Первые результаты испытаний роторно-управляемых систем российского производства

28.12.2016
Источник: Журнал «PROнефть»

Роторные управляемые системы (РУС) — это современное поколение забойного бурового оборудования, которое обеспечивает снижение рисков возникновения осложнений и аварий, а также позволяет осуществлять управление траекторией скважины (рис. 1). В комплексе с различными MWD/LWD инструментами РУС открывают новые возможности при наклонно направленном бурении и решении сложнейших геологических задач. РУС применяются для реализации морских, арктических проектов, бурения многоствольных и горизонтальных скважин с экстремально большим отходом от вертикали, точной проводки ствола и вскрытия сложных пластов и пластов с нетрадиционными запасами.

Рис. 1. Эволюция технологий наклонно направленного бурения

Современное высокотехнологичное оборудование значительно повышает эффективность строительства сложных скважин, а также дает возможность бурить скважины протяженностью более 12 км и с экстремально большим отходом от вертикали.

По данным центрального диспетчерского управления топливно-энергетического комплекса объем бурения с применением РУС в 2014 г. составил 210 горизонтальных скважин. В основном РУС использовались для бурения нижней части секции под эксплуатационную колонну и горизонтальных секций. По экспертной оценке ROGTEC, к 2020 г. прогнозируется рост объема бурения горизонтальных скважин с применением РУС до 2000 скважин/год.

Мировыми лидерами в производстве РУС [1] являются компании: Baker Hughes, Schlumberger, Halliburton, Weatherford [1]. В настоящее время в РФ именно эти четыре компании предоставляют полный объем высокотехнологичных услуг РУС+MWD/LWD. Собственные разработки РУС имеют многие небольшие компании: Aps Technology, Gyrodata, National Oilwell Varco, Scientific Driling, Smart Drilling, Doubble Barrel RSS, Terravici Drilling Solutions, Renhe Group, BHDC, TIANJIN, ZPEC и др.

Отечественные РУС и их испытания

Сегодня разворачивается масштабная программа по импортозамещению. Ставится задача поднять на новый уровень отечественную промышленность, в том числе за счет инвестиций в разработку технологий, необходимых для ТЭК. Неудивительно, что одним из первых направлений импортозамещения в ТЭК и в высокотехнологичном бурении стали именно РУС.

В 2015 г. только два производителя: концерн «Электроприбор» и НПП «Буринтех» — перешагнули этапы концептуальной проработки и проектирования и смогли выйти на скважинные испытания прототипов первых отечественных РУС. Такие компании, как «Тюменская буровая компания», «Пермская компания нефтяного машиноcтроения», ГК «Интегра» и некоторые другие, озвучили свои намерения разрабатывать РУС, но пока работы находятся на стадиях концептуальной проработки и проектирования.

На рис. 2 представлен прибор РУК-8.75 БС производства концерна «Электроприбор». По способу управления долотом данный прибор относится к типу Push—the—bit. Направление долота регулируется путем нажатия на стенку скважины выдвижными башмаками. Имеются три выдвижных башмака. Работа прибора осуществляется на четырех режимах. Типоразмер долот — 220,7 мм. Источником питания служат литиевые батареи. Наиболее близкие аналоги — AutoTrak, BakerHughes, RSS Scout, SmartDrilling.

Рис. 2. Прибор РУК-8.75 БС — прототип серийной РУС

При испытании прибора РУК-8.75 БС были поставлены следующие задачи. 

1. Проверка характеристик системы:

  • — устойчивости к внешним воздействиям в условиях бурения скважины (скважинным давлению, температуре, осевым и боковым нагрузкам, вибрации);
  • — способности отклонять в заданном направлении траекторию скважины при вращении бурильной колонны;
  • — интенсивности искривления ствола в режимах сброса и набора зенитного угла (ЗУ).

2. Исследование возможности передачи управляющих команд с поверхности при помощи вибрации колонны. 

3. Оценка надежности и износостойкости.

Испытания прибора проведены 6–7 сентября 2015 г. на Вынгапуровском месторождении. Интервал бурения — 1742–1958 м (216 м), время в скважине — 46 ч. Средняя механическая скорость проходки составила 29 м/ч, максимальная — 60 м/ч. Средняя интенсивность набора кривизны — 0,9 °/10 м, максимальная — 2 °/10 м. Характеристики компоновки низа бурильной колонны (КНБК) приведены в таблице.

При испытаниях прибора РУК-8.75 БС:

  • — успешно пройден тест перед спуском в скважину;
  • — обеспечен выход на плановый режим бурения;
  • — подтверждена способность прибора изменять траекторию скважины при непрерывном вращении всей бурильной колонны;
  • — показана возможность принимать команды с поверхности.

В то же время выявлен ряд недостатков. Прибор не имеет связи с телеметрией и не передает данные на поверхность, не обеспечивает точное управление траекторией, имеет ненадежный внутренний элемент управления, который разрушился за 216 м бурения. Дорабатывать РУК-8.75 БС необходимо по двум направлениям, приведенным на рис. 3. Пути совершенствования прибора РУК-8.75 БС во многом предопределены тем, что эволюция похожих конструкций РУС уже известна.

