ЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ________________проф. М.А. Иванов «____» ____________ 2009 г. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА «БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ И ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ» (18 час.) Санкт-Петербург 2009 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ СЕМИНАРА Цель семинара – интенсификация работ по внедрению новых отечественных реагентов, предназначенных для создания эффективных буровых промывочных и тампонажных систем для повышения качества строительства скважин в осложненных условиях. Задачи семинара: – ознакомление специалистов в области промывки скважин и цементирования обсадных колонн с новыми разработками кафедры бурения скважин СПГГИ (ТУ); – анализ полученных научных и практических результатов и выработка направлений их дальнейшего совершенствования. 2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате проведения семинара специалист 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, специалист 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 И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ Вид учебной работы Всего часов Общая трудоемкость дисциплины 18 Аудиторные занятия 18 Лекции 12 Лабораторные работы (ЛР) 6 Вид итогового контроля 4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Лекции, Раздел дисциплины ЛР, час. пп час. 1 Классификация промывочных растворов и их технологические 1 функции. 2 Глиноматериалы, свойства глинистых растворов и их 1 регулирование. 3 Безглинистые промывочные растворы на водной основе и с 2 конденсированной твёрдой фазой; аэрированные очистные 2 агенты. 4 Промывочные растворы на углеводородной основе. 1 5 Приготовление, утяжеление и обработка промывочных 1 растворов. № Лекции, Раздел дисциплины ЛР, час. пп час. 6 Очистка промывочных растворов, регулирование содержания и 1 состава твёрдой фазы. 7 Дегазация промывочной жидкости. 1 8 Принципы выбора промывочных растворов. 1 9 Тампонажные смеси на основе минеральных вяжущих веществ. 2 10 Органические и органо-минеральные материалы. 1 2 11 Модифицированные тампонажные материалы. 1 12 Методы испытания тампонажных материалов и растворов. 1 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, шлакопесчаные 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, фенолформальдегидных 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. 5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ № п/п 1. 2 Наименование лабораторных работ Кол-во час. Изучение приборов контроля параметров буровых промывочных растворов. Приготовление глинистого раствора и определение его параметров. Понижение водоотдачи глинистого раствора. Понижение вязкости глинистого раствора. Получение углещелочного реагента (УЩР) и обработка глинистого раствора УЩР. Обработка глинистого раствора кальцинированной содой. Получение и оценка параметров аэрированного глинистого раствора. Утяжеление глинистых растворов; изучение влияния предварительной химической обработки и утяжелителя на свойства и седиментационную устойчивость утяжеленного раствора. Изучение приборов контроля параметров тампонажных растворов. Получение состава термостойких цементов. Получение составов облегчённых тампонажных растворов. Приготовление и исследование свойств засоленных тампонажных растворов. Исследование параметров быстросхватывающихся смесей: сроков схватывания, пластической прочности, плотности, растекаемости, прочности, адгезии к металлам и горным породам. 2 2 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 6.1. Рекомендуемая литература 1. 2. 3. 4. 5. Основная 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. 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. 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. Тампонирование скважин: Учеб. пособие / Н.И. Николаев, Ю.А. Нифонтов, В.В. Никишин, Р.Р. Тойб. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2004. 150 с. Дополнительная Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учеб. пособие для вузов. - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002. - 632 с 6. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению, т. 1,2, М., Недра, 1985 г. 7. Грей Дж.Р., Дарли Г.С.Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей). М., Недра, 1985 г. 8. Данюшевский В.С., Алиев Н.И., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. М., Недра, 1987 г. 9. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М., Недра, 1987 г. 10. Кудряшов Б.Б., Яковлев А.М. Бурение скважин в осложнённых условиях. М., Недра, 1985 г. 11. Резниченко И.Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов. М., Недра, 1982 г. 12. Булатов А.И., Данюшевский В.С. Тампонажные материалы. М., Недра, 1987 г. 13. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. – Оренбург: издательство «Летопись, 2005. – 664 с.» 14. Яковлев А.М., Литвиненко В.С., Коваленко В.И. и др. Экологизация промывки при бурении скважин. СПб., СПГГИ, 1994 г. 15. Яковлев А.М., Николаев Н.И. Очистные агенты и оперативное тампонирование скважин. Учебное пособие, Л., ЛГИ, 1990 г. 16. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. М., Недра, 1984 г. 6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Рекомендуется использовать методические рекомендации по теоретическим и лабораторным разделам, а также компьютерные программы по обработке результатов лабораторных испытаний буровых промывочных и тампонажных растворов. 7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Специализированная лаборатория, оснащенная приборами для определения физикомеханических свойств буровых промывочных и тампонажных растворов. Программу составил, профессор Николаев Н.И. И.о. зав. Кафедрой бурения скважин, профессор Николаев Н.И. Декан нефтегазового факультета, профессор Рогачёв М.К.