Основой повышения экономической эффективности предприятия в современных условиях жесткой конкурентной борьбы на мировых рынках является оптимизация производственного процесса, которая должна проводиться как в отношении его управленческой, так и технологической составляющей.
Так как нефтегазовая отрасль остается драйвером российской экономики [1], задача по внедрению и развитию взвешенных оптимизационных процедур на всех уровнях нефтегазового комплекса является как никогда актуальной. В этой связи этап строительства скважин стал весьма интересным с точки зрения наличия широкого круга «объектов оптимизации», к которым могут быть отнесены логистические потоки, конструкция скважины, выполняемые технологические операции и др. Буровой раствор, являющийся неотъемлемой составляющей технологического процесса бурения, может выступать как в качестве инструмента оптимизации, позволяя достигать желаемых технико-экономических показателей, так и ее объектом. Относительно бурового раствора как объекта оптимизации можно выделить два главных направления: актуализация компонентного состава, вплоть до полного изменения типа промывочной жидкости и управление объемами приготовления. Работа по обоим направлениям должна сопровождаться взвешенной и непредвзятой экономико-технологической оценкой достигаемого результата.
В настоящее время актуальность управления объемами приготовления буровых растворов определяется не только экономическим фактором, связанным с возможностью экономии материалов в случае сокращения объемов промывочной жидкости, затраченных на бурение скважины и сокращением дальнейших затрат на утилизацию отходов бурения, но и современными экологическими требованиями, определяющими необходимость минимизации техногенного воздействия на окружающую среду в районах проведения буровых работ, обладающих «хрупкой» биосферой.
Традиционно к технологическим решениям управления объемами отходов бурения принято относить ФСУ и системы термодесорбции. Но указанные технологии не позволяют превентивно сокращать объемы генерируемых отходов [2], а лишь дают возможность их переработки и частичной рециркуляции базовой жидкости, как, например, в случае с технологией фрикционной термодесорбции «HammerMill», используемой на Южно-Тамбейском месторождении компанией «НОВАТЭК».
Получившая в последние 10 лет распространение технология осушки шлама с вибросит высокоскоростной вертикальной центрифугой («УМОШ») в ряде случаев позволяет решить задачу по сокращению количества отходов бурения непосредственно на буровой установке, но при ее использовании необходимо учитывать ряд непростых технологических аспектов, таких как: логистические издержки, сложность монтажа и обслуживания, потребность в большом количестве рабочего персонала и др. Все это определяет необходимость применения альтернативных технологических решений.
В качестве такого решения может рассматриваться технология вакуумной осушки бурового шлама (ТВО БШ), например, система SCREEN PULSE (компании Шлюмберже), принцип работы которой заключается в создании зоны пониженного давления под последней ситовой панелью вибросита для повышения степени отделения бурового раствора от сбрасываемого шлама (рис. 1). Подобные системы обладают рядом безусловных преимуществ относительно перечисленных выше технологических решений, так как являются компактными, простыми в монтаже и обслуживании и не требуют большого количества обслуживающего персонала и энергоемких силовых установок.
Указанная технология является новой, имеется незначительный опыт ее применения в разных регионах на территории России. Еще в 2016 г. на одной из скважин в ЯНАО была показана экономия с раствором на углеводородной основе (РУО) с ТВО БШ за скважину около 15 % [3]. При использовании системы ТВО БШ на одном из месторождений Тимано-Печерской НГП было показано сокращение влажности шлама РУО до 30 %. Также имеются данные об успешном применении системы SCREEN PULSE совместно с соленасыщенным (NaCl) буровым раствором на основе прямой эмульсии (БЭРВО) в Восточно-Сибирском регионе, где получено снижение влажности шлама на 30-50 % в интервале под эксплуатационную колонну. Тем не менее, в настоящее время практически отсутствуют данные, позволяющие комплексно оценить возможность и экономическую целесообразность использования ТВО БШ в случае бурения с применением самых распространенных растворов на водной основе (РВО).
