Методические основы расчета затрат на ремонт долота PDC

В процессе отработки долота PDC изнашиваются. Решение о дальнейшем использовании долота обычно принимается оператором на основе промежуточного визуального контроля состояния долота между рейсами. Практический опыт ООО «ИСК «ПетроИнжиниринг» показал, что одним из эффективных средств повышения технико-экономических показателей строительства скважин является ремонт долот PDC, если при отработке и оценке степени износа долота правильно и своевременно учитывать возможность его ремонта. Для этого необходимо, чтобы описание износа долота при визуальном осмотре позволяло получить хотя бы грубую оценку ожидаемых затрат на ремонт при каждом промежуточном состоянии между рейсами.
Предложенное описание состояния долота PDC [1] может быть использовано для получения необходимых исходных данных и проведения приближенного сметного расчета затрат на ремонт. В настоящей статье рассмотрен подход компании ООО «ИСК «ПетроИнжиниринг» к расчету затрат на ремонт долот PDC, представлены оценки поэлементных затрат на ремонт, выполнен тестовый числовой пример расчета ожидаемых затрат на ремонт долота.
В общем целесообразность ремонта подразумевает выполнение двух условий. Во-первых, затраты на ремонт должны быть меньше стоимости нового долота. Во-вторых, при примерно одинаковых условиях отработки долото после ремонта должно обеспечить достижение проходки, близкой к возможной проходке новым долотом до его полного износа.

Примем, что затраты на ремонт долота состоят из суммы затрат на ремонт отдельных элементов:
(1)
где ЗРЕМ. Д – затраты на ремонт долота, руб.; ЗРЕМi – затраты на ремонт i-го элемента долота, руб.
Чтобы отправить долото в ремонт, следует произвести анализ технического состояния долота в целом, предварительно оценив степень износа каждого элемента. Основными элементами долота являются: резцы, посадочные гнезда под резцы, промывочные узлы и корпус, диаметр долота и присоединительная резьба [1].

В свою очередь затраты на ремонт каждого элемента долота можно разделить на две основные составляющие: затраты на материалы ЗМi и затраты на оказание услуг (работ), по ремонту ЗOУi, например, пескоструйную обработку, дефектоскопию, армирование твердым сплавом, пайку, шлифовку, транспортировку и т.д. :
(2)
Подставляя (2) в (1), получим:
(3)
На основе анализа смет нескольких заводов, которые ремонтируют долота PDC, была произведена оценка вклада суммарных затрат на оказание услуги по ремонту от затрат на материалы для ремонта долота. Оказалось, что в среднем эти затраты составляют 70 – 90 %. Таким образом, если не детализировать затраты на отдельные технологические операции при ремонте различных элементов долот, то общие затраты на ремонт долота можно приблизительно оценить следующим образом:
(4)
а ремонт отдельного элемента долота:
(5)

где КОУ=1,8 – эмпирический коэффициент, учитывающий затраты на услуги по ремонту. Если затраты на оказание услуг по ремонту долота расшифровывать подробнее с помощью дополнительного расчета, то данный коэффициент может быть уточнен, но общая схема рассуждений не изменится.
Подробно рассмотрим определение степени износа и расчет затрат на ремонт каждого элемента долота. Оценим возможный их вклад в общие затраты на ремонт. Определение степени износа долота следует начинать с резцов, так как они являются основным элементом долота и замена поврежденных резцов – это наиболее затратная часть ремонта.
1. Оценка затрат на ремонт резцов PDC (i=1).

