В процессе изучения свежей иностранной прессы, освещающей вопросы состояния и развития бурового оборудования в голову вдруг начинают приходить воспоминания из нашей недавней советской эпохи, когда весьма известными были триединые лозунги типа «Ленин, партия, комсомол», «мир, труд, май» и еще множество им подобных. Вот так и теперь, читая многочисленные публикации на тему развития буровой техники, повсюду почти как заклинание звучит «Мощность, Мобильность, Автоматизация». Другими словами, требуются все более мощные, более мобильные и оснащенные системами автоматического управления буровые установки.
Почему так? Движение в сторону большей мощности связано с несколькими факторами. Во-первых, растут глубины новых месторождений и осваиваются более глубокие горизонты старых нефтяных и газовых полей.
Тенденция изменения структуры запасов в России
Во-вторых, все шире используются технологии горизонтального бурения, а потому скважины становятся не только глубже, но и длиннее.
Горизонтальное бурение - на 2-3 километра вбок от вертикального ствола - позволяет увеличить площадь контакта скважины с породой в 30-50 раз. В скважину под давлением закачивается смесь воды, песка и химикатов; в результате гидроудара стенки газовых коллекторов разрушаются, газ освобождается и поступает на поверхность.
Гидравлический разрыв пласта - один из способов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины. После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низких получаемых дебитов. Также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.
Требования мобильности связано с необходимостью быстрой смены точки бурения. Что касается автоматизации, то это требование обусловлено с одной стороны стремлением к сокращению количества персонала, находящегося в весьма опасных условиях, а с другой стороны – стремлением к повышению управляемости и качества бурового процесса в целом.
Иллюстрацией этих тенденций на российском рынке является программа технического перевооружения компании ООО «Газпром бурение», в соответствии с которой в 2012 году были закуплены семь мобильных установок грузоподъемностью 200 т и семь кустовых установок грузоподъемностью 320 т. В 2013 году компания планирует получить еще пять кустовых установок класса 320 т, пять мобильных установок класса 160 т и одну мобильную установку класса 125 т. Таким образом, около половины общего количества получаемого оборудования составляют тяжелые кустовые установки для эксплуатационного бурения на новых месторождениях и половину – мобильные установки относительно небольшой грузоподъемности для работы на действующих месторождениях.
Конечно, тенденции развития бурового оборудования далеко не исчерпываются названными направлениями. Поэтому рассмотрим, по возможности, всю совокупность движущих факторов, способствующих процессу развития буровой техники. Факторов довольно много и здесь предлагается их объединить в несколько наиболее значительных групп.
Основные факторы развития технологий и оборудования:
- Обеспечение промышленной и экологической безопасности при эксплуатации буровой установки
- Реализация требований современных технологий
- Изменение условий бурения
- Снижение затрат на бурение скважин
- Эргономические требования
На первое место в ряду прочих факторов необходимо поставить безусловное обеспечение безопасности при эксплуатации оборудования. Тот факт, что в процессе выполнения спуско-подъемных операций люди непосредственно контактируют с многотонными поднимаемыми и опускаемыми грузами (бурильными и обсадными колоннами) и находятся в пределах несущих конструкций порождает значительные риски, которые обязательно должны учитываться в процессе создания конкурентоспособной техники. Еще одной крупной группой рисков являются риски связанные с высокой вероятностью выбросов добываемых флюидов (нефти, газа и конденсата) и их пожароопасностью.
По указанным причинам нормативные документы трактующие вопросы обеспечения безопасности в той или иной области деятельности человека находятся в процессе постоянного совершенствования и изменения. Кроме того, сами компании, как разрабатывающие, так и эксплуатирующие буровую технику также находятся в постоянном поиске средств для снижения аварийности и производственного травматизма. В значительной степени то развитие устройств для механизации и автоматизации производственных процессов на буровых установках, которое мы сейчас наблюдаем, в особенности, на зарубежных примерах, связано именно с этим стремлением.