Для широкомасштабного тиражирования системы ТВО БШ необходима систематизация имеющихся результатов и выработка математического алгоритма оценки ее эффективности и экономической целесообразности применения для каждого конкретного проекта, что будет определяться типом бурового раствора, его плотностью, стоимостью и предполагаемым объемом работ. С целью выработки подхода к построению алгоритма анализа ТЭП при использовании ТВО БШ и оценки эффективности ее применения нами проведены опытно-промышленные испытания (ОПИ) системы SCREEN PULSE совместно с использованием РВО на месторождении, находящемся на территории Пуровского района ЯНАО и относящемся к Вынгапурскому НГР Надым-Пурской НГО.
Задачи и условия проведения испытаний
Задачей ОПИ являлась разработка математического алгоритма оценки ТЭП на основе сравнительного анализа коэффициентов влажности шлама в условиях применения вакуумной сепарации относительно бурения со стандартным комплектом оборудования очистки бурового раствора. ОПИ проводилось при бурении интервалов под эксплуатационную колонну (220,7 мм) и хвостовик (155,6 мм) на пласты группы БП.
Отбор образцов бурового шлама для сравниваемых серий испытаний производился при сопоставимых параметрах работы вибросит (режима вибрации, угла наклона рамы, типоразмера ситовых панелей). Площадь покрытия последней ситовой буровым раствором составляла 60–75 %. Обеспечивался пропорциональный поток бурового раствора между всеми виброситами. Отбор проб производился в одной точке. Пробы не отбирались при прокачивании и сбросе пачек или других технических жидкостей, СПО сразу после наращивания бурильных труб, циркуляции без бурения.
Методика проведения измерений и расчетов
Коэффициент влажности шлама определяется АНИ как объем бурового раствора, теряемого вместе с выбуренной породой, удаляемой на системе очистки и отнесенного к единице объема этой выбуренной породы (м3/м3, барр./барр. и т. д.) [4]. Согласно данным [4] в отрасли находят применение три принципиальных метода оценки влажности шлама. В настоящей работе использовался метод ретортного анализа, сочетающий в себе достаточную точность измерения и доступность обработки полученных результатов. В основу метода положено уравнение вида:
где W – коэффициент влажности шлама, м3/м3;
Ws – содержание воды в шламе по результатам ретортного анализа, % об;
Os – содержание смазки в шламе по результатам ретортного анализа, % об;
Wm – содержание воды в буровом растворе по результатам ретортного анализа, % об;
Om – содержание смазки в буровом растворе по результатам ретортного анализа, % об.
Значение эффективности работы системы очистки (ЭСО) определяется согласно методике Американского нефтяного института (АНИ) API RP 13C:
где Vприготовления – объем свежего БР, приготовленного за время бурения интервала.
где Vвыб. породы – объем выбуренной за интервал породы;
%выб. породы в растворе – содержание выбуренной породы в растворе в конце интервала.
Экономическая оценка эффективности внедрения ТВО БШ на проекте может быть представлена посредством коэффициента возврата инвестиций (ROI), который в общем виде определяется как:
где TR - экономия затрат, ден.ед.;
TC - доп.затраты на модернизацию, ден.ед.
Прим.: если ROI меньше 0 % — внедрение технологии экономически не оправдано. Если равен 0 % — вложения окупаются, но прибыли нет. Если больше 0 % — внедрение технологии экономически оправдано и сокращает затраты (приносит прибыль).
В случае внедрения ТВО БШ экономия затрат определяется сокращением объема приготовления бурового раствора и объема утилизации шлама, а дополнительные затраты на модернизацию определяются ставками аренды оборудования и обслуживающего инженерного персонала или амортизационными отчислениями в случае единовременной покупки оборудования.