Как предложено ранее [1], если при осмотре обнаружено любое заметное повреждение резца, то вне зависимости от степени и особенностей износа следует отнести такой резец к элементам, требующим замены при ремонте. Отметим, что данный подход приводит к некоторому завышению ожидаемых расходов на ремонт, так как часть резцов, которые имеют небольшие, но заметные повреждения, могут оказаться пригодными для повторного использования. После проведения в заводских условиях специальных дефектоскопических исследований и проверки на отсутствие скрытых трещин такие резцы при ремонте повторно устанавливают на долото, просто поворачивая на 90°, 120° или 180°, чтобы обеспечить остроту режущей кромки.
Затраты на ремонт резцов пропорциональны количеству поврежденных резцов. Так как на долоте могут применяться несколько типоразмеров резцов, отличающихся по стоимости, то для более точной оценки затрат желательно разбить общее количество поврежденных резцов по типоразмерам. Таким образом, затраты на ремонт резцов составят:
(6)

где j=1…m – номер типоразмера резца PDC; CPj – стоимость одного резца j-го типоразмера, руб; dj – количество поврежденных резцов j-го типоразмера, шт.
2. Оценка затрат на ремонт посадочных гнезд под резцы (i=2).
Если поверхность посадочного гнезда еще полностью прикрыта телом резца, корпусом и наплавочным материалом, то гнездо следует признать неизношенным. Если же при осмотре повреждение посадочного гнезда заметно и составляет до 50 % начальной площади поверхности, то такое гнездо следует считать ремонтопригодным. Затраты на материалы в этом случае определить затруднительно, поэтому на основании смет заводов примем, что стоимость ремонта одного частично поврежденного посадочного гнезда CГj равна половине затрат на материалы при замене одного резца CPj соответствующего размера.
Посадочные гнезда от повреждений, в основном, защищает слой армирующего материала, который наносится при изготовлении долота. Поэтому даже если при осмотре не выявлено повреждения посадочных гнезд, необходимо предусмотреть возможные затраты на восстановление твердосплавной наплавки, как некоторую долю от полной стоимости армирования рабочих поверхностей лопастей с помощью коэффициента повреждения твердосплавной наплавки KНЛ=0,2. Отмеченное визуально хотя бы одно частично изношенное посадочное гнездо косвенно свидетель­ствует о более значительных повреждениях армирующего слоя. При повреждении от одного до трех посадочных гнезд примем KНЛ=0,4. Наличие более трех частично поврежденных гнезд говорит о том, что твердосплавная наплавка на рабочих поверхностях лопастей имеет существенные повреждения и при ремонте необходимо, по сути, повторное полное армирование долота твердым сплавом, тогда KНЛ=0,8. В общем виде затраты на ремонт посадочных гнезд составят:
(7)
где CГj=0,5⋅CРj – стоимость ремонта одного посадочного гнезда j-го типоразмера, руб.; qj – количество поврежденных посадочных гнезд j-го типоразмера, шт.;

