Цель данного материала – найти узкие места в проектировании и совершенствовании нефтедобывающего технологического оборудования, а также показать сильные и слабые стороны участников инновационного процесса: разработчика, изготовителя, потребителя, государства.
Зачастую распознать проблемы, особенно глобальные, изучая лишь один сегмент нефтедобычи, сложно. А вот при сравнении нескольких объектов узкие места становятся контрастными, более зримыми. Поэтому сравним внедренные за последние 10 лет новации в секторах добычи и бурения по степени их влияния на технический прогресс. Такое сопоставление корректно, так как погружное оборудование у буровиков (только о нем в статье и пойдет речь) имеет близкие габаритные размеры, а вращающиеся рабочие инструменты (долота) так же, как нефтедобывающие насосы, эксплуатируются в абразивосодержащих жидкостях при аналогичных скважинных условиях.
Сначала проанализируем результаты, достигнутые в каждом секторе, а затем определим, где удалось добиться больших успехов, почему произошло именно так и какие не только технические факторы способствовали этому.
Не стану подробно останавливаться на эксплуатационных преимуществах нового насосного оборудования. Материал не об этом. Дам лишь оценку объемов внедрения и напомню, за какое время это внедрение происходило.
В механизированной добыче внедрены или опробованы следующие новации:
1. Вентильные ПЭД. Начало их серийной эксплуатации пришлось на начало 2000-х годов. За это время всеми отечественными заводами изготовлено порядка 15 тысяч таких приводов. Причем их основная масса выпущена в последние 10 лет. Потому оцениваю количество вентильных ПЭД, находящихся в эксплуатации в России, в объеме 5 – 7 % от общего количества скважин, на которых размещены УЭЦН.
2. Шнековые сепараторы. Речь пойдет о конструкциях, у которых не наблюдается перерезания корпуса при эксплуатации в абразивосодержащих средах. При этом данное оборудование, по сравнению с традиционными роторными сепараторами, обладает лучшими рабочими характеристиками, особенно при повышенной частоте вращения. Применение оборудования началось в 2009 г. Сейчас такие устройства заняли порядка 20 % рынка, а управление механизированной добычи «Роснефти» в нынешнем году рекомендовало их для еще более широкого использования [1].
3. К новациям относятся и энергосберегающие центробежные установки. Их применение позволяет сберечь до 30 % потребляемой электроэнергии [2]. По интересующей нас ситуации уточню: начало серийных поставок оборудования данного класса началось в 2008 г. Сейчас годовой объем его продаж составляет около 5 % всего рынка полнокомплектного оборудования в России.
4. С 2012 г. началось внедрение ПЭД с повышенным напряжением питания. Сегодня их использование в «Роснефти» составляет около 17 %.
5. Начало кратковременно-периодической эксплуатации УЭЦН можно отнести к 2005 г. Эта инновация внедрена на тех месторождениях, где она была экономически оправдана. Оценочно объем внедрения данной технологии составляет примерно 80 % от возможного.
6. УЭЦН малого диаметра. Изделия 3-го габарита находятся в эксплуатации с 2009 г., габарита 2А – с 2011-го. Объем их выпуска соответствует запросам заказчиков на насосные системы, используемые в ремонтных, боковых и горизонтальных стволах. И составляет примерно 1,5 % от общего числа скважин, оснащенных центробежными установками.
7. Зарубежные коллеги запустили УЭЦН для эксплуатации в средах с температурой до 250 °С. Отечественные нефтяники заказов на такие установки пока не давали.
8. Плунжерные насосы. За эти годы в «Татнефти» для улучшения их параметров внедрены около 2000 цепных приводов, а в ЛУКОЙЛе и некоторых других НК для работы в искривленных участках вместо штанг начали использовать канаты.
В области разработки, производства и внедрения УЭЦН проработал более 26 лет. Один из основателей компании «НОВОМЕТ-ПЕРМЬ».
Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники.
Почетный член Экспертного совета по механизированной добыче нефти.
Имеет более 50 публикаций в журналах и сборниках России и США.
Автор 84 отечественных и 10 международных патентов.
Данные устройства большого распространения (менее 5 %) на общем фонде страны пока не получили.
9. В 2002 г. на промыслах появились винтовые насосы, укомплектованные погружными низкооборотными вентильными двигателями. На 15-й год внедрения разработка перешла в фазу массового использования. Оценочно их выпуск за прошедшее время составил около 1000 штук.