Обеспечение экологической безопасности требует внедрения экологически чистых циркуляционных систем, внедрения безамбарного бурения путем использования систем обезвоживания и утилизации шлама. По действующим требованиям безопасности буровые установки должны оснащаться интегрированной системой сбора и утилизации любого рода утечек технологических жидкостей и пластовых флюидов.
На второе место по значимости, но на первое по степени влияния на процесс развития оборудования следует отнести развитие технологий. Буровое оборудование (впрочем, как любое иное) не может продуктивно развиваться отдельно от развития технологий бурения. Конечно, нам знаком другой подход, когда технологии приспосабливаются под имеющееся оборудование. Но трудно спорить с тем, что возможности развития в последнем случае крайне ограничены. В настоящее время можно выделить несколько направлений развития технологий.
- Бурение наклонно-направленных скважин
a. Горизонтальные скважины, в т.ч. с большим отходом по горизонтали
b. Зарезка боковых стволов
c. Многозабойное бурение
d. Бурение с наклонным забуриванием
- Бурение с управлением давления (бурение на депрессии)
- Бурение на обсадных трубах
- Бурение с одновременной обсадкой
- Бурение скважин малого диаметра
- Расширяемые обсадные трубы (Бурение монодиаметром)
- Бурение двойными трубами
Реализация каждого из указанных технологических направлений требует ускоренного развития соответствующих технических средств.
Внедрение современных технологий бурения требует повышения управляемости буровых установок.
В буровых парках в настоящее время можно выделить три поколения установок:
1. Механические или электрическиe БУ с нерегулируемым электроприводом (40% в парках США)
2. Буровые SCR с регулируемым приводом постоянного тока (35%)
3. Буровые AC с частотно-регулируемым приводом переменного тока (25%)
Анализ выпускаемого в последнее десятилетие оборудования показывает, что основной современной тенденцией является расширение доли AC- установок. Выпуск установок 2-го поколения (SCR) с приводом постоянного тока практически прекращен, а установки с механическим приводом имеют очень ограниченное применение.
Управляемость буровых установок также зависит от достоверности и своевременности информации о текущем состоянии бурового процесса.
Ввиду традиционной разобщенности между механиками ( в широком смысле) и технологами-буровиками сложились две самостоятельные системы управления буровым процессом
- Система управления поверхностным оборудованием (буровой установкой)
- Система управления оборудованием забойной зоны (КНБК)
Несогласованность между этими системами в значительной степени затрудняет своевременное и правильное принятие решений по необходимому изменению управляемых параметров бурового процесса. Поэтому в настоящее время ведущие мировые производители ставят перед собой задачу интеграции обеих систем управления и создания общей системы управления буровой установкой, построенной в своей основе на анализе параметров забойного процесса. Буровики подрядчики хотят получать в процессе бурения такой же объем информации о состоянии забойной зоны, какой сейчас получают только технологи и геофизики.
Помимо развития технологий бурения все большее влияние на используемое оборудование оказывает изменение условий бурения. Рост глубин бурения является объективным процессом, связанным с отработкой и истощением мелкозалегающих пластов и переходом на эксплуатацию все более глубоких горизонтов.
Этим фактором в значительной мере обусловлена большая потребность буровых компаний в новых буровых установках. Большинство вновь заказываемых буровых установок предназначены для бурения более глубоких месторождений.
Повышение требований к мощности бурового оборудования ведет к значительному повышению стоимости буровых комплексов, поэтому постоянно ведутся поиски возможностей снижения этих требований. Вариантами решения является применение легкосплавных бурильных труб, бурение скважин меньшего диаметра, а также применение труб и компоновок с меньшими зазорами в затрубном пространстве.
