Рабочая программа учебной дисциплины «Технологические жидкости в бурении»

Первое высшее техническое учебное заведение России

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования

национальный минерально-сырьевой университет «горный»

Согласовано		Утверждаю
Руководитель ООП по направлению 131000 профессор К.		Зав. кафедрой бурения скважин профессор

Рабочая ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ В БУРЕНИИ»

Направление подготовки: 131000 Нефтегазовое дело

Магистерская программа: «Методы анализа физико-химических параметров процессов бурения»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

Составитель: профессор

Санкт-Петербург

2012

Рабочая программа составлена с учётом требований (нормативный документ: ФГОС ВПО) к содержанию и уровню подготовки по специальности 130504 № ______ от «____»___________ 2012 г. и в соответствии с рабочим учебным планом специальности утверждённым ректором Университета «____»___________ 20__ г.

Составитель: профессор

Научный редактор: д. т.н., проф. _____________

Обсуждено:

на заседании кафедры Бурения скважин «____»___________ 2012 г., протокол № __

Одобрено:

Методической комиссией специальности (направления) _______ Университета «____»___________2012 г., протокол № __

1. Цель и задачи дисциплины

Дисциплина «Технологические жидкости в бурении» - одна из цикла специальных дисциплин, определяющих профиль магистра по бурению нефтяных и газовых скважин.

Целью преподавания этой дисциплины является выработка у студента представления о буровых растворах как о дисперсных системах, подчиняющихся основным законам коллоидной химии.

Для успешного освоения указанной дисциплины студенту необходимы уверенные знания основных положений курса химии, физики, гидравлики, экологии и охраны труда и др.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК - 1 , ОК-3 , ОК - 5 , ОК - 6 , ОК - 7, ОК - 9 ПК - (1-14) , ПК - 18 , ПК-19 , ПК-(22-26).

В результате изучения дисциплины студент должен приобрести знания о роли промывочных и тампонажных растворов при бурении и заканчивании скважины, о составах, характерных свойствах, областях применения различных видов буровых растворов, о способах регулирования их свойств в нужном направлении, о принципах выбора составов для конкретных горно-геологических условий бурения. Кроме того, он должен приобрести навыки пользования приборами и аппаратурой для определения физико-механических и реологических свойств буровых растворов, уметь оценивать на основе действующих нормативных актов потребность в материалах для бурения скважины применительно к конкретным геологическим условиям.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр А	Семестр В
Общая трудоемкость дисциплины	540	102	136
Аудиторные занятия	170	126	44
Лекции	29	18	11
Лабораторные работы (ЛР)	18	18
Практические занятия	123	90	33
Самостоятельная работа, в т. ч.	370	34	136
Курсовая работа	36	36
Другие виды самостоятельной работы	334	167	167
Вид итогового контроля		зачет	экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, час.	ЛР, час.
	1.  1	Классификация промывочных растворов и их технологические функции.	1
	2.  2	Глиноматериалы, свойства глинистых растворов и их регулирование.	4	3
	3.  3	Безглинистые промывочные растворы на водной основе и с конденсированной твёрдой фазой; аэрированные очистные агенты.	3	1
	4.  4	Промывочные растворы на углеводородной основе.	3	1
	5.  5	Приготовление, утяжеление и обработка промывочных растворов.	3	3
	6.  6	Очистка промывочных растворов, регулирование содержания и состава твёрдой фазы.	3	2
	7.  7	Дегазация промывочной жидкости.	2	1
	8.  8	Принципы выбора промывочных растворов.	1
	9.  9	Тампонажные смеси на основе минеральных вяжущих веществ.	5	3
	10.  10	Органические и органо-минеральные материалы.	1	1
	11.  11	Модифицированные тампонажные материалы.	1
	12.  12	Методы испытания тампонажных материалов и растворов.	2	2

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Классификация промывочных растворов и их технологические функции. Компонентный состав глинистых растворов. Особенности строения кристаллической решётки важнейших глинистых минералов. Влияние минералогического состава, вида поглощающих катионов и минерализации воды на гидратацию, диспергирование глин и свойства глинистого раствора.

Раздел 2. Глиноматериалы, свойства глинистых растворов и их регулирование. Глиноматериалы, выпускаемые промышленностью и пути повышения их качества. Свойства глинистых растворов, их роль при бурении и заканчивании скважины и методы их оценки. Структурные свойства, реологические свойства, тиксотропия, фильтрационные и коркообразующие свойства, плотность, водородный показатель, компонентный состав, химический состав фильтрата, седиментационная устойчивость, абразивность, смазочные свойства.

Принципы и причины, обуславливающие необходимость регулирования свойств глинистых растворов. Химические реагенты и их классификация. Реагенты-электролиты, их назначение и особенность механизма воздействия на глинистый раствор. Органические реагенты - защитные коллоиды и мицеллообразующие реагенты - полуколлоиды. Высокомолекулярные органические реагенты. Принципы выбора рецептуры химической обработки глинистых растворов.

