Крутой поворот в направленном бурении — Журнал «Сибирская нефть» — №176 (ноябрь 2020)

Программа «Газпром нефти» против COVID-19

Подробнее
Крутой поворот в направленном бурении — Журнал «Сибирская нефть» — №176 (ноябрь 2020)

Крутой поворот в направленном бурении

Текст:
Фото: Стоян Васев
Инфографика: Алексей Столяров
Крутой поворот в направленном бурении

Пять лет назад «Газпром нефть» включилась в работу по созданию отечественных роторных управляемых систем, так нужных для эффективного строительства высокотехнологичных скважин. Недавно в разработке был сделан серьезный шаг вперед: на активах компании успешно испытан предсерийный образец такого оборудования. О том, почему его создание оказалось задачей исключительной сложности и какие перспективы открывает начало производства подобных систем в России, — в материале «Сибирской нефти»

Проблемные траектории

Роторные управляемые системы (РУС) — самая продвинутая технология в наклонно-направленном бурении. Она позволяет строить скважины сложной конфигурации с очень длинными горизонтальными стволами и делать это быстрее и точнее, чем любые другие существующие способы. Когда нужно пробурить горизонтальный ствол длиной 10 км и даже больше, когда надо попасть в тонкий нефтяной пласт толщиной 1 м или пройти по сложной, жестко заданной траектории, где незначительное отклонение может привести к существенному снижению показателей скважины, огромным затратам на перебуривание, а то и к полной ее потере, — в таких случаях РУС фактически безальтернативное решение.

Такие системы появились в 1990-х годах и позволили преодолеть некоторые существенные сложности, сдерживавшие развитие наклонно-направленного бурения. Ранее для этих целей применялся винтовой забойный двигатель (ВЗД) Винтовой забойных двигатель (ВЗД) — наиболее распространенный сегодня вид бурового двигателя, расположенный непосредственно за долотом и преобразующий во вращение энергию потока бурового раствора. , установленный под некоторым углом к оси бурильной колонны. В этом случае, чтобы добиться нужной траектории, режимы бурения чередуют: то вращают всю колонну, как при роторном бурении, и тогда бурение происходит по прямой. То запускают забойный двигатель, который находится сразу за долотом и вращает только его, в то время как вся бурильная колонна остается неподвижной, — и за счет того самого угла, на который двигатель отклонен от оси колонны, ствол начинает загибаться в нужную сторону.

При таком способе с увеличением длины горизонтального ствола риск осложнений заметно возрастает. Кроме того, смена режимов бурения создает в стволе разнообразные неровности, изгибы, изменения диаметра, что также может затруднить бурение, проведение каротажа, спуск обсадной колонны и заканчивание. Многочисленные операции по спуску и подъему оборудования, без которых при бурении на ВЗД не обойтись, требуют времени, а на промывку скважины тратится очень много электроэнергии.

Наконец, при бурении длинного горизонтального ствола с ВЗД обеспечить высокую точность попадания в нужный интервал достаточно сложно, а сегодня это все чаще становится непременным условием успеха. Бурильная колонна хоть и состоит из стальных труб, на самом деле достаточно гибкая, и чем дальше ее приходится проталкивать по горизонтальному стволу, тем сложнее управлять долотом на ее конце. С ростом протяженности горизонтального ствола возрастает и масса бурильной колонны, и сила трения ее о стенки скважины. С какого-то момента дальнейшее продвижение по заданной траектории оказывается невозможным.

Сплошные преимущества

Роторные управляемые системы, как ясно из самого их названия, предполагают использование роторного бурения — такого, при котором бурильная колонна постоянно вращается. В результате ствол получается более гладким и плавным, чем при использовании ВЗД, и скважина лучше очищается от шлама — остатков выбуренной породы. Все это снижает вероятность осложнений — прихватов, уменьшает силу трения. Скорость бурения возрастает в среднем в два раза.

РУС может менять направление за счет действия отклоняющей системы, расположенной за долотом, управлять которой можно с поверхности. Две основные разновидности конструкции РУС различаются по устройству этой отклоняющей системы. В первом случае отклонение траектории происходит за счет изменения положения лопаток, упирающихся в стенки ствола скважины и отклоняющих долото в нужную сторону (см. рис. на стр. 52). Во втором, чтобы добиться аналогичного результата, специальный механизм изгибает вал, вращающий долото.

При этом встроенная система телеметрии, расположенная гораздо ближе к долоту, чем при использовании ВЗД, постоянно контролирует отклонения ствола и передает данные на поверхность, где принимаются решения о дальнейших корректировках траектории.

Система позволяет добиться не только удивительной точности и значительного отхода от вертикали, недоступных для ВЗД. С их помощью можно бурить идеально вертикальные скважины с углом отклонения не более 0,2 градуса. А за счет сокращения времени бурения уменьшается и период контакта бурового раствора с продуктивным пластом, и тот меньше загрязняется реагентами, что позитивно сказывается на его фильтрационных свойствах и притоке нефти в скважину.

Как работает РУС

Инфографика: Алексей Столяров

Космические технологии

Тем не менее у РУС есть один существенный недостаток — высокая стоимость. В России они появились около 10 лет назад благодаря компаниям — представителям большой нефтесервисной четверки Schlumberger, Baker Hughes, Weatherford, Halliburton. . Их разработки в этой области были первыми, с конца 1990-х годов постоянно совершенствуются и сегодня наиболее известны. В мире существуют еще ряд производителей таких систем (США, Китай), не представленных в России, — и ни одного российского.

Решения ведущих международных нефтесервисных компаний, представленные на российском рынке, очень дороги, что существенно сокращает возможности для их применения. «Высокотехнологичное бурение по стоимости превосходит обычное в несколько раз, а в некоторых случаях — и на порядки», — говорит эксперт блока экспертизы и функционального развития Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Артем Закиров.

