Д. Ю. СЕРИКОВ – д.т.н., профессор, академик РАЕН РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, dr.serikov@rambler.ru
А. П. НЕСТЕРОВ – технический директор ООО «Реобент»
Несмотря на многочисленные санкции и ограничения, введенные в отношении нашей страны, Российская Федерация показывает уверенный рост экономики и промышленного производства. Одним из локомотивов экономики РФ является нефтегазовая отрасль. В частности, компании, занимающиеся транспортировкой нефти и газа, существенно нарастили работы по сооружению новых ниток нефтяных и газовых трубопроводов, с целью перенаправления нефтегазовых потоков с Запада на Восток. В связи с этим существенно увеличилась потребность в агрегатах различного назначения, используемых при сооружении трубопроводных систем. В процессе строительства данных объектов нередко возникает потребность в подземной прокладке трубопроводов: под руслами рек, озер, болотистых мест, строительных объектов, горных массивов и т. д.
Наиболее распространенным и эффективным способом преодоления таких мест на сегодняшний день является наклонно-направленное бурение. Оно позволяет максимально сократить время сооружения подземных переходов вдоль всей трассы трубопровода и тем самым снизить суммарную стоимость строительства данного сооружения.
Процесс наклонно-направленного бурения скважин при прокладке нефтяных и газовых трубопроводов, как правило, осуществляется специальными проходческими агрегатами с использованием широкого спектра бурового оборудования и инструмента. Формирование ствола осуществляется в два основных этапа: бурение начальной направляющей (пилотной) скважины и последующее ее расширение до требуемого диаметрального размера (рис.1 А). Если на первом этапе используется обычный буровой инструмент (долота различных типоразмеров), применяемый при бурении нефтяных и газовых скважин, то на втором уже используются специальные породоразрушающие инструменты, предназначенные для расширения наклонно-направленных стволов и скважин больших диаметров, имеющих значительные участки с профилем, близким к горизонтальному.
На сегодняшний день разработано и активно используется множество конструкций проходческих агрегатов и породоразрушающих инструментов, предназначенных для формирования наклонно-направленных скважин подземных переходов нефтяных и газовых трубопроводов. Однако если с буровыми долотами различных типов проблем практически не возникает, то со специальными расширителями дело обстоит немного сложнее. При этом основные объемы разрушенной породы приходятся как раз на данный вид инструмента. В связи с этим необходимость дальнейшего их совершенствования является достаточно актуальной задачей. Особенно в условиях введенных беспрецедентных санкций в отношении нашей страны и ухода с рынка множества иностранных производителей, специализирующихся на изготовлении данного вида бурового инструмента.
В настоящее время самым широко используемым на практике шарошечным расширителем является буровой снаряд, конструкция которого, представлена на рис. 2. Она включает в себя присоединительную трубу, направляюще-центрирующий аппарат, корпус с приваренными к нему секциями от стандартных буровых долот, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин. Расширитель может оснащаться как одним (рис. 2), так и несколькими ярусами вооружения (рис. 1 А).
Разработкой и изготовлением данного вида бурового инструмента в настоящее время в основном занимаются многочисленные российские и китайские небольшие производители, стремительно занявшие эту нишу за счет предоставления сервисным компаниям приемлемых цен, сроков изготовления и надежности поставок.
Однако данный буровой инструмент обладает рядом существенных конструктивных недостатков, в дополнение к которым добавляются и технологические проблемы при его использовании.
На (рис. 3 А) представлен износ шарошечного расширителя диаметром 400 мм и отдельных его элементов (рис. 3 Б, В, Г), отработавшего по граниту 150 метров и 120 метров по дресве. Отчетливо видно, что сильному износу подверглась передняя часть направляющего (центрирующего) аппарата (рис. 3 Б). Она сильно завальцована, а твердосплавная наплавка стерта до металла.
При этом задняя часть изношена значительно меньше. Это скорее всего говорит о том, что буровой снаряд работал с перекосами. Шарошки расширителя все целы, однако при этом наблюдается следующая закономерность в износе их зубчатого вооружения. В то время как твердосплавные зубья периферийных рядов изношены незначительно, средние и вершинные венцы имеют существенный износ, отличительной особенностью которого является превалирующее разрушение со стороны набегающих граней зубьев (рис. 1 В). Это свидетельствует о несоответствии геометрии вооружения шарошек характеру и условиям взаимодействия зубьев вооружения расширителя с поверхностью кольцевого забоя расширяемой скважины. На эту тему проведено большое количество исследований и посвящено множество публикаций в научной литературе. Однако производители продолжают использовать стандартные долотные шарошки при изготовлении расширителей, в угоду снижения себестоимости их изготовления.