Разновидность глинистых растворов. Особенности составов, сравнитель-ная оценка и область применения пресных, минерализованных, кальциевых, ма-лосиликатных, малоглинистых, эмульсионных и других глинистых растворов.

Раздел 3. Безглинистые промывочные растворы на водной основе и с конденсированной твёрдой фазой; аэрированные очистные агенты. Применение воды в качестве промывочной жидкости при бурении, безглинистые растворы полимеров, асбогуматные и торфяные суспензии. Сравнительная их оценка и область применения.

Конденсационный принцип получения дисперсной фазы, способной к структурообразованию. Способы регулирования дисперсности и структурообразующей способности. Типы буровых растворов с конденсированной твёрдой фазой, их сравнительная оценка и область применения.

Способы аэрации промывочных жидкостей. Стабилизация аэрированных систем, особенности составов, свойств, специфика и область применения.

Раздел 4. Промывочные растворы на углеводородной основе. Классификация растворов на углеводородной основе. «Безводные» растворы на углеводородной основе. Известково-битумные растворы. Обращённые (инвертные) эмульсионные промывочные растворы как дисперсные системы. Стабилизация инвертных эмульсий. Особенности контроля и регулирования свойств и область применения растворов на углеводородной основе.

Раздел 5. Приготовление, утяжеление и обработка промывочных растворов. Стандартные циркуляционные системы буровых установок и их элементы. Оборудование для хранения исходных сыпучих материалов и для размещения и перемешивания приготовленного бурового раствора. Технология приготовления, утяжеления, химической обработки раствора и применяемое для этого технологическое оборудование. Требования к охране труда.

Раздел 6. Очистка промывочных растворов, регулирование содержания и состава твёрдой фазы. Классификация твёрдой фазы в промывочных растворах и принципы её удаления. Вибрационные сита, их конструкция и работа. Осаждение в отстойниках и факторы, влияющие на скорость осаждения. Гидроциклоны-пескоотделители, илоотделители и глиноотделители. Факторы, определяющие размер частиц, удаляемых из раствора гидроциклоном.

Трёхступенчатая система очистки неутяжелённых промывочных растворов. Комбинированный очиститель для утяжелённых растворов. Использование центрифуг для удаления избытка коллоидной глины из утяжелённых растворов и твёрдой фазы из неутяжелённых промывочных жидкостей.

Система очистки утяжелённых буровых растворов и регенерация утяжелителя.

Охрана труда и окружающей среды при очистке промывочных растворов.

Раздел 7. Дегазация промывочной жидкости. Классификация способов дегазации. Физико-химическая дегазация, её достоинства, недостатки и область применения. Реагенты-пеногасители, индивидуальные особенности их использования. Механическая дегазация при атмосферном давлении. Вакуумная дегазация. Требования к охране труда, пожарной безопасности, охране труда при дегазации промывочного раствора.

Раздел 8. Принципы выбора промывочных растворов. Принципы расчленения геологического разреза на интервалы с существенно различными требованиями к промывочному раствору. Методика выбора типа раствора, его состава и свойств. Расчёт расхода промывочного раствора и материалов для бурения конкретной скважины.

Раздел 9. Тампонажные смеси на основе минеральных вяжущих веществ. Портландцемент и его разновидности. Химический и минералогический состав цементного кликера. Свойства цементного раствора и тампонажного камня.

Коррозионно-стойкие тампонажные материалы: пуццолановые цементы, глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы, карбонатный цемент, песчанистый портландцемент, шлакопортландцемент, магнезиальный цемент.

Термостойкие тампонажные материалы: цементно-кремнеземистые смеси, шлако-песчаные цементы, белито-кремнеземистый цемент, известково-кремнеземистые цементы.

Расширяющиеся тампонажные материалы. Гипсовые вяжущие вещества. Тампонажные материалы на основе силикатов щелочных металлов.

Раздел 10. Органические и органо-минеральные материалы. Быстротвердеющие тампонажные материалы на основе синтетических смол (эпоксидных, фенол-формальдегидных и др.), латексов, битумов и смеси с минеральными вяжущими веществами. Реагенты для регулирования их свойств.

Раздел 11. Модифицированные тампонажные материалы. Облегченные и утяжеленные тампонажные растворы и области их применения. Способы регулирования плотности тампонажного раствора. Модифицирование тампонажных растворов с помощью химических реагентов. Ускорители и замедлители схватывания и твердения. Регуляторы реологических свойств тампонажных растворов. Понизители водоотдачи и пеногасители. Тампонажные составы, затворенные на концентрированных растворах солей. Нефтеэмульсионные и нефтецементные тампонажные растворы.

Раздел 12. Методы испытания тампонажных материалов и растворов. Отбор, подготовка и хранение пробы для испытаний. Определение физических свойств порошкообразных тампонажных материалов: плотности, степени дисперсности, удельной поверхности.