Еще одной крайне важной группой факторов является снижение затрат на всех этапах создания и эксплуатации буровой установки. Уже довольно давно стало очевидно, что резервы повышения эффективности бурения за счет повышения механической скорости практически исчерпаны. Анализ затрат времени и средств на бурение показывает, что наибольшие резервы кроются в двух областях:
1. Сокращение затрат времени на монтаж-демонтаж
2. Сокращение затрат на строительство кустовых площадок
Вопросы связанные с сокращением монтажно-демонтажных работ решаются путем внедрения следующих решений:
1. Модульная компоновка буровых установок
2. Оптимизация массо-габаритных параметров
3. Быстроразъемные соединения
4. Бескрановый (легкокрановый) монтаж
5. Интегрированное оборудование (СВП)
6. Самоподъемные основания
7. Телескопические мачты
Уменьшение размеров кустовых площадок достигается за счет:
1. Укороченный (многоэтажный) эшелон БУ
2. Многоэшелонная укороченная компоновка БУ
Примерами укороченной двуэшелонной компоновки являются новые буровые установки компании ООО «Уралмаш НГО Холдинг» Уралмаш 5000/320 ЭК-БМЧ Eriell и Установка Уралмаш6000/400 ЭК-БМЧ «Арктика». Укороченная двухэшелонная компоновка буровой установки реализована и проектах модернизации буровых установок F-500 и ZJ-50DBS выполненных Группой компаний НГК.
Еще одной значительной статьей затрат времени и средств являются непроизводительные простои. Сокращение простоев может быть достигнуто путем: повышение надежности и качества оборудования (качественные подшипники и т.д.); модульной конструкции оборудования; упрощения механической части оборудования; резервирования наиболее ответственных узлов и систем.
Значительную экономию при эксплуатации сложного ответственного оборудования (СВП, насосы) позволяет получить внедрение системы ремонтов по техническому состоянию вместо системы ППР. Внедрение такой системы требует организации мониторинга технического состояния, наличия встроенных диагностических систем. В свою очередь резервом увеличения надежности бурового оборудования без изменения конструкции является использование в особо ответственных узлах высококачественных подшипников. Так применение немецких подшипников FAG в буровых насосах 1180 кВт ООО “Уралмаш НГО Холдинг” позволяет увеличить долговечность кривошипно-ползунного узла насоса в 3 и более раза. В настоящее время практикуется комплектование подшипниками премиального качества буровых насосов мощностью 1180 и 1600 кВт, вертлюгов и кронблоков.
Логичным продолжением темы обеспечения безопасности и повышения эффективности бурового процесса является обеспечение высоких эргономических характеристик создаваемого вновь или модернизируемого оборудования. Современные установки обязательно должны быть оснащены комфортабельной кабиной бурильщика, в которой должен поддерживаться оптимальный микроклимат, должным быть установлены удобные кресла, эргономичные пульты управления и панели контрольных приборов. Кабины оснащаются видеомониторами с изображением основных рабочих зон буровой установки. Важной задачей совершенствования установок является эргономическая проработка конструкций обитаемых помещений буровой установки.
Повышению безопасности и снижению трудоемкости бурового процесса способствует целая гамма технических средств:
1. Системы верхнего привода
2. Гидравлические буровые ключи и спайдеры
3. Механизмы установки превенторной сборки
4. Манипуляторы на приемных мостках
5. Механизация и автоматизация операций верхового рабочего.
6. Комплексная автоматизация операций с трубами.
На повестке дня уже стоит внедрение частично или полностью безлюдных технологий.
Подводя итог данному обзору, следует отметить, что с началом нынешнего века буровые технологии и буровое оборудование вошли в период интенсивного развития. Это связано, конечно, с общим динамичным ростом рынков нефти и газа, который последовал после почти 15-летнего периода безвременья в мировой нефтегазовой индустрии. Приток капитала инициировал приток новых технологий. То, что еще несколько лет назад казалось экзотикой и вызывало бурные споры, сейчас превращается в стандартные решения. Это и бурение горизонтальных скважин, применение приводов переменного тока с частотным регулированием, использование систем верхнего привода. Активно внедряется на российском рынке бурение обсадными трубами. Не за горами применение двойных бурильных труб с выносом продуктов разрушения по внутреннему осевому каналу. Поэтому для поддержания необходимой конкурентоспособности машиностроительным и сервисным компаниям необходимо очень внимательно следить за процессом технико-технологического развития отрасли, чтобы всегда быть в готовности предложить своим клиентам наиболее совершенный и востребованный продукт.
