Роторные управляемые системы (РУС) - это современное поколение забойного бурового оборудования, обеспечивающее снижение рисков возникновения осложнений и аварий, позволяющее осуществлять управление траекторией скважины (рис 1).
В комплексе с различными MWD/LWD инструментами РУС открывают новые возможности при наклонно направленном бурении и решении сложных 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 ЦДУ ТЭК Минэнерго РФ 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 РФ эти 4 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 тч за счет инвестиций в разработку технологий, необходимых для ТЭК.
Одним из 1х направлений импортозамещения в ТЭК и в высокотехнологичном бурении стали именно РУС.
В 2015 г только 2 производителя: концерн Электроприбор и НПП Буринтех, закончив этапы концептуальной проработки и проектирования, смогли выйти на скважинные испытания прототипов 1х отечественных РУС.
«Тюменская буровая компания», «Пермская компания нефтяного машиноcтроения», ГК Интегра и др, 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 3 выдвижных башмака.
Работа прибора осуществляется на 4х 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.
Недостатки прибора:
- 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 2 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 РУС 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 2 режима работы: набора кривизны и стабилизации.
Для защиты от поворота корпуса применяются 1 выдвижная лопатка и 2 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.
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.
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 |
В конце 2014 г директор ИПНГ РАН, академик А. Дмитриевский, выступая на 7м Международном промышленно-экономическом форуме в РГУ НиГ им И. 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).
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 высокотехнологичного сервиса в бурении, в частности РУС - безальтернативный путь, который должны пройти отечественные технологии бурения.
Литература
2. Rotary steerable drilling systems directory.
Автор: А. Закиров, ктн, Газпромнефть НТЦ
