Ключевые слова: лабораторный стенд, импортозамещение, испытание оборудования, методика испытаний, бурение нефтяных скважин.
Современная нефтегазовая отрасль сталкивается с рядом серьезных вызовов: усилением санкционного давления, сложностями эксплуатации в тяжелых условиях и увеличением производственных затрат [1]. Начиная с 2014 года введено более 2,5 тыс. различных санкций: ограничений и барьеров, в том числе – в нефтегазовой и энергетической сферах. С 2022 года санкционное давление усилилось, и к концу 2023 года количество антироссийских санкций превысило 18,5 тысячи [2].
В борьбе с санкционным давлением, а также для укрепления технологического суверенитета правительство формирует политику импортозамещения и ставит конкретные производственные задачи [3]. Расширение номенклатуры отечественных производителей требует проверки качества и работоспособности изделий и оборудования.
Российский рынок по наклонно направленному бурению был активно занят иностранными компаниями. В результате санкционных действий произошел разрыв логистических цепочек и остановка деловых контактов с поставщиками запасных частей [4]. Вследствие этого компании, эксплуатирующие иностранные телеметрические комплексы, вынуждены доставлять оригинальные запасные части по параллельному импорту, что приводит к росту дополнительных издержек, или закупать изделия у производителей неоригинальных комплектующих с нестабильным качеством. Вместе с тем резко сократился ресурс скважинного оборудования, что привело к увеличению количества инцидентов и аварий при строительстве скважин. В этих условиях сервисные компании ищут пути сохранения рентабельности, для которых требуется оптимизация процессов и ввода новых методов контроля качества [5].
В связи с вышеуказанной сложившийся ситуацией проблема быстрого износа компонентов, функционирующих в призабойной зоне, становится все более актуальной. Главными причинами такого износа являются воздействие вибрационных нагрузок, агрессивные химические среды и гидроабразивное разрушение, которые значительно повышают вероятность поломок, приводя к значительным финансовым потерям. Решение данных вопросов требует проведения комплексных и глубоких исследований, направленных на диагностику причин и механизмов разрушения оборудования, что позволит разработать эффективные методы для увеличения его эксплуатационного ресурса.
Постановка проблематики исследования
В результате проведенного анализа работ отечественных ученых и практиков нами было выявлено, что российский рынок по оказанию услуг инженерного технико-технологического сопровождения бурения скважин критически зависим от импортных технологий и оборудования, однако появляется все больше отечественных производителей комплектующих для бурового оборудования [6], особенно для телеметрических систем. С целью поддержания конкурентоспособности российских производителей и улучшения эксплуатационных свойств изготавливаемых в России изделий нами сформулированы основополагающие проблемы исследования:
- острая востребованность тестирования элементов компоновки низа бурильной колонны (далее – КНБК) в связи с импортозамещением и локализацией производства забойного оборудования из отечественных материалов, по неотработанным отечественным технологиям (ресурсные испытания);
Помимо испытаний изделий, важной проблемой в наклонно направленном бурении является отсутствие стандартизации и сертификации методик определения параметров буровых растворов, таких как наличие песка или твердой фазы, допустимые нормы использования материалов для борьбы с поглощениями (далее – LCM). Формирование общепринятых решений и методов оценки позволит снизить возможные риски и повысить надежность всех этапов буровых работ.
Отдельным направлением является решение вопросов с влиянием новых рецептур буровых растворов на буровое оборудование, а также оценка заявленных характеристик. Стоит отметить, что производители не раскрывают рецептуру и полный состав буровых растворов, однако контроль заявленных характеристик должен происходить до применения в скважине и проверен в независимой организации.
Проведение независимых экспертиз не должны останавливаться на рецептуре бурового раствора, а решать спорные вопросы и проводить расследования инцидентов и аварий для определения причины, связанных с выходом из строя элементов КНБК, в частности телесистем. Такая экспертиза требует технически оснащенной базы, например лаборатории с возможностью имитации максимально приближенных условий к скважинным.
Вышеперечисленные проблемы требуют современных технических решений, которые приведут к минимизации рисков непроизводительного времени в процессе строительства скважин.
Наземные испытания элементов КНБК
Предлагаемое решение описанных ранее проблем заключается в создании комплекса для испытаний оборудования КНБК. Данное решение будет состоять из трех основных блоков:
Материально-техническая база
Испытательный стенд: стенд модульного типа с дублированием отдельных частей, работающий на буровом растворе в качестве рабочей жидкости, с системой очистки и датчиков. Стенд имитирует скважинные условия за счет технических решений.
Рабочая зона: площадка, соответствующая требованиям пожарной безопасности и удовлетворяющая условиям работы стенда с возможностью подвоза оборудования транспортными средствами.
Испытуемое оборудование: оборудование или отдельный элемент компоновки низа бурильной колоны, установленные в испытательный стенд для проведения проверки работоспособности, качества и заявленных характеристик изделия.
