МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

УТВЕРЖДАЮ

Ректор профессор В.С. Литвиненко

ПРОГРАММА

вступительного испытания при поступлении в магистратуру по направлению подготовки 21.04.01 «НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО»

по магистерским программам «Технология вскрытия нефтегазовых пластов»

«Технология вскрытия нефтегазовых пластов в осложненных условиях»

«Бурение горизонтальных скважин»

«Методы анализа физико-химических параметров процессов бурения»

Санкт-Петербург Программа вступительного экзамена в магистратуру по указанным магистерским программам направления 21.04.01 – «Нефтегазовое дело» разработана на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования бакалавриата в соответствии с рабочими программами дисциплин: «Основы петрофизики и разрушения горных пород», «Буровые машины и механизмы», «Бурение скважин на шельфе», «Наклоннонаправленное бурение скважин», «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Монтаж и эксплуатация бурового оборудования», «Крепление нефтяных и газовых скважин», «Заканчивание скважин», «Осложнения и аварии в бурении», «Автоматизация технологических процессов и геонавигация в бурении», «Реконструкция и восстановление скважин», «Буровые технологические жидкости», для бакалавров и утверждена на заседании кафедры «Бурения скважин»

(протокол № 10 от «10» февраля 2014 г.).

Методические указания к программе вступительного экзамена Основной целью вступительного экзамена в магистратуру является выявление следующих компетенций:

понимание методологических основ дисциплин, входящих в программу экзамена;

знания по геологическим, физико-химическим и гидродинамическим основам бурения нефтяных и газовых скважин;

знания по проектированию, мониторингу, технике и технологиям бурения нефтяных и газовых скважин;

представления о современном состоянии и перспективах дальнейшего развития нефтегазодобывающей отрасли;

представления об основных научных проблемах в области бурения нефтяных и газовых скважин.

Содержание, структура и форма проведения вступительного экзамена На вступительном экзамене соискатель должен продемонстрировать основные компетенции, сформированные в результате освоения дисциплин: «Основы петрофизики и разрушения горных пород», «Буровые машины и механизмы», «Бурение скважин на шельфе», «Наклонно-направленное бурение скважин», «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Монтаж и эксплуатация бурового оборудования», «Крепление нефтяных и газовых скважин», «Заканчивание скважин», «Осложнения и аварии в бурении», «Автоматизация технологических процессов и геонавигация в бурении», «Реконструкция и восстановление скважин», «Буровые технологические жидкости» и смежных с ними дисциплин в высшем учебном заведении по программам бакалавриата.

Поступающий в магистратуру должен знать:

общие принципы:

глубинное строение недр и термобарические условия;

теоретические основы разрушения горных пород при бурении;

напряженное состояние нарушенного массива горных пород при бурении;

физико-механические и фильтрационно-емкостные свойства горных пород, флюидов, насыщающих пласты.

основные методы:

прогнозирования технологических показателей процесса бурения скважин;

математического моделирования процессов бурения, первичного вскрытия продуктивной залежи и освоения скважин;

расчета режимных параметров процесса бурения.

основные этапы:

проектирования конструкции скважины;

моделирования основных технологических операций;

расчета гидравлической программы промывки скважины;

крепления ствола скважины обсадными трубами и цементирования обсадных колонн.

Прием вступительного экзамена в магистратуру осуществляет экзаменационная комиссия, формируемая из числа наиболее опытных и квалифицированных научно-педагогических работников кафедры, осуществляющей подготовку магистров по этому направлению (программе), - кафедры бурения скважин (БС).

Председателем экзаменационной комиссии магистерской подготовки (программы) является заведующий кафедрой БС.

Экзаменационная комиссия:

определяет форму проведения вступительного экзамена;

формирует базу экзаменационных вопросов, из которых будут составляться экзаменационные билеты;

определяет количество баллов и разрабатывает критерии оценки ответов на вопросы экзаменационных билетов;

организует проведение вступительного экзамена.

Вступительные испытания на магистерскую подготовку проводятся в форме письменного междисциплинарного экзамена.

Письменные ответы на три вопроса из экзаменационного билета.

Продолжительность экзамена 2 астрономических часа.

Разделы дисциплин, рассматриваемые в ходе экзамена 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.

Раздел 9. Бурильная колонна 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.

Раздел 14. Крепление скважин 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.

Раздел 15. Разобщение пластов 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 горногеологических 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, задачи и способы Назначение, задачи и способы ликвидации и консервации скважин.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература 1. 1.Буровые комплексы.Современные технологии и оборудование.Колл. авторов под редакцией А.М.Гусмана и К.П.Порожского. Научное издание. Екатеринбург, 2. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 2000.

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

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

5. 5.Калинин А.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин. Учебник для Вузов.

ЦентрЛитНефтеГаз, 6. 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.

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

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

Ясов В.Г., Мыслюк М.А. Осложнения в бурении: Справочное пособие. – М.: Недра, 1991.

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

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 литература 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, 1987 г.

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, 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. 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. 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.

Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:

Библиотека Санкт-Петербургского www.spmi.ru/node/ государственного горного университета 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 www.geology.pu.ru/library/ государственного университета Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU elibrary.ru Информационная система "Единое окно доступа к window.edu.ru/window/ образовательным ресурсам" library?p_rubr=2.2.74.