Между тем, ухудшение качества запасов и перспективы роста числа проектов по разработке трудноизвлекаемых и нетрадиционных запасов делают применение РУС в России чрезвычайно актуальным. Уже сегодня в РФ с применением таких систем строится более 1,5 тыс. скважин в год. Казалось бы, есть перспективный рынок (в 2018 году рост потребности в РУС в России «Газпром нефть» оценивала примерно в 60% за 5 лет), есть спрос — почему бы не создать отечественный аналог и не предложить его российским нефтяным компаниям, заинтересованным в высокотехнологичных услугах бурения? Однако это не так просто.

Во время бурения РУС испытывает чрезвычайно высокие нагрузки: сильные вибрации, высокие давления, сжатие и растяжение, абразивный износ от циркулирующего раствора. При этом важна не только надежность металлических частей, но и точность приводов, стабильность работы электронных компонентов, специальное ПО, которое обеспечит точность измерения, компенсируя искажения из-за вибраций. «Требования к такому оборудованию столь высоки, что по многим характеристикам превосходят высокоточное оружие и космические аппараты, — говорит Артем Закиров. — При этом если ракета, как правило, используется один раз, то компоновка РУС должна работать долго и надежно, быть способной без обслуживания пройти несколько километров под землей».

Дело государственной важности

В 2014 году возникли новые стимулы для создания собственных РУС в России. Под санкциями оказались шельфовые проекты, а также нетрадиционные запасы, а значит, применять импортные технологии бурения стало невозможно именно там, где они больше всего были нужны.

Для «Газпром нефти», в которой около 20% скважин бурится с использованием роторных управляемых систем, создание отечественных РУС стало одним из приоритетных направлений в импортозамещении. «В 2015 году в „Газпром нефти“ была утверждена стратегия альтернативного замещения, в которой эта проблематика впервые нашла отражение, — рассказывает начальник управления технологических партнерств и импортозамещения техники и технологий „Газпром нефти“ Михаил Кузнецов. — Мы также увидели, что с теми же проблемами сталкиваются другие нефтегазовые компании России».

Алексей Вашкевич
Алексей Вашкевич,
директор по технологическому развитию «Газпром нефти»

Для рентабельной добычи трудноизвлекаемых запасов нефти необходимы высокотехнологичные скважины и оборудование для их строительства. Одна из самых востребованных технологий — роторные управляемые системы. Сейчас на мировом рынке только несколько компаний предоставляют услуги по роторному бурению скважин, поэтому стоимость таких работ очень высокая. По сложности и наукоемкости эти технологии можно сравнить с космической или оборонной отраслью. Разработка российской роторной управляемой системы позволит нам экономить миллиарды рублей ежегодно на строительстве высокотехнологичных скважин для освоения сложных запасов нефти. Мы продолжим поддерживать создание передовых отечественных технологий нефтедобычи и развивать на активах «Газпром нефти» площадки для их опытно-промышленных испытаний.

«Это вопрос экономической эффективности наших крупных проектов, которые уже реализуются, таких как „Мессояха“ и „Новый порт“, а также будущих проектов, — говорит Артем Закиров. — В условиях геологической неопределенности бурение с помощью РУС помогает снижать риски и разрабатывать месторождения максимально быстро и результативно».

Совместно с Минпромторгом России и рядом других нефтегазовых компаний была создана экспертная группа, сформировавшая отраслевые технические требования к такому оборудованию. Они были утверждены в 2018 году и позволили конкретизировать задачи, стоящие перед разработчиками и производителями. Фонд развития промышленности при Минпромторге обеспечил господдержку компаниям, занявшимся разработкой РУС. Так в 2016 году компания «Буринтех», ведущая работы по созданию российской РУС, получила финансирование и вошла в перечень системообразующих организаций в отрасли нефтегазового машиностроения.

«Газпром нефть», в свою очередь, предоставила площадку для испытаний нового оборудования, активно участвуя в их подготовке и проведении вместе с разработчиками. Испытания роторной управляемой системы РУС-ГМ-195 научно-производственного предприятия «Буринтех» проводились на активах «Газпромнефть-Хантоса». «Регион по существующим условиям бурения лучше всего подходит для того, чтобы оценить, как оборудование справляется со своей основной задачей. За пять лет проведено семь испытаний. Сложность задачи с каждым разом возрастала», — рассказывает руководитель проектов центра компетенций по технологиям строительства и ремонта скважин Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Андрей Ястреб.

В 2020 году с использованием российской РУС на Южно-Приобском месторождении удалось пробурить участок скважины длиной более 1,9 км. Успешные опытно-промышленные испытания на Южно-Приобском месторождении «Газпромнефть-Хантоса» стали результатом масштабной работы конструкторов и разработчиков. Технология потребовала создания комплекса уникальных научных решений, начиная с подбора сверхнадежных материалов и заканчивая изготовлением и успешным испытанием прототипов в реальных условиях.

Следующим этапом станут доработка и размещение электронных компонентов системы. «Работа еще не завершена, однако главное, что было создано простое и по-своему уникальное решение компоновки РУС, полностью российское и не зависящее от импортных компонентов», — считает Андрей Ястреб.

Чтобы довести предсерийный образец до стадии серийного производства, он должен пройти еще ряд стендовых и полевых испытаний и подтвердить свою надежность. «Такое оборудование должно быть готово к тому, чтобы работать долго, — объясняет Артем Закиров. — Роторные управляемые системы могут работать несколько лет. Безусловно, с учетом тех нагрузок, которым они подвергаются, РУСы должны регулярно проходить обслуживание и замену определенных узлов, однако система в целом не должна прийти в негодность после нескольких пробуренных скважин».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