Операционная последовательность
Операционная последовательность испытаний: технология проведения испытаний с определенной последовательностью действий. В нее входят подготовка стенда, установка образца для испытаний, выставление необходимого режима работы стенда, ведение документации, обработка полученных результатов и обслуживание стенда.
Методика
Методика испытаний: знания, полученные теоретическим и эмпирическим путями, обработанные и сформулированные в единый алгоритм. Фундаментально состоят из двух взаимосвязанных частей – анализ входных и выходных данный и создание эквивалентных условий.
Анализ входных и выходных данных заключается в выведении закономерностей между отдельными параметрами, регулируемыми напрямую через оборудование стенда и результатами их действия.
Создание эквивалентных условий – ускоренный процесс проведения испытаний за счет увеличения или усиления отдельного входного параметра.
Комплекс испытаний для оборудования компоновки низа бурильной колонны является перспективным решением актуальных проблем. Вопросы, связанные с проверкой качества импортозамещенного и конструктивно нового оборудования или отдельных элементов КНБК будут апробироваться до их ввода в эксплуатацию в забой скважины. Производителям телеметрических систем или отдельных их элементов экономически целесообразно проводить испытания своего продукта для подтверждения качества изделия и уверенности в его работоспособности в скважинных условиях.
Возможность проведения независимой экспертизы путем имитации условий, сложившихся при инциденте или аварии, окажет существенное влияние на результаты расследования для дальнейшей ликвидации первопричин их образования.
Возможности стенда для испытаний оборудования КНБК окажут существенное влияние на проведение на отраслевом уровне стандартизации и сертификации методик определения параметров буровых растворов. Как известно, существует проблема выхода из строя телеметрических систем из-за их несовместимости с фракциями LCM. Частицы этих фракций забивают пульсатор из-за чего производится подъем всей компоновки. Последствия такого инцидента приводят к непроизводительному времени. Предиктивное определение на полезной модели влияния LCM на телеметрическую систему позволяет более точно подобрать нужный материал таких фракций и предотвратить выход из строя дорогостоящего оборудования.
Вывод
Современные вызовы нефтегазовой отрасли требуют высокотехнологичных решений, способствующих увеличению долговечности и работоспособности оборудования, а также укреплению позиций отечественных производителей перед иностранными конкурентами.
Определены основные проблемы исследования:
1. Высокая востребованность тестирования элементов КНБК в связи с импортозамещением и локализацией производства забойного оборудования из отечественных материалов, по неотработанным отечественным технологиям (ресурсные испытания);
2. Необходимость проведения независимых экспертиз для определения причины инцидентов, связанных с выходом из строя элементов КНБК, в частности телесистем;
3. Предиктивный способ обнаружения проблемных элементов КНБК при испытании новых устройств;
4. Предиктивный способ обнаружения проблемных элементов КНБК при испытании новых рецептур растворов на устройствах с известными потребительскими свойствами;
5. Стандартизация и сертификация методик определения параметров буровых растворов (таких как наличие песка или твердой фазы, допустимые нормы использования материалов для борьбы с поглощениями).
Одним из наиболее целесообразных подходов к решению выявленных проблем является использование специализированного лабораторного стенда, позволяющего воспроизвести имитирующего реальные условия работы оборудования в призабойной зоне скважин. Испытательный стенд позволит воспроизводить динамические нагрузки и абразивные потоки, характерные для работы в условиях забоя, а также изучать воздействие высоких температур и агрессивных химических жидкостей.
Литература
1. Томазова О.В. Повышение отказоустойчивости элементов телесистемы в условиях сужения номенклатуры оригинальных запасных частей от производителя / О.В. Томазова, А.А. Дорофеев, В.А. Леонов // Ашировские чтения. – 2024. – Т. 2, № 1 (16). – С. 293–296.
2. Ответчиков А.В. Импортозамещение в нефтегазовом комплексе России в условиях санкций / А.В. Ответчиков // Kant. – 2024. – № 3 (52). – С. 50–55.
3. Приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 14 июня 2023 г. № 2192 «Об утверждении плана мероприятий по импортозамещению в отрасли нефтегазового машиностроения российской федерации на период до 2024
года». 2023.
4. Живаева В.В. Импортозамещение и тенденции в современном ННБ / В.В. Живаева, С.А. Лукьянов // Инженер-нефтяник. – 2024. – № S5. – С. 62–65.
5. Лукьянов С.А. Перспективные направления развития систем передачи информации с забоя / С.А. Лукьянов, В.В. Живаева // Рассохинские чтения: Материалы международной конференции, посвященная памяти профессора, доктора технических наук Геннадия Васильевича Рассохина, Ухта, 03–04 февраля 2022 года. – Ухта: Ухтинский государственный технический университет, 2022. – С. 550–553.
6. Жданеев О.В. Обеспечение технологического суверенитета отраслей ТЭК Российской Федерации / О.В. Жданеев // Записки Горного института. – 2022. – Т. 258. – С. 1061–1078.
