Для успешного строительства нефтяной скважины критически важно точно управлять движением бурового оборудования, особенно когда расстояние между местом начала бурения и слоем породы, содержащим нефть и газ, достигает нескольких километров. В таком случае очень важны методы передачи данных о состоянии скважины и инструмента для избежания аварий и других непредвиденных ситуаций. Однако традиционные способы в глубоких скважинах могут выходить из строя: кабели закручиваются вокруг бурового инструмента и рвутся, радиоволны не проходят через толщу земли, а шум оборудования заглушает звуковые сигналы. Ученые горно-нефтяного факультета ПНИПУ внедрили технологию по передаче данных через буровой раствор, который обычно закачивают в скважину для охлаждения и очистки инструмента, в ранее созданный уникальный высокотехнологический комплекс для строительства скважин. Такое решение обеспечивает стабильную связь на больших глубинах, не боится вибраций, шума и в 1,5-2 раза дешевле зарубежных аналогов.
Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Буровой раствор является важнейшим компонентом процесса строительства скважины, который выполняет множество критических функций. Прежде всего, он охлаждает и смазывает буровой инструмент, снижая трение между ним и стенками скважины, а также отводит тепло, предотвращая его перегрев и преждевременный износ. Еще одна ключевая задача бурового раствора — вынос шлама (разрушенной породы) на поверхность.
Использовать жидкость в качестве канала связи решили ученые горно-нефтяного факультета ПНИПУ. Для этого они в ранее созданную интеллектуальную систему управления траекторией ствола скважин на оптико-волоконных гироскопах внедрили пульсатор — механическую «тарелку», которая крепится на буровой ствол и перекрывает поток раствора с заданной частотой, создавая гидравлические импульсы (гидроудары). Они преобразуются в двоичный код (0 и 1), где каждый гидроудар — это сигнал. Они, подобно азбуке Морзе, несут цифровую информацию о параметрах бурения. Например, серия единиц означает длительный всплеск давления.
С высокой скоростью сигнал достигает поверхности, где высокочувствительные датчики фиксируют малейшие изменения давления. Затем специальное программное обеспечение, также разработанное политехниками, фильтрует шумы и расшифровывает данные, выводя информацию о движении на экран. В результате оператор получает на мониторе точную трехмерную картину траектории бурения в реальном времени.
— Внедренная технология фактически превращает обычный буровой раствор в высокотехнологичный канал связи. Жидкость, которая традиционно используется только для охлаждения и очистки, теперь выполняет еще и функцию информационного носителя. Главное преимущество технологии — ее универсальность и надежность. Система работает на глубине до 3000 метров, не требует остановки бурения для обслуживания и использует уже имеющуюся в скважине инфраструктуру. По предварительным оценкам, ранее созданный высокотехнологический комплекс для строительства скважин при использовании такого решения будет в 1,5-2 раза дешевле зарубежных аналогов, — отметил Александр Мелехин, доцент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, кандидат технических наук.
В настоящее время система проходит промышленные испытания на месторождениях Пермского края. Эта технология открывает новые возможности для безопасного и точного бурения сложных скважин, значительно снижая риски и экономические потери.