Подведем промежуточный итог. Инновационных разработок в сегменте погружного электроприводного оборудования вроде бы предостаточно. Это, в частности, позволило в объединении «Славнефть» за последние 10 лет уменьшить более чем на 40 % совокупные удельные затраты на одну механизированную скважину [3].
Кстати, зарубежных новинок среди всех перечисленных новаций всего лишь одна. Что, безусловно, доказывает: некоторые из внедренных изобретений находятся на уровне лучших мировых аналогов.
Однако некоторое смущение вызывает низкая скорость внедрения инноваций. От первых продаж до массового внедрения проходит минимум семь – девять лет.
Это, на мой взгляд, связано, как с нечеткой формулировкой технического задания (разработано – заказанное, но заказано не совсем то, что требовалось), так и с невозможностью изготовителя добиться с первого раза необходимого качества оборудования. Возможно, для каких-то изделий покупатель не был достаточно проинформирован о преимуществах новаций. Не исключаю, что в создавшейся ситуации виноваты и сами нефтяники. Не чувствуется у них желания что-либо менять в устоявшихся производственных процессах. Нет, видимо, к тому серьезной мотивации…
Размышления вслух
Можно подойти к проблеме и с другой стороны, заняв консервативную позицию. Тогда придем к выводу: в рассматриваемом сегменте нефтедобывающей отрасли быстрого внедрения и не должно происходить по определению. Такова якобы его специфика. Но данная ситуация, соответственно, требует принятия неких конкретных мер. Ведь разработчикам и заводам-изготовителям необходимо компенсировать убытки, которые они будут нести в связи с длительнейшим (десятилетним!) сроком окупаемости новой продукции. Сегодня такая «компенсация» проводится путем увеличения продажной цены. В связи с чем возникает большая разница между стоимостью нового и традиционного оборудования, что часто ведет к конфликтам между продавцами и покупателями. Для справки: у нефтяников в программах расчета стоимости владения есть пункт, предписывающий отказаться от приобретения, если срок окупаемости превышает полтора года. В разных отраслях промышленности сроки окупаемости различны. Но такое большое расхождение, как в рассматриваемом случае, вызывает недоумение. Наш покупатель = потребитель = клиент – тот самый уважаемый нефтедобытчик – фактически отказывается приобретать значительную партию новинки до… окончания 10-летнего (десятилетнего!) срока ее – как бы «эксплуатационного» – испытания. Здесь уже явный конфликт (контраст)…
В механизированной добыче подобный скачок в применении материалов произошел в 90–е годы прошлого века. Тогда и были внедрены для насосов, точнее, для изготовления ступеней, порошковые технологии, а для вентильных двигателей – технологии изготовления постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов.
А вот что происходило в бурении. Главное: на другой, качественно новый уровень поднята технология нанесения на твердый сплав массивного (толщиной до 2 мм) алмазного покрытия (при производстве долот). Это позволяет вести бурение на высокой скорости без сколов алмазного слоя даже в очень твердых породах. С учетом этого и рассчитано оптимальное расположение на долотах резцов, представляющих собой композит твердого сплава с алмазом. Модернизированы стенды испытания подобных изделий, массово внедрена технология бурения таким инструментом.
Показано, что скорость коммерческого бурения данными долотами, по сравнению с типовым оборудованием, возросла в 2 – 3 раза! При этом стойкость инструмента также выросла, причем в 5 – 7 раз. Если раньше при бурении двухкилометровой скважины надо было сменить до 5 – 7 долот, то сейчас одним новым инструментом бурят 2 – 3 скважины!
Созданы, доведены до высокой степени надежности и внедрены:
– система каротажа LWD, позволяющая в процессе бурения получать информацию о породах, через которые проходит компоновка низа бурильной колонны (КНБК);
– система точной ориентации в пространстве бурового инструмента MWD;
– роторная управляемая система, позволяющая менять направление оси бурового инструмента без отключения вращения колонны.
При этом передача информации с КНБК на устье скважины проводится по гидравлическому каналу связи.
(Хотелось бы отметить низкую скорость передачи информации, связанную с низкой частотой работы гидравлических пульсаторов. Пока имеющийся темп передачи сигналов достаточен, чтобы бурить с требуемой скоростью горизонтальные скважины в пластах толщиной от 5 м, не задевая выше и нижерасположенные геологические структуры. Но что дальше?..)
Вместе отмеченные качественные улучшения позволяют, при соответствующей подготовке сервисных служб, проводить бурение нескольких параллельных горизонтальных скважин и даже создавать систему каналов типа «рыбьего скелета». Последняя технология по дебиту не уступает методу множественного гидроразрыва и по первым прикидкам имеет КИН выше, так как, в отличие от МГРП, бесконтрольно не разрушает структуру пласта.
