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.
Рассказываем, почему его создание оказалось задачей исключительной сложности и какие перспективы открывает начало производства подобных систем в России.
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) , 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. 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.
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 . 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.
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. 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. Это вопрос экономической эффективности крупных проектов, которые уже реализуются, таких как „Мессояха“ и „Новый порт“, а также будущих проектов.
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.
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. Чтобы довести предсерийный образец до стадии серийного производства, он должен пройти еще ряд стендовых и полевых испытаний и подтвердить свою надежность.
Подписывайтесь, чтобы больше узнать о технологиях в нефтяной отрасли. Оставляйте свои комментарии - нам важно знать ваше мнение.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».