Согласно результатам статистических исследований, в области надежности и работоспособности забойных двигателей, в восьмидесяти процентах случаев причиной отказа является именно рабочая пара, а именно износ или полное разрушение резиновой обкладки статора, что приводит к сокращению ресурса винтового забойного двигателя в целом.

Для бурения ННС и горизонтальных скважин предложено использование вращательного метода с использованием роторной бурильной колонны, где вращение обеспечивается либо ротором, либо верхним приводом, на всех участках профиля скважины. Это нововведение основано на применении роторных управляемых систем в нижней части бурильной колонны. Они обеспечивают контроль направления бурения, стабилизацию и уменьшение углов наклона скважины по всей ее длине без необходимости дополнительных подъемно-опускных операций. Внедрение управляемых роторных систем бурения стало дополнительным технологическим улучшением в отрасли, которое дополняет уже существующие инновации в последние десятилетия. Технология управляемого роторного бурения (УРБ) продолжает развиваться.

С учетом выявленных ограничений базовой технологии в работе предлагается применение роторно-управляемой системы (РУС) при бурении боковых стволов Самотлорского месторождения. РУС обеспечивает управление траекторией без перехода в режим скольжения, то есть при непрерывном вращении бурильной колонны.

Наиболее целесообразно использовать РУС на наиболее ответственных участках бурения бокового ствола — в интервалах набора кривизны, удержания траектории и проводки горизонтального участка. В данном случае ожидаемый эффект связан не только с ростом механической скорости проходки, но и со снижением непроизводительного времени, уменьшением количества вспомогательных операций и повышением качества последующего заканчивания [1].

РУС состоит из следующих узлов:

— силовой блок с узлами лопаток (отклоняющий блок);

— модуль управления клапанной группой;

— модуль управления электроникой;

— модуль ГК;

— модуль инклинометра;

— модуль питания (батарейный блок);

— генератор с модулем питания;

— гибкая НУБТ (опционально);

— стабилизатор.

Все узлы, кроме силового блока, размещаются коаксиально в специальных трубах и переводниках. В состав РУС входит стабилизатор, который является сменным элементом, как и узел лопаток. Данные элементы входят в комплект сменных частей (рисунок 1). Выбор диаметра узла лопаток и стабилизатора зависит от диаметра долота. Питание системы имеет вариативность в выборе либо модуль питания (батарейный блок), либо генератор с модулем питания.

Рис. 1. РУС. Общая схема

РУС вращается совместно с буровой колонной. В случае, когда не требуется работа для отклонения долота, лопатки находятся в закрытом положении. На силовом блоке смонтированы узлы лопаток. Каждый узел лопатки состоит из лопатки и петли, соединенных через ось. Лопатка имеет возможность свободное вращение на оси. Узел лопатки крепится к корпусу силового блока через боковые отбойники при помощи прижимных винтов.

Роторные управляемые системы интенсивно развивались в последние десятилетия с момента своего создания. Первым поколением РУС являлись системы, в которых для изменения направления бурения применяли педали или лопатки, вращающиеся вместе с бурильной колонной и выдвигаемые с помощью давления бурового раствора посредством установки положения клапана.

Отклонение ствола реализуется по принципу «толкать долото» путем фрезеровки стенки скважины боковым вооружением долота. Такое конструкторское решение пользуется популярностью и в наше время, но в данных системах управление траектория искривления ствола скважины зависит от площади соприкосновения со стенкой скважины, поэтому на качественные показатели работы могут влиять размывы, каверны или высокая абразивность породы стенок скважины [2].

В данных системах изменение направления достигается смещением приводного вала относительно компоновки низа бурильной колонны (КНБК) либо изменением кривизны этого вала посредством эксцентричных механизмов. С развитием технологий и ужесточением требований к проводке скважин с БОВ существующие РУС при бурении интервала стабилизации — длинной горизонтальной секции — перестали отвечать некоторым требованиям проводки таких скважин.

