Увеличение объемов эксплуатационного и разведочного бурения за последние годы в России, а также рост капитальных вложений в бурение нефтяных и газовых скважин требует необходимости обновления парка буровых установок.
К основным причинам приобретения новых установок буровыми компаниями следует отнести [1]:
- участие буровых компаний в новых проектах – разбуривание перспективных нефтяных и газовых месторождений;
- изменение условий бурения скважин (увеличение глубин скважин, выход на неосвоенные территории, бурение в сложных арктических условиях);
- реализация современных технологий проходки скважин;
- снижение затрат на бурение скважин;
- увеличение в добыче доли трудноизвлекаемой нефти.
Реализация современных технологических направлений, таких как: безамбарное бурение, бурение на депрессии (с управлением давления), управляемое шпиндельное бурение (управление противодавлением на поверхности), бурение с одновременной обсадкой, и т.д. требует применения соответствующих технических средств: закрытой циркуляционной системы, специализированной системы верхнего привода, азотных установок, специализированной оснастки для наращивания, удержания на устье и передачи вращения на обсадные трубы (при бурение на обсадных трубах).
В результате буровая установка как средство для реализации технологических решений, должна быть оснащена сложным комплексом оборудования, к которому предъявляются повышенные требования в соответствии с правилами промышленной и экологической безопасности, и с повышенными требованиями к энергосбережению и энергетической эффективности [2].
Анализ выпускаемого в последнее время оборудования показывает, что современной тенденцией является расширение доли буровых установок с частотно-регулируемым приводом переменного тока – серия VFD – variable frequency drive. Например, буровые установки Lewco AC (USA), ZJ-70 DBS (China) буровой компании «Евразия». Дальнейшим развитием предусматривается исключение тормозных резисторов и возможность рекуперации мощности [3].
Буровые установки Промышленной группы «Генерация» (Россия) имеют оригинальную конструкцию циркуляционной системы с дистанционными задвижками к емкостям, оснащенную четырехступенчатой системой очистки бурового раствора с функцией «Теплый пол», что позволяет работать с полимерными растворами, не перегревая их в емкости. Контейнерный вариант изготовления в отличие от блочно-модульного позволяет сократить на 15-20 суток непроизводительное время при мобилизации буровых установок [4].
В настоящее время производители бурового оборудования (БО) стремятся максимально удовлетворить требования покупателей по повышению эффективности процесса бурения нефтяных скважин. Отсюда стремление производителей к выпуску полностью комплектных универсальных многоцелевых и многофункциональных БУ с широкими технологическими возможностями и ориентированных на производство сложных буровых работ.
Для оценки эффективности применения буровой установки с различными функциональными возможностями предлагается использовать показатель К, который помимо количественной оценки определенного технологического параметра (например скорости спуско-подъемных операций) учитывает и экологическую безопасность при производстве буровых работ.
Таким образом, расчетная модель эффективности применения выбранной функциональной структуры буровой установки может быть представлена в виде выражения
Необходимость введения в расчетную модель экологического критерия продиктована тем, что твердые и жидкие отходы производства, выбросы взвешенных веществ, газовые ингредиенты и т.д. являются серьезными загрязнителями биосферы[5].
В международной практике существуют три так называемых метода разработки нефтяных месторождений [6]:
- первичный, при котором потенциал агента, вытесняющего нефть, реализуется за счет использования естественной энергии месторождения;
- вторичные методы, направлены на поддержание пластовой энергии путем закачки воды и газа;
- третичные - вытеснение нефти теплоносителями, воздействие с помощью внутрипластовых реакций (газовые, химические, микробиологические методы и т.д.)
Доступ к нефтяному пласту для создания вышеназванных условий извлечения нефти осуществляется путем бурения (строительства) скважин. Нефть из пласта в скважину поступает под действием перепада давления между пластом и забоем скважины (гидравлическая система «пласт-скважина»). От состояния призабойной зоны пласта, вскрытого нефтяной скважиной, существенно зависят эффективность разработки месторождения, дебиты и величина пластовой энергии, которая может быть использована на подъем жидкости в скважине.
С позиции системного подхода, как комплекса взаимосвязанных элементов, в целом процесс добычи углеводородов можно представить как систему взаимосвязанных элементов «буровая установка – скважина - нефтяной пласт».
Между выделенными элементами существуют определенные зависимости, установление которыми позволит подойти к проблеме управления эффективностью применения технических средств на этапах производства буровых работ в системе «буровая установка – скважина».
Одной из методик системного анализа является функционально-стоимостное моделирование исследуемой системы [7].
Особенностью функционально-стоимостного анализа (ФСА) является установление целесообразности (достаточности или избыточности) функций, которые должен выполнять объект (буровая установка) в конкретных условиях.
Исследование функциональных связей
В таблице 1 представлена взаимосвязь основных технологических операций , комплекса необходимых основных и вспомогательных функций буровой установки при формировании ствола скважины.
где n, i, j – порядковый номер технологических операций, основных и вспомогательных функций соответственно.
Совокупностью вспомогательных функций , реализуемых отдельными функциональными блоками , обеспечивается выполнение основных функций .
Например, технологическая операция - Углубление скважины обеспечивается путем «Осевой подачи бурового инструмента и его удлинения», для чего буровая установка должна выполнять грузовую функцию , которая в свою очередь реализуется посредством 4-х вспомогательных: - спуск инструмента; - подъем инструмента; - удержание инструмента; - компоновка инструмента.
На рис. 1 и 2 представлена графическая интерпретация результатов функционального анализа в виде укрупненной функциональной модели работы буровой установки.
В таблице 2 представлена общая компоновка буровой установки, реализующая механический вращательный способ разрушения горных пород. Следует отметить, что декомпозицию буровой установки на функциональные блоки определяет заказчик бурового оборудования.
Таким образом, применение функционально-стоимостного анализа позволяет определить относительную стоимость функциональных блоков при минимуме затрат на строительство скважины. Базовая стоимость каждого блока определяется исходя из его функционального назначения в общей структуре буровой установки, с учетом адаптации к условиям эксплуатации (температура, влажность, взрыво- и коррозионно-опасная среда и т.д.) на данном нефтяном месторождении.
Литература:
1) Карпов Ю. А. Текущие тенденции на рынке бурового оборудования. // Бурение и нефть. – 2012. - №1. – С.12-14.
2) Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. – Екатеринбург: УГГГА, 2002. – 592 с.
3) Эпштейн В. Е. Основные тенденции развития бурового оборудования и технологий // Бурение и нефть. – 2012. - №6. – С. 4-7.
4) Витковский А. А. Современные буровые установки ПГ «Генерация» как ключ к экономической эффективности // Нефть и Капитал. – 2013. - №6. – С.23-25.
5) Сердобинцев Ю. П. Обеспечение эффективности управления эксплуатационными свойствами трибосопряжений технологического оборудования в процессе жизненного цикла: монография / Волгоград.гос. техн. ун-т; Ю. П. Сердобинцев, О. В. Бурлаченко. – Волгоград, 2005. – 353 с.
6) Козловский Е. Увеличение отдачи нефтяных месторождений как стратегия оптимального воспроизводства нефтедобычи // Е. Козловский, А. Боксерман. – Промышленные ведомости. – 2005. – №11. – С. 23-30.
7) Окулесский В. А. Функциональное моделирование – методологическая основа реализации процессного подхода / В.А. Окулесский. – М.: НИЦ CALS-технологий, 2001. – 156.с.
