Ключевые слова: телеметрическая система, импортозамещение, гидродинамический стенд, испытание оборудования, повышение надежности.
Строительство нефтяных и газовых скважин с горизонтальным окончанием является ключевым направлением современной буровой отрасли России. Управление траекторией скважины осуществляется с помощью компоновки низа бурильной колонны, в состав которой входят телеметрические системы, обеспечивающие передачу данных с забоя на поверхность в режиме реального времени. Надежность телеметрических систем определяет темпы проходки, безаварийность работ и экономическую эффективность строительства скважин.
До введения международных санкций в 2022 году отечественные сервисные компании наклонно направленного бурения (далее – ННБ) эксплуатировали преимущественно импортные телесистемы. Платформа APS Technology занимала большую часть парка телеметрических систем у независимых сервисных компаний ННБ в России благодаря открытой архитектуре, модульности и широким возможностям интеграции. Tensor-подобные телесистемы, также совместимые с данной платформой, дополняли линейку оборудования. Системы на базе Geolink и других производителей составляли оставшуюся долю.
Системы на основе электромагнитного канала связи составляют 10–15 % парка телеметрических систем. Их возможности ограничены предельной глубиной 2500–3000 м по вертикали, что делает их неприменимыми в горизонтальных окончаниях глубоких скважин, где вертикальная составляющая превышает указанные значения [4]. Таким образом, основу парка телеметрических систем для горизонтального бурения составляют системы с гидравлическим каналом связи на платформах APS Technology и Tensor.
Прекращение поставок оригинальных запасных частей создало критическую ситуацию. Сервисные компании перешли на использование неоригинальных комплектующих, изготовленных методом реверс-инжиниринга. Вся отрасль интеграции устройств различного типа строится на платформах APS Technology и Tensor, что определяет масштаб проблемы: качество воспроизведенных деталей напрямую влияет на работоспособность телеметрических систем.
Российские производители запасных частей и инструмента располагают собственным станочным парком и способны воспроизводить механическую обработку деталей. Ключевой проблемой остается отсутствие системы верификации геометрии и качества металла. Производители контролируют лишь линейные размеры, не проводя комплексной оценки соответствия материала исходным спецификациям (сложность подбора материала для изготовления изделия из-за ограниченности рынка сырья).
Особую проблему представляют твердосплавные детали: стакан пульсатора, ротор пульсатора, защитная пластина пульсатора, седла клапанов пульсатора, элементы стабилизаторов. Однако российские компании находят технологические и инновационные решения. Такими решениями являются разработанные технологии по подготовке порошка и запекания твердосплавных деталей. Данная технология требует стендовой верификации для подтверждения ресурса в скважинных условиях.
РИСУНОК 1. Износ неоригинального стакана пульсатора
Цель исследования: обосновать необходимость создания гидродинамического стенда для ускоренных наземных испытаний элементов телеметрических систем, описать конструктивные решения стенда и предложить методику комплексных испытаний.
Материалы и методы
На основании литературного анализа и эксплуатационных данных сервисных компаний ННБ систематизированы типичные отказы телеметрических систем в условиях импортозамещения:
-
Механические (из‑за вибрации, температуры, давления): разрушение корпусов/узлов из‑за усталости металла; эрозионный износ деталей; нарушение герметизации (проникновение раствора, приводящие к короткому замыканию) [2].
-
Отказы канала связи: затухание сигнала (гидравлический канал связи – из‑за глубины, вязкости раствора, газовых пачек); электромагнитные помехи (в солевых отложениях, экранирующих пластах); поломка пульсатора/клапана из-за песка в растворе [4].
-
Электронные и программные: перегрев электроники; сбои датчиков (ошибочные показания из‑за вибраций или деградации сенсоров); преждевременный разряд элементов питания [1].
-
Эксплуатационные (человеческий фактор): некорректный режим бурения (вибрация из‑за неправильно подобранных скоростей и нагрузок); некачественный буровой раствор; ошибки наземного оборудования (сбои датчиков, кабелей) [6].
Наиболее распространенным является гидроабразивный износ элементов телеметрических систем, непосредственно связанный с качеством импортозамещенных деталей.
Анализ существующих стендов показывает, что их можно разделить на три ключевые категории. Во-первых, это цифровые и нагрузочные стенды, предназначенные для тестирования наземного оборудования и протоколов связи. Во-вторых, комплексные стенды для навигационных систем, которые, в отличие от установок, моделирующих отдельные факторы, воспроизводят комбинированное воздействие, имитируя реальные забойные условия. В-третьих, специализированные стенды для испытаний конкретных узлов, таких как гидравлические пульсаторы и системы тарировки датчиков [5].
