики ВЗД. Комплексная характеристика совместной работы системы ВЗД–долото–порода–забоя при постоянной объемной скорости течения промывочной жидкости. Особенности совместной работы ВЗД и гидромониторного долота.

Особенности технологии бурения с помощью электробуров.

Раздел 7. Рабочие жидкости для бурения и закачивания скважин Назначение и функции жидкостей. Классификация.

Глинистые суспензии: состав, особенности строения и свойств важнейших глинистых минералов, влияние минералогического состава и вида поглощенных катионов на гидратацию, диспергирование глин и свойства суспензий.

Регулирование свойств глинистых суспензий: принципы регулирования; классификация химических реагентов механизмы действия реагентов на глинистые суспензии. Понятия о термосолеустойчивости реагентов и обработанных ими суспензий и принципах оценки термосолеустойчивости.

Промывочные жидкости на полимерной и биополимерной основе. Состав свойства, способы повышения ферментативной устойчивости, терморустойчивости, регулирование свойств. Достоинства и недостатки.

Гель-технология рабочих жидкостей. Промывочные жидкости с конденсированной твердой фазой. Принципы получения дисперсной фазы. Способы регулирования, степени дисперсности и структурообразования. Принципы регулирования свойств. Достоинства и недостатки. Область применения.

Торфо-, сапропеле- и асбестсодержащие жидкости.

Аэрированные промывочные жидкости и пены. Способы аэрирования и стабилизации аэрированных систем. Принципы регулирования свойств. Достоинства, недостатки, области применения.

Рабочие жидкости на углеводородной основе, практически безводные.

Состав, свойства, требования к материалам для приготовления. Принципы регулирования свойств. Достоинства, недостатки, области применения.

Обращенные эмульсионные промывочные жидкости на углеводородной основе. Состав, свойства, способы стабилизации и регулирования свойств эмульсий. Принципы оценки стабильности эмульсий. Достоинства и недостатки, области применения.

Специальные технологические жидкости для освоения, проведения перфорационных работ, гидроразрыва пластов, глушения скважин.

Приготовление, очистка, утяжеление и регулирование содержания твердой фазы промывочных жидкостей. Состав циркуляционной системы, назначение ее основных узлов, характеристика механизмов очистной системы.

Дегазация промывочных жидкостей. Способы механической, вакуумной и физико-химической дегазации и их эффективность; области применения.

Принципы выбора состава и нормирования основных свойств промывочных жидкостей для бурения в конкретных горно-геологических условиях.

Раздел 8. Осложнения при бурении скважин. Зоны риска Классификация осложнений. Совмещенный график изменения градиентов пластовых давлений и градиентов давлений поглощения с увеличением глубины и его роль. Понятия об относительной эквивалентной плотности буровых промывочных жидкостей и зонах с несовместимыми условиями бурения.

Поглощения промывочной жидкости: признаки осложнения; основные причины его; возможные способы предупреждения. Принципы исследования зон поглощения и задачи такого исследования. Факторы, способствующие гидроразрыву пород. Принципы расчета безопасного в отношении разрыва пород режима восстановления циркуляции, режима спуска колонны труб. Способы ликвидации поглощений промывочной жидкости, их достоинства и недостатки, области применения. Проверка качества изоляции зоны поглощения.

Газонефтепроявления. Основные причины и признаки этих осложнений.

Этапы развития проявления. Способы контроля состояния скважин в процессе бурения. Способы предупреждения проявлений. Принципы расчета режима промывки скважины и режима спускоподъемных операций при бурении в зонах возможных проявлений, позволяющего предупредить значительные колебания гидродинамических давлений. Технологические требования к противовыбросовому оборудованию. Принципиальная схема оснащения устья скважины противовыбросовым оборудованием.

Нарушение устойчивости стенок скважины: выпучивание пород; обваливание и осыпание; растворение и размыв; растепление мерзлых пород. Признаки и причины нарушения устойчивости. Принципы контроля скорости сужения ствола и скорости кавернообразования. Мероприятия по повышению устойчивости стенок скважины и предотвращению отрицательных последствий проявления неустойчивости.

Прихваты и затяжки колонны труб, желобообразования. Причины возникновения и признаки осложнений этой группы. Факторы, влияющие на силы взаимодействия колонны труб со стенками скважины, и характер действия этих факторов. Способы определения места прихвата. Меры профилактики осложнений данной группы. Способы ликвидации прихватов. Способы устранения желобообразных выработок в стволе скважины.

Назначение и компоновка бурильной колонны. Конструктивные особенности ее элементов. Характеристики резьбовых соединений. Стандарты на трубы и соединения. Достоинства и недостатки конструкций бурильных колонн.

Области применения. Прочностные характеристики труб и соединений.

Условия работы бурильной колонны в вертикальных и искривленных скважинах. Устойчивость колонны труб под действием осевых и центробежных сил, вращающего момента. Факторы, влияющие на распределение напряжений по длине колонны.

