Бурение горизонтальных и наклонно-направленных скважин с помощью роторных управляемых систем



Исследование современных технологий бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин, включая обзор роторных управляемых систем (РУС). В статье рассматриваются принципы работы РУС, их различные типы, а также преимущества, которые они предоставляют в процессе бурения. Происходит анализ технических характеристик систем, их влияние на производительность и безопасность бурения, а также предоставляют примеры успешного применения РУС в современной нефтегазовой промышленности.

Ключевые слова : непроизводительное время, роторная управляемая система (РУС), винтовой забойный двигатель (ВЗД), система верхнего привода (СВП), бурение скважин.

Keywords : non-productive time, rotary steerable system, screw downhole motor, top drive system, well drilling.

Цель — рассмотреть и проанализировать роторные управляемые системы на рынке нефтегазовой промышленности от крупных производителей.

Введение

Непроизводительное время бурения (НПВ) представляет собой одну из ключевых проблем в процессе бурения, влекущую за собой значительные эксплуатационные и финансовые издержки в миллиардах долларов. Проведенный анализ бурения нефтяных и газовых скважин с использованием роторной управляемой системы выявил, что стратегия бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин становится основным направлением. Это приводит к увеличению процента интенсификации, повышению коэффициента извлечения нефти/газа и снижению НПВ.

Изложение основного материала

В настоящее время широко используются инновационные и современные технологии в области бурения скважин, особенно в разработке нефтяных и газовых месторождений. Важным аспектом является использование роторных управляемых систем (РУС), предоставляющих эффективные методы для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных стволов [1].

Роторные управляемые системы (РУС) представляют собой передовые технологии, которые претендуют на роль высокоточных систем, способных осуществлять бурение скважин с различной ориентацией, включая горизонтальные участки длиной до 13 км. Они обеспечивают высокую точность (± 0,1º) и оперативность, что делает их идеальными для интеграции в беспилотные средства с дистанционным управлением направлением бурения. Системы телеметрии и геонавигации, совмещенные с роторными управляемыми системами (РУС), придают им статус современных автоматизированных устройств [2].

Фундаментальный принцип функционирования РУС заключается в приведении во вращение долота с бурильной колонной при помощи верхнего привода буровой установки или ротора. Эти системы эффективно разрушают горные породы, обеспечивая безотказное бурение скважин. Встроенные отклоняющие системы в РУС, объединяющие винтовые забойные гидродвигатели, предоставляют возможность изменения траектории скважины в трехмерном пространстве. [3].

Эффективность РУС проявляется в нескольких аспектах, включая улучшение выноса шлама, повышение скорости проходки и снижение риска механических прихватов. Благодаря отсутствию перегибов ствола и лучшей очистке от шлама, РУС позволяют бурить долгие горизонтальные стволы, обеспечивая высокую проходимость и качественное вскрытие продуктивных горизонтов [4].

Важно отметить, что РУС существуют в трех типах: «push-the-bit» с механизмом фрезерования стенки, «point-the-bit» с механизмом ассиметричного разрушения забоя, а также комбинированные системы, объединяющие оба механизма. Такие инновационные подходы в области бурения скважин значительно повышают эффективность и безопасность процесса [5].

Преимущества перед винтовыми забойными двигателями (ВЗД) и системами верхнего привода (СВП)

Роторные управляемые системы предоставляют неоспоримые преимущества по сравнению с традиционными методами бурения, такими как ВЗД и СВП. По сравнению с ВЗД, которые используют гидравлическую силу бурового раствора для вращения долота, роторные управляемые системы обеспечивают более точный контроль траектории ствола скважины. ВЗД могут ограничиваться вязкостью бурового раствора, что приводит к снижению точности и отзывчивости. Роторные управляемые системы, напротив, позволяют вносить коррекции в реальном времени, что приводит к улучшенному размещению ствола скважины.

В отличие от СВП, которые вращают всю буровую колонну с поверхности, роторные управляемые системы обеспечивают вращение снизу вверх. Это устраняет необходимость вращения всей буровой струны с поверхности, снижая механическую сложность и износ оборудования на поверхности. Вращение снизу вверх роторных управляемых систем способствует повышенной надежности и эффективности, особенно в сложных условиях бурения.

Врожденная адаптивность роторных управляемых систем к различным геологическим формациям дополнительно позиционирует их как превосходный выбор для достижения оптимизированных траекторий ствола, улучшенной эффективности бурения и снижения общих затрат проекта [5].

Производители роторно управляемых систем (РУС)

В настоящее время лидерами рынка по производству и разработке передовых технологий РУСов являются такие мировые гиганты нефтегазовой отрасли — Schlumberger, Baker Hughes (GE), и Halliburton, Каждая компания приносит свои уникальные инновации на рынок, способствуя разнообразию и конкурентоспособности роторных управляемых систем.

