В конце 90-х гг. большинство нефтяных скважин в Западной Сибири имели наклонно-направленный профиль. Хотя сегодня данные скважины считаются одними из самых простых, на тот момент ситуация складывалась таким образом, что полный цикл строительства скважины составлял 20 и более дней.
Столь большой срок объяснялся тем, что, во-первых, бурение шло по технологиям 70 — 80-х годов XX века, а во-вторых, в составе компоновки использовались шарошечные долота в большинстве случаев российского и украинского производства, изредка — более дорогие иностранного производства. При этом и те, и другие шарошечные долота далеко не всегда могли обеспечить необходимую эффективность бурения.
Одно долото PDC на смену 10 шарошечных
Проходка на одно шарошечное долото при бурении стандартной скважины в Западной Сибири составляла не более 200 – 250 м, механическая скорость бурения не превышала 20 м/час. Расход долот на одну скважину составлял, как правило, от 10 до 20 штук. Более того, для смены долота требовалось выполнить пропорциональное количество спуско-подъемных операций (СПО). В результате на их производство затрачивалось до 30 % времени от всего баланса календарного времени строительства скважины.
В условиях постоянно растущей потребности в углеводородах требовалось не только увеличивать объемы бурения, но и строить скважины более сложных конструкций. Разумеется, в такой ситуации российские буровые компании были максимально заинтересованы в улучшении показателей и сокращении сроков. Решением могли стать долота режуще-скалывающего действия.
Работы по проектированию данных долот велись параллельно в СССР и за рубежом, начиная с 50-х гг. XX века. Однако распад СССР позволил зарубежным компаниям продвинуться несколько дальше в этом направлении.
В качестве основного элемента, взаимодействующего с горной породой, в долотах режуще-скалывающего действия применялись резцы, оснащенные поликристаллическими алмазами (англ. – PDC – polycrystalline diamond compact), что и дало название долотам – долота PDC.
В отличие от шарошечных долот, долота PDC могли помочь увеличить механическую скорость бурения, продолжительность рейса, а также сократить аварийность за счет исключения подвижных элементов. Однако существовал ряд ограничений.
Во-первых, на рынке отсутствовали PDC долота отечественного производства. Покупка же зарубежных конструкций требовала значительных денежных вложений как собственно из-за их высокой стоимости (корпуса долот изготавливались из твердосплавного порошка), так и из-за проблем с логистикой, вызванных низкой заинтересованностью западных производителей в российском рынке.
Во-вторых, нередко приобретение долот PDC, разработанных и произведенных за рубежом, было абсолютно нецелесообразно с точки зрения технологии. Конструкции таких долот не были адаптированы к геологическим условиям Западной Сибири, так как разрабатывались по большей части для американского и ближневосточного рынков. Они были унифицированы и не позволяли решать конкретные задачи, стоящие перед определенной буровой компанией.
Существовала и еще одна довольно серьезная проблема. Фактически ни одна из российских буровых компаний не располагала оборудованием, которое позволяло бы в полной мере использовать потенциал долот PDC. Данный инструмент имеет более высокую моментоемкость, и для его эффективной работы требуются более мощные забойные двигатели. Кроме того, из-за специфики разрушения горных пород резанием и увеличения механической скорости требовалось улучшить очистку скважины от выбуренной породы. А отсутствие подвижных элементов способствовало образованию сальников.
Учитывая все перечисленные факторы, необходимо было сначала оснастить буровые бригады новым оборудованием: забойными двигателями, системами очистки и др. Однако в начале 2000-х все разработки, представленные на российском рынке, даже самые новые, были ориентированы только на шарошечные долота.
Но самое значительное ограничение долот PDC того времени – это их «неуправляемость» при направленном бурении. Отсутствие опыта работы с инструментом такого класса не позволяло контролировать рост реактивного момента при бурении наклонно-направленных скважин. Это приводило к сложностям при наборе параметров кривизны в процессе бурения.