Отдельно отмечу массовое внедрение в последнее десятилетие технологии множественного гидроразрыва и создание для этого надежного специализированного оборудования (флота на базе 10 – 20 грузовых машин).
Из сказанного – вывод: в бурении произошла техническая революция, а в сегменте механизированной добычи – только лишь модернизация. Хотя и достаточно заметная. Таков первый контраст.
Второй контраст. Инновации в секторе добычи базируются на конструкторских решениях, а основой принципиальных изменений в бурении послужило создание композиционного материала нового поколения и технологии его применения.
В механизированной добыче подобный скачок в применении материалов произошел в 90-е годы прошлого века. Тогда и были внедрены для насосов, точнее, для изготовления ступеней, порошковые технологии, а для вентильных двигателей – технологии изготовления постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов.
Но за последнее время у ЭЦН-щиков в данном направлении развития можно отметить только улучшение электроизоляционных свойств кабельных линий. Что и позволило запустить в серию ПЭД с более высоким рабочим напряжением.
В сегменте плунжерных и винтовых насосов развитие материаловедческих исследований практически остановилось в прошлом веке. Поэтому больших достижений в области объемных насосов и не произошло.
Осмелюсь высказать гипотезу: дальнейшее успешное развитие в насосном сегменте возможно лишь при создании совершенно новых износостойких материалов и изготовлении из них конструкционных элементов по рентабельным технологиям.
Появление таких материалов и технологий позволит улучшить параметры уже существующих изделий, опробовать на практике разработки, которые пока существуют только в чертежах или лишь как опытные экземпляры. Эти новые материалы дадут толчок и к возникновению объемных насосов не известных сегодня типов. (Эти вопросы автору близки как металлофизику по образованию, который 20 лет с начала трудовой деятельности занимался научными исследованиями в области порошковой металлургии, композиционных материалов и напыляемых покрытий).
Поддержку в разработке новых материалов, полагаю, должны каким-то образом оказывать и сами нефтяные компании. Ведь их маржинальная прибыль превышает 200 %, а у изготовителей оборудования не дотягивает и до 25-ти...
Кроме того, сейчас одним из важнейших для нефтяной отрасли направлений стало снижение себестоимости добычи нефти путем создания скважин и месторождений «интеллектуального» типа. При этом вряд ли можно говорить, что созданные нефтяниками модели оптимизации разработки пластов окажутся в полной мере эффективными без использования объемных насосов. Данное оборудование, по команде из центра управления, сможет в широких пределах изменять основные параметры (как закачки в пласты воды, так и добычи из скважин нефти).
Размышления вслух
Как специалист, связанный с материаловедением и организатор инновационных процессов, считаю здесь уместно сказать об идущей в мире цифровой революции.
Сформулирую одну из главных проблем, связанную с данным витком технического прогресса. Какие страны получат наибольшую выгоду от предстоящих изменений? Те, где окажется много математиков, программистов, экономистов, менеджеров? Нет. Не такие специальности начнут определять динамику развития.
Основными точками роста станут предприятия, на которых потребуется изготовлять миллиарды новых цифровых устройств: датчиков, процессоров, исполнительных механизмов, систем передачи и хранения информации. Потому-то в выигрыше окажутся те страны, которые к началу процесса «цифровизации» цивилизации успеют подготовить достаточное количество требуемых для этого материаловедов и инженерно-технических кадров. Вот, на мой взгляд, необходимое условие.
Как видите, и здесь, как при производстве насосов, на первый план выходят вопросы, связанные с созданием новых материалов. Уверен, именно темп их создания задает скорость научно-технического развития промышленности.
Дополнительным условием, ускоряющим технический прогресс, служит наличие в стране такого политического режима, который не только не препятствовал бы протеканию инновационных процессов, а реально, не на бумаге, стимулировал их. С последним в России, мягко сказать, неважно лет триста [4]...
Кстати, в декабрьском указе президента [5] число упоминаний о том, что государство собирается поддерживать и даже, возможно, помогать становлению инновационных процессов, более 20. Будем же всем миром надеяться, что так и произойдет.
Третий контраст. Практически все инновации в мехдобыче нефти ( за исключением высокотемпературных установок) опираются на отечественные разработки, серийно производимые в России. А часть из них даже экспортируется. Почему так получилось у «добычников» – предмет отдельного рассмотрения. Сейчас речь о другом. К нашему сожалению: большая часть техники для бурения скважин сложного профиля (наклонно-направленных и горизонтальных с большими отходами, с разветвленными и многоствольными стволами) завозится к нам из-за рубежа. То, что данная техника обслуживается и российскими специалистами – не слишком большое утешение. Другими словами, в буровой отрасли вклад россиян в техническую революцию последнего десятилетия не очень-то значителен.