AЛ – затраты на полное восстановление твердосплавной наплавки на рабочих поверхностях лопастей, руб.;
– коэффициент повреждения твердосплавной наплавки на рабочих поверхностях лопастей, значение которого зависит от количества частично поврежденных посадочных гнезд. Таким образом, qj=0, КНЛ=0,2; qj=1…3 шт., КНЛ=0,4 и qj > 3 шт., КНЛ=0,8.
Несмотря на то что затраты на ремонт посадочных гнезд могут быть небольшими, часто их состояние является основной причиной отправки долота в ремонт. При повреждении поверхности посадочного гнезда более чем на 50 % начальной площади сложно обеспечить достаточную направляющую базовую поверхность для повторной установки резца, поэтому восстановление такого гнезда затруднительно и долото даже всего с одним полностью изношенным посадочным гнездом утилизируется, либо, если допускается установка резца с незначительной потерей ориентации, возможен его ремонт. Поэтому принимать окончательное решение об утилизации долота по износу посадочных гнезд желательно в условиях завода. В любом случае, чтобы более эффективно отработать долото, а также снизить риск преждевременного износа, рекомендуется при достижении хотя бы одним посадочным гнездом состояния частичного износа отправлять долото на ремонт.
3. Оценка затрат на ремонт узлов промывочных насадок (i=3).
Если насадка остается на своем месте, не размыт корпус вокруг нее и целостность резьбы под насадку сохранена, то узел промывки следует считать неизношенным. Затраты на ремонт такой насадки незначительны. При повторной установке той же насадки приходится лишь заменить уплотнительное кольцо и герметизирующий состав. Выпадение насадки свидетельствует о сквозном размыве диаметра первоначального отверстия под нее и ведет к усложнению и удорожанию операции по ремонту. Кроме насадки потребуется установка дополнительной твердосплавной втулки, поэтому затраты на материал для ремонта одного узла увеличиваются на стоимость насадки и твердосплавной втулки. Если защита промывочных каналов и внутренней полости конструктивно в новом долоте не была предусмотрена, то размыв и выпадение одной насадки, как правило, сопровождается наличием значительных размывов внутренней поло­сти корпуса долота. В таком случае ремонт только одной насадки не рационален, для обеспечения механических показателей отработки отремонтированным долотом на уровне нового целесообразно произвести ремонт всех промывочных каналов и восстановить внутреннюю полость долота, а также сделать дополнительную наплавку для защиты внутренней полости корпуса от последующих размывов. Если в ходе отработки долота после первого ремонта насадка повторно выпала, то можно ограничиться ремонтом узла только данной насадки. Таким образом, оценка затрат на ремонт узлов промывочных насадок зависит от ряда дополнительных особенностей состояния долота, но во всех случаях определяется количеством и составом ремонтируемых узлов промывочных насадок:
(8)
где CH – стоимость промывочной насадки, руб; g – количество потерянных промывочных насадок, шт.; СТВ – стоимость твердосплавной втулки, руб.; h – количество твердосплавных втулок, которые нужно установить при ремонте, шт.; AВП – затраты на армирование внутренней полости долота, руб.
Установка втулки возможна при сквозном размыве первоначального отверстия под промывочную насадку не более чем на 4 мм, иначе надежно установить твердосплавную втулку затруднительно. В случае если промывочный узел сильно размыт (>4 мм) или зафиксирован сквозной размыв корпуса, то промывочный узел и долото в целом считаются не пригодными к ремонту и долото утилизируется.
4. Оценка затрат на восстановление калибрующего диаметра долота (i=4).
Долото после ремонта должно иметь характери­стики нового долота, в том числе диаметр долота по предельным отклонениям должен удовлетворять стандарту API Spec. 7 или ГОСТ 26474-85. Практически используемые при отработке долота ограничения по диаметру обычно превышают допуски на новое долото, поэтому даже при отправке в ремонт долота, которое пригодно для дальнейшей отработки, может потребоваться восстановление его номинального диаметра. Например, по указанным выше стандартам для нового долота PDC с номинальным диаметром DНОМ=215,9 мм предельное отрицательное отклонение составляет -0,51 мм по калибрующему диаметру. При этом руководство [1] допускает продолжение отработки долота до левой границы ремонтопригодности долота, которая соответствует износу на 1 % от номинального диаметра. Завершать отработку долота и отправлять его в ремонт нужно при износе диаметра более 2,2 мм. Таким образом, при износе только диаметра долота на ∆D=1 мм (DФАКТ=214,9) в ремонт его отправлять еще не обязательно, но восстанавливать калибрующую поверхность уже нужно вместе с другими элементами.