СОЗДАНИЕ «БУРИНТЕХ» И первые РОССИЙСКИЕ PDC ДОЛОТА
В сложившейся ситуации необходимо было направить потенциал в области разработок на получение конструктивных решений данного вопроса, что позволило бы обеспечить опережающее технологическое развитие производства нефтегазового оборудования, а также создать условия для повышения квалификации буровых бригад.
Только специализированным научно-производственным предприятиям по силам было предложить максимально короткий путь от научной идеи до реализации ее в промышленных масштабах.
В 1999 г. группа энтузиастов во главе с Гиниятом Гарифулловичем Ишбаевым создали Научно-производственное предприятие «БУРИНТЕХ». К этому времени Г.Г. Ишбаев защитил докторскую диссертацию по долотам режуще-скалывающего действия «Новые системы промывки и вооружения бурового и специального инструмента режуще-скалывающего действия» (1997). Также в основу будущих разработок компании легли достижения научной школы, связанной с созданием породоразрушающего инструмента, которая сложилась в Башкирии еще в 70-х гг. XX века, и новейшие научные данные, учитывающие достижения зарубежных исследователей.
Первоначально основным направлением деятельности предприятия было производство бурильных головок для стандартных снарядов для отбора керна. Также к реализации предлагалась обширная линейка фрезерного инструмента, изготавливалось оборудование для ликвидации аварий и подземного ремонта скважин.
Однако богатый практический опыт сотрудников предприятия, а также существующие тенденции увеличения объемов строительства скважин в сложных геолого-технических условиях, сопровождающегося увеличением глубины бурения и усложнением конструкции ствола скважины, показывали, что главной целью НПП «БУРИНТЕХ» должен стать выпуск инструмента, находящегося «на острие» нефтедобычи.
Расчеты, выполненные специалистами НПП «БУРИНТЕХ», подтверждали, что применение долот PDC позволит повысить механические скорости бурения секций скважины минимум в два, а то и в три раза. Именно PDC долота, в случае успешного решения всех проблем, связанных с их применением, могли совершить настоящую революцию в бурении, за ними было будущее.
В результате в 2000 г. для опытно-промысловых испытаний ОАО «Сургутнефтегаз» были представлены первые шести- и восьмилопастные алмазные долота БИТ-214,3 МС2 и БИТ-214,3 С2, оснащенные помимо PDC резцов твердосплавными вставками с импрегнированными алмазами.
Чтобы добиться значительного снижения стоимости корпуса, указанные долота изготавливались в стальном корпусе с наплавкой на тело защитного слоя твердого сплава. Правильность данного решения, предложенного НПП «БУРИНТЕХ», подтвердил последующий опыт применения долот. В результате практически все буровые компании перешли на долота со стальным корпусом.
Долота имели сбалансированную по силам схему вооружения, позволяющую значительно снизить риск повреждения резцов в результате действия аномально высоких вибрационных нагрузок, причем балансировка сил осуществлялась в трехмерном пространстве. Комбинированная режущая структура позволила значительно увеличить проходку на долото при высокой механической скорости.
Первый опыт применения долот PDC специалисты НПП «БУРИНТЕХ» сочли не вполне удачным, так как при проходке примерно 200 м в нижней секции были зафиксированы размывы. Однако со временем эту проблему удалось решить, проходки увеличивались сначала до 600 м, потом до 1000 м.
Несмотря на воодушевляющие результаты, долота НПП «БУРИНТЕХ» все еще использовались только в нижних интервалах скважин. И связано это было, как и в случае с долотами PDC зарубежного производства, в первую очередь с отсутствием на отечественном рынке забойных двигателей, которые могли бы обеспечить требуемый крутящий момент.
Тем не менее, использование долот PDC даже в нижних интервалах скважины дало заказчикам большой экономический эффект. Если шарошечного долота, в среднем, хватало на 100 м, то конструкции PDC позволяли бурить всю секцию без смены долота. А это была огромная экономия, в том числе на спуско-подъемных операциях. Разумеется, в такой ситуации буровые компании по достоинству оценили возможности долот PDC: их стойкость и механическую скорость.