Сокращение объема приготовления бурового раствора и, соответственно, сокращение объема утилизации может быть определено по формуле:
где ∆VБР/БШ – сокращение объема приготовления бурового раствора и объема утилизации бурового шлама, м3;
Dдол. – диаметр долота, м;
Ккав(%). – коэффициент кавернозности, %;
Lинтер. – протяженность интервала бурения, м;
ЭСО(%)ст. – эффективность системы очистки бурового раствора в стандартной комплектации, %;
Квлаж.ст. – коэффициент влажности шлама на системе очистки бурового раствора в стандартной комплектации;
ЭСО(%)с_ТВО – эффективность системы очистки бурового раствора, дополненной технологией вакуумной осушки, %;
Квлаж. с_ТВО – коэффициент влажности шлама на системе очистки бурового раствора, дополненной технологией вакуумной осушки;
Экономия затрат в общем виде представляется как:
где PБР – стоимость бурового раствора, ден. ед./м3;
PУБШ – стоимость утилизации бурового шлама, ден. ед./м3;
PТБШ – стоимость транспортировки бурового шлама, ден. ед./м3.
Тогда как доп.затраты на модернизацию:
где PА_ТВО_БШ – ставка аренды оборудования системы вакуумной осушки бурового шлама, ден.ед./сут.;
Q А_ТВО_БШ – количество суток работы оборудования, сут.;
PМ_ТВО_БШ – ставка за работу механика по обслуживанию оборудования системы вакуумной осушки бурового шлама, ден.ед./сут.;
QМ_ТВО_БШ – количество суток работы механика, сут.
Последовательность проведения испытаний и полученные результаты
Строительство всех скважин осуществлялось согласно проектно-технической документации, при отсутствии аварий и серьезных инцидентов, которые могли бы привести к существенному изменению технологического процесса или конечной конструкции скважин. На всех интервалах применялась биополимерно-минерализованная система БР на основе хлорида калия.
Полевая часть опытно-промышленных испытаний системы вакуумной осушки состояла из трех последовательных этапов (трех скважин) (рис. 2).
Первоначально предполагалось осуществить бурение одной опорной скважины без задействования вакуумной системы осушки (1-й этап) для определения диапазонов значений коэффициента влажности шлама на системе очистки в стандартной комплектации и двух опытных скважин (2-й и 3-й этапы) с постоянным задействованием системы ТВО БШ на интервалах под эксплуатационную колонну и хвостовик (табл. 1). Но в процессе реализации ОПИ возникла необходимость корректировки изначальной программы испытаний. При бурении интервала под эксплуатационную скважину на 2-ом этапе в первой опытной скважине производились работы по ликвидации притока, что не позволило задействовать систему осушки на этом этапе выполнения работ. Задействовать систему ТВО БШ в полной мере на 3-м этапе также не представилось возможным, так как в связи с организационно-управленческими особенностями проекта в начале строительства интервала под эксплуатационную колонну применение установки было временно ограничено. Но начиная уже с нижних отложений Вартовской свиты, установка находилась в работе непрерывно.
Важно отметить, что итоговые интервальные значения коэффициентов влажности шлама были определены как среднее арифметическое результатов, полученных при строительстве соответствующего интервала, дифференцированных как по дням бурения секции, так и внутри каждой стратиграфической единицы (табл. 2).
Полученные результаты подтвердили наши прогнозы, согласно которым применение вакуумной системы осушки бурового шлама позволят сократить потери РВО в среднем на 15 % (табл. 2, средние значения 1.62 с ТВО БШ против 1.91 без ТВО БШ).
Опираясь на результаты ОПИ, нами впервые проведена комплексная оценка экономической эффективности применения на рассматриваемом проекте ТВО БШ с РВО. Оценка проводилась относительно усредненной стандартной конструкции в соответствии с тендерным техническим заданием (табл. 3).
