Введение
За последние годы объем горизонтального бурения увеличился более чем в три раза и по прогнозам аналитиков к 2025г. на горизонтальное бурение будет приходиться более 50 % от общего объема буровых работ.
Удлинение горизонтальных участков, особенно при высоком отношении количества проектируемых скважин на объект, в регионах со сложной геологией или на менее мощных пластах, требует применения высококачественных, высокоточных телеметрических систем с возможностью быстрой и точной регулировки в процессе бурения.
Одним из российских научно-производственных предприятий совместно с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики разработаны российские телеметрические системы каротажа в процессе бурения LWD 120 и LWD 172. На рис. 1, 2 представлен общий вид телеметрических систем LWD 120 и LWD 172.
Одним из модулей систем LWD 120 и LWD 172 является модуль многозондового высокочастотного индукционного каротажа (далее – модуль).
Для защиты дорогостоящей электронной начинки модуля от повреждений, во время спускоподъемных операций, на корпусе установлены защитные бандажи со вставками из твердосплавного материала и противоизносные планки (рис. 3, 4).
Восстановление защитных бандажей в условиях ЦБПО БНО
Защитные бандажи, установленные заводом-изготовителем на модулях, представляют собой твердосплавные вставки, установленные в основной металл бандажа (рис. 5). Во время эксплуатации из-за постоянных знакопеременных нагрузок твердосплавные вставки вырывает из посадочных мест и незащищенный металл тела бандажа изнашивается достаточно быстро. Замена твердосплавных вставок возможна только в заводских условиях. Если продолжить эксплуатацию телеметрических систем с отсутствующими защитными элементами, то износу подвергнутся уже дорогостоящие корпус и электронная начинка.
Для проведения опытных работ по восстановлению бандажей и планок один из модулей был отправлен на завод-изготовитель. Установленный заводом-изготовителем срок восстановления одного модуля составил месяц. Ремонт телеметрических систем данным способом нецелесообразен, так как приведет к длительным простоям при бурении.
Следует отметить, что в ЦБПО БНО (Центральная база производственного обслуживания по прокату и ремонту бурового и нефтепромыслового оборудования) ведется многолетняя работа по восстановлению корпусных деталей телеметрических систем импортного производства. Применение опыта, полученного в результате проведения данных работ, позволило получить оптимальные результаты уже на первых восстановленных образцах модулей.
В этот раз специалистам ЦБПО БНО для восстановления бандажей предстояло решить комплексную проблему, содержащую несколько факторов:
– подобрать износостойкий немагнитный материал для восприятия основных нагрузок от стенок скважины;
– обеспечить сохранность дорогостоящей электронной начинки телеметрической системы при восстановлении бандажа;
– бандаж должен надежно прилегать к корпусу модуля и не допускать вырывания или отслаивания износостойких элементов от тела бандажа при эксплуатации.
Для решения данной задачи был проведен комплекс исследовательских и конструкторских работ:
– определены химический состав и механические свойства основного материала и твердосплавного покрытия бандажей;
– подобран оптимальный по свойствам материал для восстановления бандажей;
– определена конструкция защитного бандажа;
– разработана конструкторская документация;
– проработаны варианты технологии восстановления бандажей.
Корпус модуля изготовлен из коррозионностойкого материала аустенитного класса. Исходя из содержания в этой стали легирующих элементов произведен подбор сварочных материалов. Сложность задачи была обусловлена тем, что применяемые материалы должны быть немагнитными для исключения ухудшения качества электромагнитного сигнала, генерируемого и регистрируемого телеметрической системой.
При подборе износостойкого немагнитного материала для восприятия основных нагрузок были изучены мировые тенденции применения современных прогрессивных наплавочных материалов. Подобрана упрочняющая проволока, имеющая в своей структуре карбиды ниобия, которая позволила обеспечить качество сигнала, генерируемого телеметрической системой. Проволока показала себя с самой лучшей стороны при восстановлении других видов оборудования и обеспечивает высокую износостойкость и твердость 57 – 60 HRC*.
Также плюсом данного наплавочного материала является возможность повторной наплавки.
При определении конструкции восстанавливаемых бандажей специалистами ЦБПО БНО были учтены недостатки заводской конструкции – вырывание твердосплавных вставок из посадочных мест, и принято решение перейти к сплошной наплавке наружного слоя износостойким материалом.
Первый вариант восстановления бандажей представляет собой послойную наплавку двумя материалами в два этапа:
– восстановление основного тела бандажа до рабочего диаметра при помощи наплавки коррозионностойкой проволокой;
– упрочнение наплавленного слоя износостойким материалом.
Опытно-промысловые испытания модуля с бандажами, выполненными по этой технологии, показали, что данный способ изготовления, из-за сплошной наплавки, приводит к местным перегревам наплавленных слоев коррозионностойкой стали и износостойкого материала, обладающих разными коэффициентами теплового расширения. В итоге это приводит к образованию скрытых трещин с последующим разрушением тела бандажа во время эксплуатации. Кроме того, данный способ восстановления требует длительных технологических перерывов для охлаждения деталей.
Второй вариант восстановления бандажей представляет собой наплавку одним видом материала – износостойкой проволокой.
Определяющим фактором возможности наплавки защитных бандажей на собранном модуле является контроль тепловложений в корпус. Защитные бандажи расположены вблизи мест установки дорогостоящей электроники. Необходимый объем наплавки влечет за собой значительные тепловложения и увеличение температуры корпуса, что, в свою очередь, может оказать отрицательное влияние на работоспособность установленной электроники, а также повысить риск выхода ее из строя.
В ЦБПО БНО был проведен ряд опытных работ по определению режимов сварки. Основными параметрами контроля была максимально допустимая температура нагрева корпуса и внутренних элементов, исключающая повреждение электронных компонентов телеметрической системы. По результатам опытных работ была определена максимально допустимая температура нагрева при проведении наплавки защитных бандажей (+160 °С).
Дополнительно на корпусе модуля для защиты находятся три противоизносные планки, которые также изнашиваются в процессе эксплуатации. Данные планки демонтируются из корпуса модуля и также восстанавливаются при помощи наплавки износостойкой проволокой. Восстановление производится по местам старых наплавок до номинальных размеров (рис. 6, 7, 8).
Работоспособность всех восстановленных модулей по окончании ремонта проверяется в условиях Сургутского УБР-1.
На сегодняшний день все восстановленные в условиях ЦБПО БНО модули находятся в работе. В процессе эксплуатации преждевременного выхода из строя бандажей не зафиксировано.
Заключение
Восстановление защитных бандажей модулей позволяет вернуть в работу дорогостоящее телеметрическое оборудование, получить значительный экономический эффект и обеспечить работу буровых бригад без простоев.
Освоение технологии восстановления защитных бандажей отечественных модулей телеметрических систем, а также непрерывная работа в ЦБПО БНО по освоению новых способов изготовления, ремонта и восстановления технически сложных изделий позволяет поддерживать непрерывность процессов добычи нефти и газа.