Полное перевооружение буровой отрасли
Будучи заинтересованными в дальнейшем развитии столь перспективного направления, буровики поставили перед производителями забойных двигателей задачу – разработать двигатели, которые смогут эффективно работать с PDC.
Дальнейшие научные исследования в области технологий бурения стали катализатором эффективного развития НПП «БУРИНТЕХ». Появились пятилопастные долота, которые позволили значительно увеличить скорость бурения. В результате в верхних интервалах скорость стала сопоставима со скоростью бурения шарошечными долотами, появились четырехлопастные долота, в том числе в габарите 295,3 мм. А в габарите 214,3 мм производились четырех-, пяти-, шести- и восьмилопастные долота.
Хотя процесс внедрения алмазных долот шел успешно, у буровиков нередко возникали значительные трудности с управлением компоновкой при наклонно-направленном бурении с использованием телеметрических систем. Они не могли поймать угол и стабилизировать отклонитель из-за большого реактивного момента. Острая потребность рынка, а также запуск в производство мощных забойных двигателей подготовили почву для внедрения еще одной разработки НПП «БУРИНТЕХ» – управляемых долот.
Серия управляемых долот БИТ2 была разработана и предложена в 2004 г. Она позволила работать в компоновке с искривленным забойным двигателем, то есть полноценно управлять траекторией скважины с алмазным долотом.
С этого момента начался настоящий бум внедрения долот PDC, который подтолкнул нефтегазовую отрасль к полному переоснащению буровых бригад. Была кардинально пересмотрена технология строительства скважин. Внедрен турбинно-роторный способ бурения, позволяющий управлять траекторией ствола скважины без дополнительных СПО, начала развиваться геонавигация. Кроме того, изменились требования к промывочным жидкостям и системам очистки.
Внедрение долот PDC позволило кратно увеличить ресурс долот. Сегодня одним стандартным долотом бурится 2 — 3 секции под эксплуатационную колонну наклонно-направленной скважины в Западной Сибири. Рекорд по проходке на долото БИТ 220,7 ВТ 513 УСВ.337-112 составляет 20 042 м (11 скважин). Спуско-подъемные операции, связанные с износом долота, сведены к минимуму. Долота PDC стали применяться в более сложных геологических разрезах Волго-Уральского региона, Восточной Сибири, Пермского края и др., используются для строительства сложных по профилю горизонтальных скважин. С применением долот PDC выполняются работы по срезке в открытом стволе, отходу от материнской колонны при бурении боковых стволов. Специалистами НПП «БУРИНТЕХ» освоен выпуск PDC долот диаметром от 57 мм до 490 мм.
СЛАГАЕМЫЕ УСПЕХА: ПЕРЕДОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО, ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПОДХОД, НАДЕЖНЫЙ СЕРВИС
Основополагающие факторы, которые позволяли и до сих пор позволяют НПП «БУРИНТЕХ» успешно конкурировать на рынке бурового инструмента, – совершенный процесс производства, передовые технологии и технико-технологическая поддержка.
Весь производимый инструмент проектируется с использованием новейших компьютерных автоматизированных технологий. Каждый этап проектирования инструмента тщательнейшим образом прорабатывается и анализируется с учетом теоретических, технико-технологических и практических знаний, полученных в результате многолетнего опыта научно-исследовательских и проектных работ специалистов предприятия.
Процесс проектирования начинается с всестороннего анализа свойств разбуриваемых горных пород. Это в первую очередь прочность на сжатие и на срез, угол внутреннего трения, абразивность, пористость и т.п. Также учитывается первичная информация по бурению предыдущих скважин в данном районе. При анализе данных о ранее пробуренных скважинах оцениваются результаты отработки долот и режимов бурения (диапазон нагрузок, скорости вращения, изменения механической скорости, необходимый момент на вращение и характерный износ инструмента и др.). На основе этого определяется оптимальная конструкция инструмента для рассматриваемых условий и вырабатываются рекомендации по его применению.
