Буровое оборудование

Новые технологии – путь к прогрессу

Решающее влияния на процесс совершенствования оборудования, без сомнения, оказывает развитие соответствующих технологий. В настоящее время можно выделить несколько ключевых технологий в бурении нефтяных и газовых скважин:

• Бурение наклонно-направленных скважин.
• Горизонтальные скважины, в т.ч. с большим отходом по горизонтали.
• Зарезка боковых стволов.
• Многозабойное бурение.
• Бурение с наклонным забуриванием.
• Бурение с управлением давления (бурение на равновесии или депрессии).
• Бурение на обсадных трубах.
• Бурение с одновременной обсадкой.
• Бурение скважин малого диаметра.
• Расширяемые обсадные трубы (бурение монодиаметром).
• Заканчивание горизонтальных скважин с применением многостадийного ГРП.

Внедрение современных технологий бурения требует повышения управляемости буровых установок (БУ), поэтому в буровых парках год от года увеличивается количество буровых с регулируемым приводом. При этом регулируемый привод постоянного тока фактически уступил место частотно-регулируемому приводу AC переменного тока. Выпуск буровых установок с приводом постоянного тока был прекращен уже около 10 лет назад.
Управляемость буровых установок также зависит от достоверности и своевременности информации о текущем состоянии бурового процесса. В настоящее время ведущие мировые производители ставят перед собой задачу интеграции систем управления поверхностным и забойным оборудованием и создания общей системы управления буровой установкой, построенной на анализе параметров забойного процесса.

Помимо развития технологий все большее влияние на используемое оборудование оказывает изменение условий бурения. Рост глубин бурения является объективным процессом, связанным с отработкой и истощением мелкозалегающих пластов и переходом на эксплуатацию все более глубоких горизонтов. Этим фактором в значительной мере обусловлена большая потребность буровых компаний в новых буровых установках и соответствующей модернизации действующих. Грузоподъемность в 320 т фактически стала стандартной для российских буровых предприятий. Постепенно в парках увеличивается доля машин грузоподъемностью 400 – 500 т.

Анализ затрат времени и средств на бурение показывает,

что наибольшие резервы кроются

в двух областях:
• сокращении затрат времени
на монтаж – демонтаж,
• сокращении затрат на строительство кустовых площадок.

В диапазоне грузоподъемностей от 200 до 270 т мы практически не встречаем установок легче 225 т. Это обусловлено внедрением новых технологий, в частности технологий горизонтального бурения, и применением верхнего привода, увеличивающего общую массу движущихся частей. Достаточно стабильный объем закупок установок этого класса связан с необходимостью замены изношенного парка оборудования.
Значительно увеличились в 2013 – 2015 гг., по сравнению с предыдущим периодом, закупки мобильных буровых установок, представленных в сегменте установок грузоподъемностью до 200 т. Это, очевидно, связано с активизацией работ на старых месторождениях с целью повышения эффективности их отработки. В целом можно наблюдать некоторое сжатие внутреннего рынка буровых установок, очевидно, связанное с кризисными явлениями на мировом нефтегазовом рынке.

Дешевле, надежнее, технологичнее – значит, современнее

Драматичное падение мировых нефтяных цен усилило значимость группы факторов, связанных со стремлением подрядчиков к снижению затрат на всех этапах эксплуатации буровой установки. Анализ затрат времени и средств на бурение показывает, что наибольшие резервы кроются в двух областях:

• сокращении затрат времени на монтаж – демонтаж.
• сокращении затрат на строительство кустовых площадок.
Вопросы, связанные с сокращением монтажно-демонтажных работ, решаются путем внедрения следующих решений:
• модульной компоновки буровых установок;
• оптимизации массо-габаритных параметров;
• быстроразъемных соединений;
• бескранового (легкокранового) монтажа;
• интегрированного оборудования (СВП);
• самоподъемных оснований;
• телескопических мачт.
Уменьшение размеров кустовых площадок достигается за счет:
• укороченного (многоэтажного) эшелона БУ;
• многоэшелонной компоновки БУ;
• применения разнонаправленных «шагающих» механизмов перемещения буровой установки.