Реализация наземных стендовых испытаний элементов телеметрических систем является одним из перспективных решений проблем импортозамещения в РФ.
Создание испытательного стенда для верификации импортозамещенных элементов телеметрических систем
Описание стенда
Гидродинамический стенд разработан на базе производственной площадки АО «УПНП и КРС» при участии кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» ФГБОУ ВО «СамГТУ» и ООО «Фидель». Конструктивно стенд представляет замкнутый контур циркуляции бурового раствора с контролем основных технологических параметров.
Обоснование исключения давления
Давление в скважине влияет преимущественно на герметичность уплотнений и прочность корпусных деталей, что проверяется стандартной опрессовкой без циркуляции раствора. Основные механизмы деградации компонентов телеметрических систем – гидроабразивный износ, вибрационные и температурные нагрузки – воспроизводятся без создания скважинного давления. Исключение давления упрощает конструкцию и снижает стоимость стенда и минимизирует риски производственных травм при проведении испытаний, при сохранении диагностической ценности.
Контролируемые параметры
К контролируемым параметрам относится расход промывочной жидкости (регулируется оборотами насоса); температура бурового раствора, плотность раствора; концентрация и фракционный состав материалов для ликвидации поглощений.
Методика испытаний
Методика испытаний предусматривает верификацию импортозамещенных деталей. Испытуемый образец устанавливается в рабочую секцию стенда. Проводится циркуляция раствора заданного состава при контролируемых расходе, температуре и количестве твердой фазы и песка. Фиксируются геометрические параметры до и после испытания, оценивается характер износа и сравнивается с эталонными данными оригинальных деталей.
Технологическая карта
Испытание выполняется в следующей последовательности:
-
подготовка стенда – проверка герметичности, подключение датчиков;
-
установка испытательного образца;
-
заполнение резервуара раствором заданного состава;
-
запуск циркуляции и выход на режимы;
-
проведение испытания с непрерывной регистрацией параметров;
-
завершение – остановка, извлечение образца, промывка контура;
-
техническое обслуживание;
-
ведение документации – протокол, фотофиксация, измерения.
Перспективы стандартизации
Результаты исследования свидетельствуют о необходимости разработки отраслевого стандарта наземных испытаний элементов телеметрических систем. Когда значительная доля комплектующих производится методом реверс-инжиниринга, отсутствие единых требований к верификации создает системные риски. Стенд может стать первым шагом к формированию такого стандарта.
Заключение
Перспективы дальнейших исследований связаны с проведением полного цикла стендовых испытаний, накоплением экспериментальных данных и разработкой нормативных документов, регламентирующих порядок верификации импортозамещенных компонентов телеметрических систем.
Литература
1. Анализ возникновения вибраций в процессе бурения / Д.А. Кузнецова, Б.А. Овезов, К.О. Щербакова, Л.Р. Календарова // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2022. – № 11 (131). – С. 88–93.
2. Анализ существующей проблемы с вибрациями в телеметрических системах и модернизация алгоритмов работы / Б.А. Овезов, К.О. Щербакова, Л.Р. Календарова, Д.А. Кузнецова // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2023. – № 1 (361). – С. 20–25.
3. Леонов В.А. Обоснование целесообразности проведения наземных испытаний элементов компоновки низа бурильной колонны в рамках решения проблем импортозамещения бурового оборудования / В.А. Леонов, М.Е. Коваль, С.А. Лукьянов // Деловой журнал Neftegaz.RU. – 2025. – № S8 (165). – С. 138–140.
4. Лукьянов С.А. Использование потенциала электромагнитного канала связи в современных условиях / С.А. Лукьянов, О.В. Томазова, В.А. Леонов // Ашировские чтения. – 2025. – Т. 1, № 1 (17). – С. 110–113.
5. Пономарева С.В. Оценка рисков при проведении стендовых испытаний телеметрических систем в роторно-управляемых системах горизонтального бурения в машиностроительных предприятиях Российской Федерации / С.В. Пономарева, А.А. Жигит, С.А. Лашкин // Вестник Алтайской академии экономики и права. – 2019. – № 12-3. – С. 114–121.
6. Хегай В.К. О формировании резонансных колебаний бурильной колонны /
В.К. Хегай, К.В. Хегай // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2022. – № 2 (350). – С. 5–11.