Колебания, возникающие в бурильной колонне. Виды колебаний и причины возникновения. Резонанс колебаний. Отрицательные последствия колебаний. Влияние колебаний на работу бурильной колонны и шарошечных долот.

Способы предотвращения резонанса колебаний.

Принципы выбора компоновки бурильной колонны при разных способах бурения. Специфика выбора компоновки нижнего участка для предотвращения самопроизвольного искривления.

Расчет бурильной колонны на прочность. Обоснование выбора расчетных нагрузок и коэффициентов запаса прочности. Эпюры распределения напряжении по длине колонны при разных способах бурения. Принципы расчета на прочность в вертикальных и искривленных скважинах. Учет износа и влияния температуры на прочностные характеристики. Расчет удлинения бурильной колонны под действием нагрузок и температуры.

Раздел 10. Бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин Цели бурения наклонно направленных скважин.

Способы принудительного искривления скважин при вращательном бурении. Способы ориентирования отклонителя в заданном направлении. Принципы расчета угла установки отклонителя; факторы, влияющие на поведение отклонителя в процессе бурения. Контроль за направлением ствола скважины в период работы с отклонителем при бурении с гидравлическими и электрическими забойными двигателями.

Принципы выбора типа и расчета профиля скважины. Факторы, определяющие допустимую интенсивность принудительного искривления скважины.

Принципы выбора и расчета компоновки нижнего участка бурильной колонны для бурения интервалов набора, стабилизации и снижения зенитного угла.

Раздел 11. Первичное вскрытие продуктивных горизонтов Воздействие промывочной жидкости на коллекторские свойства и удельную продуктивность нефтегазовых залежей и характер их изменения. Способы оценки степени загрязняющего воздействия промывочной жидкости на продуктивный пласт.

Методы первичного вскрытия продуктивных пластов; их достоинства и недостатки, области применения. Принципы выбора метода вхождения в продуктивные залежи с разными коэффициентами аномальности. Понятия о гидродинамическом несовершенстве скважин по степени и характеру вскрытия.

Раздел 12. Опробование перспективных горизонтов Задачи и сущность опробования горизонта в процессе бурения. Принципиальная схема опробования горизонта с помощью многоциклового пластоиспытателя.

Технология опробования горизонта в процессе бурения. Основные факторы, влияющие на эффективность процесса. Задачи и объем подготовительных работ к опробованию. Принципы выбора величины депрессии, числа и продолжительности, открытых и закрытых периодов опробования, состава и компоновки колонны труб; задачи каждого периода опробования.

Принципы качественной интерпретации результатов опробования.

Раздел 13. Проектирование конструкций скважины Основные факторы, влияющие на выбор конструкций скважин разного назначения.

Задачи проектирования. Принципы проектирования конструкций и выбора оптимального варианта.

Конструктивные особенности современных обсадных труб и их соединений. Достоинства и недостатки обсадных труб и соединений разных модификаций. Области применения.

Прочностные характеристики обсадных труб и их соединений. Условия, для которых рассчитывают прочностные характеристики. Влияние двухосного напряженного состояния на прочностные характеристики труб и соединений.

Влияние способа нагружения на несущую способность труб.

Условия работы кондукторов, промежуточных и эксплуатационных обсадных колонн в скважинах разного назначения в интервалах с разными термобарическими условиями.

Принципы расчета равнопрочных обсадных колонн. Основные допущения, положенные в основу методики расчета. Достоинства и недостатки методики расчета. Способы учета степени износа труб, интенсивности искривления скважины, характера и условий нагружения в неустойчивых породах при расчете обсадных колонн. Понятие о составной крепи, ее достоинствах и недостатках.

Принципы расчета предельного и рабочего режимов спуска обсадных колонн, снабженных обратными клапанами.

Назначение тампонажных материалов и требования к ним. Понятия о базовых тампонажных цементах. Классификация тампонажных цементов и области применения каждой марки базового цемента.

Химико-минералогический состав цементов. Процессы гидратации и твердения.

Основные свойства цемента, тампонажного раствора и камня. Способы измерения свойств. Влияние температуры и давления на свойства тампонажного раствора и камня. Понятие о коррозии цементного камня, ее причинах и разновидностях коррозии. Принципы регулирования свойств тампонажного раствора и камня.

Принципы выбора состава тампонажного материала и тампонажного раствора для конкретных горно-геологических условий цементирования скважины.

Способы первичного и ремонтного цементирования: сущность, достоинства, недостатки, области применения.

Основные факторы, влияющие на полноту замещения промывочной жидкости тампонажным раствором и на качество разобщения пластов.

Основные осложнения при цементировании, их причины; способы предупреждения осложнений.

Принципы расчета цементирования скважины в заданных горно-геологических условиях. Понятие о предельном и рабочем режимах цементирования.

Выбор цементировочной техники и схемы обвязки ее для реализации расчетного рабочего режима цементирования.

Способы проверки качества цементирования. Сущность и области применения каждого способа.