Еще одной значительной статьей затрат времени и средств являются непроизводительные простои. Сокращение простоев может быть достигнуто путем: повышения надежности и качества оборудования; модульной конструкции оборудования; упрощения механической части оборудования; резервирования наиболее ответственных узлов и систем.
Логичным продолжением темы обеспечения безопасности и повышения эффективности бурового процесса является обеспечение высоких эргономических характеристик создаваемого вновь или модернизируемого оборудования. Современные установки обязательно должны быть оснащены комфортабельной кабиной бурильщика, в которой должен поддерживаться оптимальный микроклимат, установлены удобные кресла, эргономичные пульты управления и панели контрольных приборов. Кабины оснащаются видеомониторами с изображением основных рабочих зон буровой установки. Повышению безопасности и снижению трудоемкости бурового процесса способствует целая гамма технических средств:
• Системы верхнего привода (мобильные и интегрированные).
• Гидравлические буровые ключи и спайдеры.
• Механизмы для установки превенторной сборки без использования традиционных талей.
• Система манипуляторов и средств механизации приемных мостков.
• Механизация и автоматизация операций верхового рабочего.
• Комплексная автоматизация спуско-подъемных операций (СПО).
• Автоматизация оборудования циркуляционных систем.
В перспективе просматриваются достижение комплексной автоматизации основных производственных процессов и создание «беспилотных» буровых комплексов.

Ключ – Автоматизация

Несколько слов необходимо уделить развитию отдельных систем буровых установок.
Продолжает свое развитие насосное оборудование. Для проведения глубокого гидроразрыва пластов при заканчивании скважин начали активно применяться многоплунжерные насосы, которые обеспечивают значительно большую подачу при очень высоких давлениях. Применение таких насосов уменьшает необходимое количество насосных установок в составе флотов ГРП и обеспечивает необходимые технологические параметры процесса гидроразрыва. Предпринимаются попытки создания новых конструкций буровых насосов. В качестве примеров можно указать разработку и опытное применение шестипоршневых аксиальных насосов и сверхдлинноходовых насосов с реечным механизмом. Однако эти конструкции пока не нашли своего широкого применения. Еще одной новинкой в этой области является появление триплексных буровых насосов с Y-образной конфигурацией клапанных коробок. Это новшество позволило значительно увеличить диапазон рабочих значений расхода и давлений бурового раствора. Мощность самого насоса увеличилась до 1790 кВт.
В последние годы наметился переход к новым типам мачт буровых установок. Сегодня в буровых установках глубокого бурения, в основном, применяется несколько типов вышек и мачт:
1. Башенные вышки устаревших буровых установок типа 3Д и 4Э.
2. А-образные мачты традиционных буровых установок.
3. А-образные мачты с открытой передней гранью современных буровых установок.
4. Наклонные телескопические или секционные мачты мобильных буровых установок.

Современный этап развития этого вида бурового оборудования заключается в распространении нового типа мачт – «прямоногих» мачт с открытой передней гранью и интегрированной системой силового верхнего привода. В этом случае конструкция мачты делится на две части – верхнюю прямолинейную коробчатую секцию небольшого поперечного сечения на боковых стержнях («ногах»), в которой смонтированы направляющие интегрированного

верхнего привода, а в некоторых случаях размещены элементы реечного механизма. Нижняя секция мачты имеет разнообразную конструкцию и служит в качестве опоры для верх­ней секции и обеспечения необходимого рабочего пространства для манипуляций с оборудованием при бурении и проведении спуско-подъемных операций. Такая конструкция мачты позволяет уменьшить общий вес оборудования, упростить и ускорить проведение монтажно-демонтажных работ.

В некоторой степени с появлением нового типа буровых мачт связано внедрение нового типа механизмов для обеспечения возвратно-поступательных движений бурового снаряда. Речь идет об устройствах, позволяющих полностью заменить на современных буровых установках такой важный элемент, как буровая лебедка. Одним из основных типов

безлебедочных устройств являются реечные механизмы. В отличие от лебедок реечные механизмы позволяют создавать нагрузку не только при подъеме, но и при спуске инструмента или труб в скважину («силовой спуск»). Наличие такой возможности упрощает проведение работ при забуривании скважины и при спуске в скважину инструмента или обсадных труб. Появляется возможность оперативного регулирования нагрузки на инструмент не путем управления натяжением талевого каната, а за счет прямой передачи нагрузки на бурильную колонну.

Вектор развития – импортозамещение и экономика проектов

В свою очередь, в связи с развитием процесса импортозамещения, российские предприятия интенсифицировали работу над отечественными аналогами систем, ранее практически в полном объеме импортировавшихся в страну. Это касается прежде всего систем силового верхнего привода (СВП). Появились новые конструкции буровых ключей, выполненных по распространенной за рубежом схеме со статическим раскреплением и докреплением резьб гидравлическими механизмами. Ведется работа над совершенствованием очистного оборудования циркуляционных систем.

Подводя итог обзору, можно отметить, что процесс развития бурового оборудования продолжается. При этом акценты в ощутимой степени смещаются в сторону автоматизации и «смартизации» основных производственных процессов. Завершение высокого цикла на мировых энергетических рынках, несомненно, будет выдвигать на первый план экономические показатели эффективности оборудования. С другой стороны, постепенное истощение запасов традиционных месторождений будет толкать технологов и машиностроителей к созданию новой техники для экономически эффективного решения проблем освоения месторождений с трудноизвлекаемыми ресурсами.