Чтобы снизить влияние таких характеристик ствола скважины, были изобретены принципиально новые системы «направлять долото».

Несмотря на то, что роторные управляемые взаимно исключают собственные недостатки путем выбора наиболее приемлемого типа, данные виды РУС не обеспечивают качественную извилистость ствола скважины в интервалах поддержания угла. Также интенсивности искривления, развиваемые ими, не всегда давали необходимый результат. Для решения данной задачи был разработан новый гибридный тип роторных управляемых систем — Continuous Proportional Steering. Данный вид РУС обеспечивает непрерывное поддержание угла в интервалах стабилизации, в отличие от предыдущих систем, в которых отклоняющее звено работает лишь в случаях корректировки угла, при этом данная корректировка происходит регулярно вследствие потери угла из-за гравитационной силы, что не позволяет обеспечивать требуемую извилистость ствола скважины [3].

Таким образом, существует 3 концепции роторных управляемых систем:

1. Push the bit (отклонение долота);
2. Point the bit (направление долота);
3. Continuous Proportional Steering (непрерывное пропорциональное управление).

Преимущества РУС:

— увеличение скорости проходки;

— уменьшение износа обсадной колонны и стальных бурильных труб (СБТ);

— использование БУ с ограниченными оборотами стола ротора/ВСП. Пониженная нагрузка на ВСП

Анализ, проведенный в 2023 году на скважине № 115 Самотлорского меторождения показал, что при бурении с РУС получили сглаженный ствол скважины, что видно из показаний стационарных замеров и непрерывных показаний зенитного угла при бурении, что влияет на качество строительства скважины (ГИС, спуск эксплуатационной колонны, цементаж).

Положительные стороны роторных управляемых систем:

— увеличение механической скорости проходки и сокращение времени бурения скважины за счет равномерной отработки долота и исключения подъема работоспособного долота для изменения геометрии забойного двигателя;

— улучшение очистки скважины от шлама, что сокращает время на промывку перед наращиванием и СПО;

— снижение динамических скачков давления и вероятности гидроразрыва пород;

— улучшение качества ствола с минимальной микрокривизной и отсутствием спиральной выработки благодаря постоянному контролю положения режущей поверхности долота, что способствует успешному заканчиванию скважины.

Суммарный эффект от внедрения роторных систем управления сложно точно оценить, однако, учитывая общие средние показатели при строительстве скважин, можно прогнозировать снижение времени на бурение на 10–15 %, экономию электроэнергии на 5–10 % и снижение расхода бурового раствора и химреагентов на 15–20 %.

При сравнении винтового забойного двигателя и роторно-управляемой системы необходимо учитывать не только стоимость применяемого забойного оборудования, но и совокупность показателей, определяющих эффективность бурения бокового ствола. В настоящей работе под эффективностью понимаются механическая и коммерческая скорость бурения, качество ствола, объём непроизводительного времени, устойчивость работы КНБК, вероятность осложнений при спуске хвостовика, а также себестоимость 1 м проходки. Отраслевые исследования показывают, что РУС, как правило, выигрывает по качеству ствола, очистке и снижению риска прихватов, тогда как ВЗД сохраняет преимущество по более низкой стоимости сервиса, поэтому выбор технологии должен быть обоснован условиями конкретной скважины.

Литература:

1. Костин Ю. С. Современные методы и технологии по управлению траекториями геологоразведочных скважин / Ю. С. Костин, Ю. Г. Соловов. — Чита: Издательский дом «Ресурсы Забайкалья», 2004. — 352 с.
2. Двойников М. В. Проектирование траектории скважин для эффективного бурения роторными управляемыми системами / М. В. Двойников // Записки Горного института. — 2018. — Т. 231. — С. 254–262.
3. Закиров А. Я. Первые результаты испытаний роторно-управляемых систем российского производства / А. Я. Закиров // PROнефть. Профессионально о нефти. — 2016. — № 2. — С. 43–47.