Допустимое уменьшение диаметра на 2 % от номинального было предложено в качестве правой границы области ремонтопригодности [1]. Однако новые факты ремонта долот PDC говорят о возможном перемещении правой границы, т.е. увеличении допустимого износа примерно до ≈ 5 – 6% [2].
Для восстановления номинального диаметра необходима замена твердосплавных вставок и (или) резцов, а также нанесение твердого сплава на калибрующие поверхности лопастей. В этом случае затраты определяются по формуле:
(9)
где СВД – стоимость твердосплавной вставки и (или) резца PDC, которые используются для армирования калибрующего диаметра долота, руб; ν – количество заменяемых вставок и (или) резцов, шт.; АКП – стоимость твердого сплава для восстановления износа калибрующего диаметра на 1 мм, руб/мм; ∆D=DНОМ – DФАКТ – износ долота по калибрующему диаметру, мм.
5. Затраты на ремонт присоединительной резьбы долота (i=5).
После ремонта присоединительная резьба долота должна соответствовать резьбе нового долота, поэтому обязательно при ремонте производится проточка имеющейся резьбы с восстановлением профиля и натяга в соответствии с ГОСТ Р 50864-96 или полностью заменяется резьбовая часть долота.
При оценке износа резьбовой части долота рекомендуется определять соответствие величины натяга «Н» и профиля замковой резьбы допустимым значениям с помощью специальных шаблонов. Если все нитки резьбы выглядят целыми, нет очевидных грубых механических повреждений, натяг «Н» в пределах нормы и не было зафиксировано повреждений резьбы при сборке и разборке КНБК, следует считать резьбу долота не требующей ремонта. Если же при осмотре обнаружены повреждения резьбы, которые препятствуют навинчиванию долота, либо величина натяга «Н» не соответствует норме, то ниппель подлежит замене.
Так как в условиях буровой установить вид последующего ремонта присоединительной резьбы долота затруднительно, то для всех зафиксированных случаев частичного износа долот по резьбе независимо от того, насколько сильно изношена присоединительная резьба, примем затраты на материал при ремонте резьбы равными полной стоимости новой резьбовой части корпуса долота. Затраты на ремонт резьбы в значительной степени определяются типоразмером присоединительной резьбы (которая в свою очередь зависит от диаметра долота), в общем виде их можно представить:
(10)
где СП=f(DНОМ) – зависимость затрат на материалы при ремонте резьбовой части долота от типоразмера резьбы (диаметра долота).
Оценив степень износа и затраты на ремонт отдель­ных элементов для каждого состояния, можно определить общие затраты на ремонт долота по формуле (1). Предложенный подход по сути является развитием руководства [1] и может применяться для приблизительной оценки затрат на ремонт при каждом промежуточном состоянии долота между рейсами.
Рассмотрим методику расчета затрат на ремонт долота PDC на примере долота 215,9 MS1643SS № 221554, отработанного на Восточно-Перевальном месторождении Западной Сибири. На момент отправки долота в ремонт код износа долота по руководству [1]: Р1 (80 %); Г1; Н1; Д0; П0. В таблице представлены исходные данные, которые были сформированы на основе замеров долота и дефектной ведомости, а также оценки затрат на материалы, которые характерны для рассматриваемого типоразмера долота и условий региона отработки.
Исходные данные. На долоте повреждены 7 резцов диаметром 13 мм и 13 резцов диаметром 16 мм, повреждено 5 посадочных гнезд под резец 16 мм; следовательно, коэффициент повреждения наплавки на рабочих поверхностях лопастей равен 0,8 (КНЛ=0,8). Одна насадка потеряна, работы по установке твердосплавных втулок и армированию внутренней полости корпуса долота не планируются: АВП=0. Фактический диаметр долота DФАКТ ≈ 213,9 мм, не соответствует номинальному: ∆D>0,51 мм, ремонт требуется. Резьба З-117 не изношена, полная замена резьбовой части долота не требуется, достаточно проточить имеющуюся резьбу с восстановлением профиля и натяга в соответствии с ГОСТ Р 50864-96: Сп=2000 руб.
По формулам (6) – (10) и (1) рассчитаем затраты на ремонт отдельных элементов и всего долота:

Рассмотренная приблизительная оценка затрат может быть скорректирована при более детальном изучении состояния долота в условиях завода. Следует отметить, что расхождение между предлагаемой оценкой и фактическими затратами на ремонт может быть связано с организационными и технологическими особенностями конкретных заводов. При этом ориентировочная схема оценки прогнозируемых затрат на ремонт долот составлена с вероятной ошибкой в большую сторону. Например, фактические затраты на ремонт долота 215,9 MS1643SS № 221554 оказались приблизительно 200 000 руб., что меньше расчетного значения на 20%.

Выводы
1. Разработана методическая схема оценочных сметных расчетов затрат на ремонт долота и его элементов.
2. Предложенный подход может применяться для приблизительной оценки динамики затрат на ремонт при каждом промежуточном состоянии долота между рейсами.
3. Выполнен тестовый числовой пример расчета затрат на ремонт долота.