Для сравнения отмечу: в советское время достижения отечественных специалистов в создании новых технологий и оборудования для буровиков (в отличие от отставания в секторе добычи) находились на паритетном с зарубежными коллегами уровне. Ресурсов на это у государства, несмотря на серьезное противостояние с Западом в военной сфере, почему-то хватало. Куда же сейчас делись ресурсы?..
Четвертый контраст связан с ценами на импортное оборудование. Только одна система каротажа и навигации буровых инструментов стоит более одного миллиона долларов. Сравните с ценой полнокомплектных добывающих установок отечественного производства, которые стоят всего два – три миллиона рублей!
Не могу не сказать и о геологоразведке. Отношение к разработке новой техники в ней такое же, как и у буровиков. Вот что, в частности, сказал на заседании Совета Федерации директор департамента по науке и техническому развитию Росгеологии Сергей Костюченко: «Недропользователям в разы выгоднее приобретать импортную аппаратуру для проведения геологоразведочных работ, чем заниматься собственной разработкой НИОКР в рамках импортозамещения… Мы все с нетерпением ждали выборов в США и снятия санкций, которое дало бы возможность не заниматься производством собственных аппаратурно-технических средств, а покупать импорт» [6]. По-видимому, подобная позиция существует и у многих других руководителей государства. Делать какие-либо выводы из сказанного Сергеем Костюченко не требуется. Здесь как раз тот случай, когда любой комментарий лишь снижает силу эмоционального воздействия подобных высказываний на специалистов.
Объяснить некоторые из существующих в нефтедобывающей отрасли контрастов можно следующим.
В отдельных отраслях нашей промышленности по разным причинам («если звезды зажигают – значит – это кому-нибудь нужно»?) недостаточно развито производство наукоемкой продукции. В связи с этим российские компании покупают большое количество оборудования за рубежом. Это происходит и в нефтегазовом секторе. Таким образом, нефтяники как бы «инвестируют» средства иностранным поставщикам, а не вкладывают их в развитие отечественного машиностроения. При этом России приходится еще и «выступать в роли донора человеческого капитала для мировой науки» [5].
Такая пагубная практика существует в стране уже более пятидесяти лет.
Нельзя не согласиться с доводом, что во многих случаях использование международного разделения труда целесообразно. Но коли такая политика в долгосрочном периоде становится определяющей, преимущества могут превратиться в катастрофу.
Приведу пример того, как сложно, на фоне массово закупаемых за рубежом технологий, внедрять отечественные разработки.
«Российская фрактуринговая компания» в 2013 г. изготовила оборудование (флот) для гидроразрыва пластов. В нем основные узлы и изделия не копировали зарубежные образцы. Флот успешно работает. Его стоимость не превышает цены конкурентов. Однако дальнейших заказов от нефтяных компаний так и не последовало. Всего в стране в эксплуатации находится около сотни флотов. Закупаются лишь импортные …
Все это происходит на фоне большого количества правительственных постановлений и деклараций о приоритетности внедрения импортозамещающего отечественного оборудования, именно для ГРП.
В свое время близкая по сути ситуация сложилась в отношении энергосберегающего оборудования. Есть, как сказано выше, даже его поставки нашим и зарубежным (!) потребителям. Но почему-то именно внутри страны продажи идут весьма вяло.
О чем говорят данные примеры? В России всегда с опаской относились к инноваторам, инициативы снизу лишь раздражали начальство. Такая ситуация –
естественное последствие любого авторитарного режима. Во всяком случае, для меня такой вывод достаточно логичен…
Кто же тогда ходит у нас в фаворитах? В марте созрел ответ. Персонал, подготовивший продажу 19,5 % акций «Роснефти», получил правительственные награды [7]. Не знак ли это всем нам сверху: финансисты и экономисты – опора державы. А кто же тогда инженеры, технически подготовленные специалисты, научные работники (с учетом наездов на Академию наук)? Люди второго сорта?
К большому сожалению, объективно сложившаяся (не без нашего с вами участия) в стране ситуация такова: научно-техническое отставание от индустриально развитых государств никакими указами быстро не ликвидируешь.
Но цель озвучена. И остается надежда, что Россия в обозримый период сумеет найти силы и средства для прорыва на этом важнейшем стратегическом рубеже.