Ключевыми параметрами, определяющими величину дополнительных затрат на проведение модернизации системы очистки, являются ставки аренды оборудования и обслуживающего персонала или амортизационные отчисления в случае единовременной покупки оборудования. Рассмотрено три сценария внедрения ТВО БШ на проектах, реализуемых с применением РВО, но, безусловно, их может быть больше:
• первый (базовый) сценарий, предполагает аренду оборудования и задействование инженера-механика только на одной кустовой площадке;
• второй сценарий предполагает сохранение затрат на аренду оборудования, но их сокращение за счет одновременного обслуживания одним инженером-механиком оборудования на 5-ти кустовых площадках;
• третий сценарий рассматривает вариант прямой продажи оборудования конечному потребителю или буровому подрядчику с одновременным обслуживанием одним инженером-механиком оборудования на 5-ти кустовых площадках.
Результаты расчета ROI представлены в табл. 4.
Как показали результаты моделирующих расчетов для усредненной конструкции скважины, внедрение ТВО БШ в базовом сценарии на рассматриваемом проекте не является эффективным решением с экономической точки зрения, что обусловлено достаточно низкой стоимостью бурового раствора и ставкой утилизации 1 м3 бурового шлама наряду с высокими ставками аренды оборудования и его обслуживания инженером-механиком. Такая ситуация связана с небольшим объемом выполненных работ, что не позволило понизить арендную ставку. В случае увеличения объема работ, позволяющего произвести снижение арендной ставки, экономическая целесообразность внедрения системы вакуумной осушки шлама на проекте может быть значительно повышена. Например, при снижении арендной ставки в два раза ROI базового сценария для интервала ЭК изменяется с –28% до 37 %. Также последние тенденции кратного увеличения закупочной стоимости большинства материалов позволяют рассматривать возможность значительного увеличения в обозримом будущем стоимости 1 м3 бурового раствора. И, к примеру, увеличение стоимости 1 м3 бурового раствора даже на 50 % выводит ROI использования ТВО БШ по базовому сценарию в положительный тренд.
Модельный вариант, предполагающий обслуживание одним специалистом нескольких комплектов оборудования в границах месторождения, позволяет лишь немного повысить экономическую эффективность модернизации. Самым привлекательным для конечного пользователя с финансовой точки зрения является вариант прямой закупки оборудования. При расчете принято, что налоговая амортизация затраченных средств производится за стандартный пятилетний период, а оборудование используется в течение 100 суток в году.
Следует отметить, что в настоящей работе представлены результаты сценариев, смоделированных с использованием предельных значений исходных параметров – дешевый РВО, высокие арендные ставки для оборудования и инженера, низкая ставка утилизации буровых отходов. При изменении таких базовых параметров как применение высокоингибирующих РВО, РУО, увеличение расстояния транспортировки бурового шлама до места утилизации, изменение класса опасности шлама и ужесточение экологических требований, экономическая эффективность (ROI) будет кратно возрастать. Дополнительно стоит отметить, что использование вакуумной системы осушки открывает возможности установки ситовых панелей с меньшей точкой отсечки, что потенциально должно благоприятно сказаться на степени очистки бурового раствора. Но так как в рамках проведения описываемого ОПИ стояла задача сравнения параметров работы оборудования очистки при одинаковых входных условиях, в том числе одинаковый типоразмер полотна на виброситах, вопросы влияния системы ТВО БШ на возможность повышения степени сепарации на первой ступени очистки должны быть рассмотрены в рамках последующих работ.
Заключение
При проведении опытно-промышленных испытаний системы вакуумной сепарации шлама SCREEN PULSE в условиях применения раствора на водной основе успешно пробурены две скважины на месторождении, находящемся на территории Пуровского района ЯНАО. Показана многофакторность задачи по оценке экономической эффективности внедрения системы ТВО БШ на буровой установке, а также направления по ее повышению. Предложен алгоритм оценки целесообразности модернизации системы очистки бурового раствора, который может быть использован в дальнейшем при подготовке к внедрению вакуумной системы осушки бурового шлама на других проектах.
