В рамках реализации отраслевой стратегии альтернативного замещения при введенных санкционных ограничениях в части высокотехнологичных сервисов при бурении на шельфе и баженовской свиты на предприятии «БУРИНТЕХ» была создана рабочая группа. На основе уже имеющихся идей, разработанных конструктивных схем и рабочих чертежей концепции отклонения долота от оси забоя скважины создана первая отечественная роторная управляемая система гидромеханического типа РУС-ГМ (рис. 1). В 2016 г. проект РУС компании «БУРИНТЕХ» был одобрен экспертным советом Фонда развития промышленности (ФРП), для разработки и налаживания производства предприятию был выделен льготный заем в размере 300млн руб.
В РУС с электрогидравлическим принципом действия энергия бурового раствора, подводимая с устья на забой скважины, преобразуется в электрическую при помощи турбогенератора. При этом основная часть электроэнергии, в свою очередь, затрачивается на питание электродвигателей насосов, создающих давление в приводных поршнях отклоняющих плашек РУС.
Отличие применения РУС с гидромеханическим принципом заключается в прямом использовании вышеописанной энергии бурового раствора. В данном исполнении РУС-ГМ приводные поршни отклоняющих плашек приводятся в действие энергией бурового раствора, а усилие прижатия их полностью зависит от перепада гидродинамического давления на уровне инструмента.
Тем самым в РУС-ГМ не используются дорогостоящие компоненты, такие как насосы, электродвигатели, модули электроники, турбогенераторы и др. Для передачи энергии бурового раствора на поршни приводов отклоняющих плашек в виде давления рабочей жидкости достаточно использовать в конструкции РУС-ГМ простые механизмы и элементы, такие как гидравлические редукторы, пружины сжатия, торцевые муфты и др. Созданная роторно-управляемая система основана на гидромеханическом принципе и может быть совместима с различными MWD системами.
При применении РУС-ГМ, разумеется, возникает необходимость в ручном управлении, что увеличивает время, затрачиваемое на манипуляции, связанные с переключениями режимов работы и выставлением направления в процессе управляемого бурения, по сравнению с существующими роторными управляемыми системами зарубежных компаний. Однако это окупается меньшими эксплуатационными затратами. Если сравнивать с традиционной компоновкой наклонно-направленного бурения, включающей забойный двигатель с отклоняемым на заданный фиксированный угол шпинделем, то постоянное вращение всей компоновки обуславливает следующие неоспоримые преимущества применения РУС: улучшение условий очистки и качества ствола, увеличение протяженности наклонно-направленных и горизонтальных участков, сокращение времени проработки пробуренного интервала скважины и т.д.
При разработке и проектировании прототипа РУС-ГМ определено оптимальное (с точки зрения минимизации непроизводственного времени) количество режимов работы – один нерабочий и два рабочих. Режим переключения является нерабочим, промежуточным, режимом, в который оборудование переходит при отключении буровых насосов или при значительном уменьшении расхода относительно номинального. В данном режиме оборудование будет находиться в транспортном положении или в момент переключения между двумя рабочими режимами РУС-ГМ.
Режим стабилизации параметров кривизны (СПК) является одним из двух рабочих режимов РУС-ГМ, предназначенным для бурения участков стабилизации без искривления ствола скважины. В режиме СПК РУС-ГМ отклоняющие плашки отключены, а корпус зацеплен относительно вала, что также помимо бурения участков стабилизации позволяет в данном режиме ориентировать корпус РУС-ГМ.
Управляемое роторное бурение с РУС-ГМ осуществляется в режиме набора параметров кривизны (НПК). Режим НПК является вторым рабочим режимом РУС-ГМ после режима СПК. Переключение между двумя этими рабочими режимами производится попеременно через режим переключения, т.е. путем отключения и последующего возобновления циркуляции промывочной жидкости.
Общая картина начала управляемого бурения с РУС-ГМ:
— В режиме СПК производится ориентирование корпуса по необходимому направлению бурения.
— РУС-ГМ переключается в режим НПК, в котором происходит выдвижение отклоняющих плашек с принятием корпуса РУС-ГМ эксцентричного положения относительно ствола скважины и разъединение вала и корпуса.
Последующий процесс управляемого роторного бурения характеризуется вращением всей бурильной колонны, кроме корпуса РУС-ГМ, который скользит и не вращается за счет прижатия отклоняющих плашек к стенкам ствола скважины. При этом усилие прижатия отклоняющих плашек создает боковое усилие на долото, которое искривляет траекторию ствола скважины в выставленном направлении. Проворот корпуса и, соответственно, потеря выставленного направления бурения отслеживаются магнитометром в нижнем модуле телеметрии и передаются на устье по гидравлическому каналу связи.
Перед опытно-промысловыми испытаниями прототипы РУС-ГМ прошли стендовые испытания на установке горизонтально-наклонного бурения в испытательном полигоне Центра разработки НПП «БУРИНТЕХ». Результаты подтвердили работоспособность РУС-ГМ по удержанию выставленной ориентации корпуса при скольжении в режиме наклонно-направленного бурения внутри обсадной трубы, имитирующей стенки ствола скважины.
С 2016 г. НПП «БУРИНТЕХ» совместно с ПАО «Газпром нефть» в рамках реализации совместных мероприятий по импортозамещению начали проводить опытно-промысловые испытания отечественной роторно-управляемой системы гидромеханического типа РУС-ГМ-195. Испытания в феврале 2019 г. на площадке ООО «Газпромнефть-Хантос» стали пятыми по счету и были признаны успешными. К этим испытаниям были изготовлены доработанные по результатам предыдущих испытаний образцы роторно-управляемой системы РУС-ГМ-195 (рис. 2) для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин диаметром 220,7 мм.
Состав КНБК:
БИТ 220,7 РН 516 УВ.198-10 + РУС-ГМ-195 + НУБТ-172 (т/с «Compass») + HOS-172 + КСН-210 + НУБТ-172 + остальной инструмент.
Пробурен интервал 1297 — 2735 м с РУС-ГМ-195 без критических отклонений от плановой траектории со средней интенсивностью набора параметров кривизны 1,1 °/10 м, и с максимальной – 1,97 °/10 м проходки в режиме управляемого роторного бурения.
Результаты опытно-промысловых испытаний:
– Пробурен интервал 1297 — 2735 м без отклонений от плановой траектории ствола скважины со средней пространственной интенсивностью при роторном управляемом бурении – 1,1° на 10 м проходки. Максимальная пространственная интенсивность составила 1,97° на 10 м проходки.
— Подтверждена работоспособность по удержанию выставленной ориентации геостационарного корпуса при роторном управляемом бурении. При бурении участков направленного бурения необходимости в перевыставлении ориентации корпуса не возникало. Средняя скорость проворота корпуса составляла 20 – 30° за 10 м проходки.
— Подтверждена работоспособность модуля электроники по отслеживанию в реальном времени положения корпуса при роторном управляемом бурении.
— Выявлена необходимость в доработке роторно-управляемой системы РУС-ГМ-195 в части повышения ресурса работы перед началом коммерческой реализации в 2019 г.
— Выявлены требования к системам верхнего привода по обеспечению скорости вращения инструмента от 150об/мин для достижения показателей механической скорости бурения, сопоставимых со скоростями при бурении винтовыми забойными двигателями в верхних интервалах ствола скважины.
Компания активно разрабатывает роторно-управляемую систему в габарите 124мм, первый прототип которой планирует выпустить в конце 2019 г.