Раздел 16. Заключительные работы при бурении скважин Способы обвязки обсадных колонн на устье и проверки их герметичности. Принципы расчета давления опрессовки колонн и глубины снижения уровня жидкости для проверки герметичности. Причины и способы расчета усилия натяжения обсадных колонн при обвязке.

Способы вторичного вскрытия продуктивных горизонтов. Основные факторы, влияющие на эффективность вторичного вскрытия. Характер и степень влияния способа перфорации на состояние цементного камня и герметичность крепи скважины.

Способы вызова притока пластового флюида после вторичного вскрытия.

Эффективность каждого способа, достоинства и недостатки, области применения. Оборудование устья скважины для перфорации и вызова притока. Задачи испытания скважины, законченной бурением.

Раздел 17. Ликвидация и консервация скважин, назначение, Назначение, задачи и способы ликвидации и консервации скважин.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная 1.Буровые комплексы.Современные технологии и оборудование.Колл. авторов под редакцией А.М.Гусмана и К.П.Порожского. Научное издание.

2. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 2000.

3.Р.А.Ганджумян, А.Г.Калинин, Б.А.Никитин. Инженерные расчёты при бурении глубоких скважин. Справочное пособие., М. Недра, 2000.

4.Сердюк Н.И.,Куликов В.В., Тунгусов А.А и др. Бурение скважин различного назначения, М., Российский государственный геологоразведочный университет, 2007.

5.Калинин А.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин. Учебник для Вузов. ЦентрЛитНефтеГаз, 6.Буровое оборудование.Справочник в 2х томах. / Абебакиров В.Ф., Архангельский В.Л.,Буримов Ю.Г. и др./ М. Недра, 7. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1999. - 424 с.

8. Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб, для вузов. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2003. - 1007 с.

9. Буровые промывочные жидкости: Учеб. Пособие / Н.И. Николаев, Ю.А. Нифонтов, П.А. Блинов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2002. 102 с.

10. Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф., Булатов А.И., Гераськин В.Г. Строительство наклонных и горизонтальных скважин. М., Недра, 2000.

11. Калинин А.Г., Ганджумян Р.А., Мессер А.Г. Справочник инженера-технолога по бурению глубоких скважин. М., Недра, 2005.

12. Ясов В.Г., Мыслюк М.А. Осложнения в бурении: Справочное пособие. – М.:

Недра, 1991.

13. Калинин А.Г., Литвиненко В.С., Радин А.И. Основы бурения нефтяных и газовых скважин. Учебное пособие, СПб., Изд. СПГГИ (ТУ), 1996.

14. Басарыгин Ю.М.,Булатов А.И.,Проселков Ю.М. Заканчивание скважин.Учебное пособие для вузов. М.. ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.

15.Ганджумян Р.А.,Калинин А.Г.,Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин. М., ОАО «Издательство Недра», 2000.

Дополнительная 1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели.

М.: Недра, 1999.

2. Григулецкий В.Г., Лукьянов В.Т. Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны. М.: Недра, 1990.

3. Будников В.Ф., Булатов А.И., Макаренко П.П. Проблемы механики бурения и заканчивания скважин. М.: Недра, 1996.

4. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению, том 1,2. - М., Недра, 1985;

5. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М., Недра, 6. Кудряшов Б.Б., Яковлев А.М. Бурение скважин в осложнённых условиях. М., Недра, 1985 г.

7. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1988, 356 с.

8. Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. - М., Недра, 1989;

9. Иогансен К.В. Спутник буровика. Справочник. - М., Недра, 1990;

10. Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин.

Учебник для вузов. - М., Недра, 1986;

11 Калинин А.Г., Григорян Н.А., Султанов Б.З. Бурение наклонных скважин.

Справочник. - М., Недра, 1990.

12. Грей Дж.Р., Дарли Г.С.Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей). М., Недра, 1985 г.

13.. Данюшевский В.С., Алиев Н.И., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. М., Недра, 1987 г.

14. Кудряшов Б.Б., Яковлев А.М. Бурение скважин в осложнённых условиях.

М., Недра, 1985 г.

15. Резниченко И.Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов.

М., Недра, 1982 г.

16.Соловьёв Е.М. Заканчивание скважин. Учебник для вузов. - М., Недра, 1979.

17. Соловьёв Е.М. Задачник по заканчиванию скважин. Учебное пособие для вузов. - М., Недра, 1989.

Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:

Библиотека Горного университета www.spmi.ru/node/ Российская государственная библиотека www.rsl.ru Российская национальная библиотека www.nlr.ru Библиотека по естественным наукам РАН www.benran.ru Всероссийский институт научной и технической www.viniti.ru информации (ВИНИТИ) Государственная публичная научно-техническая www.gpntb.ru библиотека Научная библиотека Санкт-Петербургского госу- www.geology.pu.ru/library/ дарственного университета Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU elibrary.ru Информационная система "Единое окно доступа к window.edu.ru/window/ Разработчик:

профессор кафедры бурения скважин,