Рис. 3. Направления совершенствования прибора РУК-8.75 БС (КЛС — калибратор лопастной спиральный)

На рис. 4 представлена схема прибора РУС-ГМ195, который является прототипом серийной роторной управляемой системы и по способу управления долотом относится к типу Point-the-bit. Направление долота регулируется путем изменения геометрии нижней части РУС, принцип действия — гидромеханический. Прибор имеет два режима работы: набора кривизны и стабилизации. Для защиты от поворота корпуса применяются одна выдвижная лопатка и две пассивные направляющие. Типоразмер долот — 215,9–222,3 мм. Источник питания — поток промывочной жидкости. Аналоги отсутствуют.

Рис. 4. Схема прибора РУС-ГМ-195 

Задачи испытаний РУС-ГМ-195, условия применения, КНБК и режимы бурения в целом соответствовали тем, которые были определены при испытаниях РУК-8.75 БС. Испытания проведены 26–29 января 2016 г. на Южно-Приобском месторождении. Интервал бурения — 1410–1545 м (135 м), время в скважине — 46 ч. Средняя механическая скорость проходки — 18 м/ч, максимальная — 60 м/ч. Максимальная интенсивность набора кривизны — 1,5 °/10 м.

При испытании РУС-ГМ-195 отмечены следующие положительные моменты:

  • — успешно пройден тест перед спуском в скважину;
  • — обеспечен выход на плановый режим бурения;
  • — имеется связь с телеметрией, обеспечивающая возможность наблюдать за работой оборудования.

При этом выявлены следующие недостатки:

  • — конструкция не обеспечивает стабилизацию невращающейся части прибора в открытом стволе, что привело к невозможности управления траекторией;
  • — набор кривизны осуществляется спорадически: со стабильным положением отклонителя пробурено 6 из 135 м проходки в режиме направленного бурения с интенсивностью 0,16°/1 м;
  • — индикация режимов работы РУС слабая или отсутствует даже при наличии связи с телеметрией;
  • — невозможно определить способность принимать команды по переключению режимов работы.

Дорабатывать РУС-ГМ-195 можно в нескольких направлениях (рис. 5). Выбор того или иного пути совершенствования узлов конструкции помимо инженерного обоснования требует оценки затрат и рисков, так как концепция, предложенная НПП «Буринтех», не имеет аналогов в мире.

Рис. 5. Направления совершенствования прибора РУС-ГМ-195

Элемент КНБК Резьба Наружный диаметр трубы, мм Внутренний диаметр трубы/замка, мм Длина элемента, м Общая длина, м
СБТ 127 НЗ-133 х МЗ-133 127/168 82,6/108,61 Остальное
ТБТ 127 (2 св.) НЗ-133 х МЗ-133 127 76,2/75 50,00 1045,25
СБТ 127 (8 св.) НЗ-133 х МЗ-133 127/168 82,6/108,61 200,00 995,25
ТБТ 127 (2 св.) НЗ-133 х МЗ-133 127 76,2/75 50,00 795,25
ЯС 6 3/4 НЗ-133 х МЗ-133 172 64 7,00 745,25
ТБТ 127 (1 св.) НЗ-133 х МЗ-133 127 76,2/75 24,00 738,25
CБТ 127 (29 св.) НЗ-133 х МЗ-133 127/168 82,6/108,61 700,00 714,25
НУБТ 172 с ТС НЗ-133 х МЗ-133 172 83 10,00 14,25
Калибратор 212,7 (208-210) НЗ-133 х МЗ-133 212,7 38 0,70 4,25
РУС/РУК-8.75 БС («Электроприбор») МЗ-117 х МЗ 133 213,3 3,15 3,55
Долото — 220,7 Н3-117 220,7 0,40 0,40

Заключение

В конце 2014 г. директор ИПНГ РАН, академик А.Н. Дмитриевский, выступая на VII Международном промышленно-экономическом форуме в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, отметил, что реализация «Энергетической стратегии России на период до 2035 года» подразумевает использование естественных конкурентных преимуществ нашей страны и ее инновационного потенциала за счет формирования длинных технологических цепочек высоких пределов" [2]. Следует отметить, что инновационный потенциал страны в области производства оборудования для эффективного бурения крайне высок, так как отечественные компании на данный момент не имеют собственных высокотехнологичных решений. В связи с тем, что сложность скважин во многом определяется качеством запасов, в будущем рынок высокотехнологичного бурения, безусловно, будет расти. Следовательно, импортозамещение высокотехнологичных сервисов в бурении, в частности РУС — безальтернативный путь, который должны пройти отечественные технологии бурения.

Список литературы

1. Материалы VII Международного промышленно — экономического Форума «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе».

2. Rotary steerable drilling systems directory.


Авторы статьи:  А.Я. Закиров, к.т.н. Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
Источник:  Журнал «PROнефть»

Возврат к списку