Еще одним неоспоримым преимуществом НПП «БУРИНТЕХ» всегда был индивидуальный подход к каждому заказчику. На этапе активного внедрения долот PDC практически каждая конструкция разрабатывалась под конкретную задачу. Силовые характеристики каждого долота (момент, нагрузка, частота вращения и т.п.) подбирались под то оборудование, которым в тот момент располагал заказчик. В зависимости от конкретных геологических, технико-технологических условий и режимов бурения, а также типа разбуриваемой породы на алмазный инструмент устанавливались резцы PDC, различные как по геометрическим параметрам и технологии изготовления, так и по конструктивным особенностям. Это также во многом позволяло добиваться высоких показателей, максимальной эффективности бурения.
Разумеется, столь масштабная работа не могла вестись только в одном направлении. Необходимо было продолжать исследования в области породоразрушающего и вспомогательного инструмента, внедрять сервисные услуги, оказываемые при строительстве скважин. Последнее на одном из этапов развития предприятия и буровой отрасли в целом вышло на первый план.
Многое в бурении зависит от буровой бригады, ее опыта. В тот период, когда началось активное внедрение долот PDC, специалистов, обладающих опытом работы с подобными конструкциями, в России не было.
В подобной ситуации руководство НПП «БУРИНТЕХ» приняло решение о предоставлении услуг по сопровождению бурения. Специалисты предприятия лично выезжали на объекты, что в свою очередь также позволяло развивать и совершенствовать технологию. С течением времени перечень оказываемых сервисных услуг при строительстве скважин расширялся. Появилось инженерно-телеметрическое сопровождение, приготовление и сопровождение буровых растворов, вырезка «окон» при ЗБС, отбор керна.
Если НОВОЕ, то только ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОЕ и УНИКАЛЬНОЕ!
На протяжении 20 лет своего существования НПП «БУРИНТЕХ» сохраняет стремление к максимально возможному удовлетворению потребностей заказчиков. В рамках реализации этой идеи было запущено производство матричных и шарошечных долот для бурения в сложных геологических условиях, разработаны и выпускаются бицентричные и импрегнированные долота, расширители раздвижные и лопастные, предлагается широкий спектр фрезерного инструмента.
Гидравлические и механические яссы производства НПП «БУРИНТЕХ» предназначены для освобождения прихваченного внутрискважинного оборудования. Выпускаются ремонтные и буровые яссы, правого и левого исполнения, односторонние и двухсторонние.
Среди новых уникальных типов инструмента, который является собственной оригинальной разработкой компании, защищенной патентами:
• протекторы забойные;
• корректоры подачи – демпферы;
• устройства гидромеханической очистки;
• разъединители колонн;
• химические реагенты для буровых и тампонажных растворов;
• оборудование и инструмент для вырезания «окна» в обсадной колонне;
• керноотборный инструмент;
• калибраторы и центраторы.
Также сегодня НПП «БУРИНТЕХ» ведет интенсивную работу по подготовке к серийному выпуску роторно-управляемых систем для бурения наклонно-направленных и горизонтальных участков диаметром 220,7 — 222,3мм. Процесс подготовки состоит из поочередных циклов изготовления, выпускных стендовых испытаний, опытно-промысловых испытаний и постоянного совершенствования конструкции.
В процессе разработки и изготовления прототипов РУС-ГМ-195 было решено множество высокотехнологичных задач. Перед запуском изготовления рабочих деталей конструктивные узлы, от которых напрямую зависят надежность и ресурс оборудования в целом, проходят лабораторные и стендовые испытания, исследования со сравнительным анализом по подбору наилучшей конфигурации.
Для проведения стендовых испытаний на территории предприятия построен и запущен испытательный полигон, оснащенный всем необходимым оборудованием для создания условий работы, приближенных к промысловым.
Встречая 20-летний юбилей компании «БУРИНТЕХ», можно уверенно констатировать, что работа, начавшаяся с внедрения долот PDC на небольших по протяженности участках в нижних интервалах скважины, благодаря упорству и энтузиазму команды единомышленников НПП «БУРИНТЕХ» в буквальном смысле перевернула всю российскую буровую отрасль.