Рис. 1. РУС Power Drive X6 475 [6]

Для более надежного и эффективного бурения существует инновационное решение, а именно Роторная управляемая система PowerDrive X6. При её использовании можно избежать сложностей при продолжительных операциях, оптимизировать маршрут скважины и уменьшить время строительства при бурении от устья обсадной колонны до проектной глубины всего за один цикл при оптимальной скорости проходки.

Во время вращения всех компонентов компоновки низа бурильной колонны и бурильной колонны снижается вероятность затягивания, повышается скорость проходки и уменьшаются риски образования прихватов, что способствует хорошей очистки ствола. Поверхность скважины становится более гладкой. Это уменьшает изгиб стенок и снижает крутящий момент, предотвращая тем самым непредвиденные задержки.

Увеличению скорости проходки способствует отсутствие невращающихся элементов. Так как обычно они увеличивают коэффициент трения и могут прилипать КНБК к стенке скважины. Проектирование качественного ствола скважины и отсутствие труднопроходимых участков улучшают эффективность удаления выносимого шлама [6–8].

РУС PowerDrive X6 разработана с учетом полного контроля наклонно-направленного и горизонтального бурения. Возможность автоматического удержания зенитного угла и эффективной передачи команд минимизируют необходимость в вмешательстве инженера-технолога для управления траекторией скважины. Это также позволяет сэкономить время, которое раньше тратилось на взаимодействие с системой с поверхности, что приводит к увеличению времени эффективного бурения за счет повышения производительности работы на забое. [9].

Заключение

Из анализа проведенного опыта можно сделать вывод, что роторные управляемые системы (РУС) являются неотъемлемой составляющей современных технологий бурения горизонтальных и наклонно-направленных скважин. Они обеспечивают эффективное и точное строительство скважин, минимизируя риски осложнений и аварий. Разнообразные типы РУС, такие как «push-the-bit» и «point-the-bit», предоставляют различные методы управления траекторией скважины в зависимости от конкретных требований проекта.

Исследование подчеркивает, что РУС способствуют улучшению процессов бурения, таких как вынос шлама, скорость проходки, и управление направлением скважины. Они также снижают риски механических и дифференциальных прихватов, что существенно повышает безопасность и эффективность добычи нефти и газа.

В свете растущей важности этих технологий в нефтегазовой промышленности, статья заключает, что понимание принципов работы и преимуществ РУС является ключевым для инженеров и специалистов, стремящихся повысить эффективность и устойчивость процессов бурения скважин. Это исследование призвано стать ценным ресурсом для профессионалов, а также внести вклад в дальнейшее развитие современных технологий в нефтегазовой отрасли.

Литература:

1. Гибридная роторная управляемая система бурения — сочетание лучшего / Э. Фелцак, А. Торре, Н. Годвин, К. Мантл, С. Нагнатан, Р. Хокинс, Ке Ли, С. Джонс, Ф. Слейден // Нефтегазовое обозрение. — 2012. — Т. 23. — № 4. — С. 60–52
2. Шевченко И. А. Бурение скважин с большим отходом от вертикали с использованием роторных управляемых систем при контроле геофизических параметров в режиме реального времени // Естественные и технические науки. — 2014. — № 1/2. — С. 36–39.
3. Калинин В. Роторные возможности управляемого бурения // Сибирская нефть. — 2012. — № 9. — С. 36–4
4. Роторная управляемая система для наклонно-направленного и горизонтального бурения. URL: https://xn--80aaafltebbc3auk2 aepkhr3 ewjpa.xn--p1ai/ rotornaya-upravlyaemaya-sistema-dlya-bureniya-skvazhin.
5. Аналитические исследования технологии бурения скважин с роторными управляемыми системами в различных горно-геологических условиях. URL: http://elib.sfu-kras.ru/ bitstream/ handle/ 2311/ 28996/ vkr_hasanov.pdf?sequence=2
6. Шафигуллин Р. И. Опыт применения роторно-управляемых систем в сочетании с каротажем во время бурения в ПАО «Татнефть» [Текст] / Р. И. Шафигуллин, А. С. Питиримов, Л. Б. Хузина, Э. А. Гимазтдинова // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2019. № 2. 11–14 с.
7. Закиров А. Роторные управляемые системы. Первые результаты импортозамещения. Испытания отечественных РУС / А. Закиров. — Электрон.текстовые дан. — Москва: [б/н]. 2017. [Электронный ресурс]. — URL: https://neftegaz.ru/science/development/331558-rotornye-upravlyaemyesistemy-pervye-rezultaty-importozameshcheniya-ispytaniyaotechestvennykh-rus/
8. Осипов Ю. В. Применение роторных управляемых систем для бурения [Текст] / Ю. В. Осипов, Д. С. Ахметов, Р. В. Еникеев, Д. Ф. Бадретдинов // Проблемы науки. — 2017. № 10. 52–54 с.
9. РУС PowerDrive x6 РУС PowerDrive X6 (slb.ru)