Определение свойств цементного раствора. Приготовление проб, определение подвижности, водоудерживающей способности, плотности, сроков схватывания и времени загустевания.

Определение свойств цементного камня: прочности, проницаемости, объемных изменений. Методы стандартных испытаний тампонажных цементов.

4.3. Самостоятельные занятия

Самостоятельная работа имеет целью закрепление теоретических знаний и привитие навыков творческого подхода к изучению данной дисциплины. В часы самостоятельных занятий студенты имеют возможность работать с конспектами лекций, учебниками для текущей подготовки к учебным занятиям, в лаборатории при проведении и подготовке отчета о проделанной предусмотренной учебным планом очередной лабораторной работе.

Самостоятельная работа является одной из основных форм усвоения студентами учебного материала дисциплины, прежде всего, ее описательных разделов, связанных, в основном, с изучением методов определения физико-механических свойств промывочных жидкостей и тампонажных смесей. Кроме того, она включает составление конспектов пропущенных лекций. Контроль над выполнением заданий по самостоятельной работе осуществляется в ходе промежуточных проверок знаний и оформлении допуска к экзамену.

5. Лабораторный практикум

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1.	2	Изучение приборов контроля параметров буровых промывочных растворов. Приготовление глинистого раствора и определение его параметров.
2.	5	Понижение водоотдачи глинистого раствора. Понижение вязкости глинистого раствора.
3.	6	Получение углещелочного реагента (УЩР) и обработка глинистого раствора УЩР. Обработка глинистого раствора кальцинированной содой.
5	3, 5	Получение и оценка параметров аэрированного глинистого раствора. Утяжеление глинистых растворов; изучение влияния предварительной химической обработки и утяжелителя на свойства и седиментационную устойчивость утяжеленного раствора.
6	Исследование параметров мелового промывочного раствора.
7	11	Экспериментальный подбор рецептуры для химической обработки загрязненного глинистого раствора с целью придания ему заданных свойств
8	9	Изучение приборов контроля параметров тампонажных растворов. Получение состава термостойких цементов.
9	10	Получение составов облегчённых тампонажных растворов.
10	11	Приготовление и исследование свойств засоленных тампонажных растворов.
11	12	Исследование параметров быстросхватывающихся смесей: сроков схватывания, пластической прочности, плотности, растекаемости, прочности, адгезии к металлам и горным породам.

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (СЕМИНАРЫ):

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тематика практических занятий	Трудоемкость (час.)
1	2	Расчет потребного количества бурового раствора для бурения скважины.	14
2	2,3	Расчеты реагентов в составе растворов	12
3	4	Расчеты при облегчении растворов	10
4	5	Расчеты при утяжелении растворов	14
5	2,3,4	Расчеты при регулировании свойств растворов	11
6	3,4	Расчеты при приготовлении полимерных растворов	14
7	9	Расчеты при приготовлении эмульсионных растворов	12
8	9	Расчеты при приготовлении и закачке буферных жидкостей	12
9	10	Расчеты тампонажных материалов для цементирования	14
10	11	Расчет продавочной жидкости	10
	Всего:	123

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература

а) Основная литература

1.Калинин нефтяных и газовых скважин. Учебник для Вузов. М., ЦентрЛитНефтеГаз, 2008.

2., Калинин бурения нефтяных и газовых скважин. Учебое пособие. М., ЦентрЛитНефтеГаз, 2009.

3., , Сердюк в бурении. Справочное пособие. М., РГГРУ, 2007.

4.Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. /Под ред. /. М., Высшая школа, 2007.

5. , , Дмитриев заканчивания скважин. Учебное пособие. СПб, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2012.

б) Дополнительная литература

1. , , Шаманов и технология бурения нефтяных и газовых скважин. Учебник для вузов.- М., -Бизнесцентр»,2003.

2. , , Проселков нефтяных и газовых скважин. Учебное пособие для вузов.- М., ., -Бизнесцентр»,2002.

3. ,,Проселков скважин. Учебное пособие для вузов. М.. -Бизнесцентр», 2000.

4. ,,Никитин расчеты при бурении глубоких скважин. М., Недра», 2000.

5. , , Тойб промывочные и тампонажные растворы. Учебное пособие для вузов. СПб., СПГГИ, 2004.

6. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург, Изд.-во «Летопись»,

7. Буровые промывочные жидкости: Учеб. Пособие / , , . Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 20 с.

8. Тампонирование скважин: Учеб. пособие / , , . Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 20 с.

7.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Рекомендуется использовать методические рекомендации по теоретическим и лабораторным разделам курса, а также компьютерные программы по обработке результатов лабораторных испытаний буровых промывочных и тампонажных растворов.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Специализированная лаборатория, оснащенная приборами для определения физико-механических свойств тампонажных растворов и буферных жидкостей, тренажер-имитатор бурения «АМТ-221», тренажер-имитатор капитального ремонта скважин «АМТ-421», учебно-научный полигон «Нефтяник».