Гидравлический забойный двигатель что это такое
Гидравлический забойный двигатель что это такое
Захаров Юрий Васильевич награждён Медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени
Юрий Васильевич трудится в отрасли производства нефтегазового оборудования более 50 лет, из них 42 года работал в Пермском филиале Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники с момента его основания. Проявил себя как талантливый инженер, ответственный, инициативный и креативный специалист, внес неоценимый вклад в развитие нефтегазовой отрасли России.
Основным направлением работы Юрия Васильевича было создание низкооборотного забойного двигателя для бурения нефтяных и газовых скважин с частотой вращения 100-120 оборотов в минуту. В 1964 — 1966 гг. им в соавторстве предложена принципиальная схема многозаходного низкооборотного винтового забойного двигателя (далее — ВЗД), совместившего в себе одновременно гидравлический привод вращения и планетарный редуктор, аналогов которому в мире не было. В 1969 году на данное изобретение Государственным комитетом СССР по делам изобретений и открытий было выдано авторской свидетельство (№237596 «Забойный винтовой гидравлический двигатель»). В 1980 г. это изобретение по лицензионному соглашению было продано англо-французской компании Drillex, благодаря чему ВЗД получил развитие в мире. В настоящее время, на протяжении 40 лет, данное изобретение является одним из основных технических средств, с использованием которого осуществляется бурение нефтяных и газовых скважин во всем мире. В РФ с использованием ВЗД выполняется более 90% всего объема буровых работ.
Основным направлением работы Юрия Васильевича было создание низкооборотного забойного двигателя для бурения нефтяных и газовых скважин с частотой вращения 100-120 оборотов в минуту. В 1964 — 1966 гг. им в соавторстве предложена принципиальная схема многозаходного низкооборотного винтового забойного двигателя (далее — ВЗД), совместившего в себе одновременно гидравлический привод вращения и планетарный редуктор, аналогов которому в мире не было. В 1969 году на данное изобретение Государственным комитетом СССР по делам изобретений и открытий было выдано авторской свидетельство (№237596 «Забойный винтовой гидравлический двигатель»). В 1980 г. это изобретение по лицензионному соглашению было продано англо-французской компании Drillex, благодаря чему ВЗД получил развитие в мире. В настоящее время, на протяжении 40 лет, данное изобретение является одним из основных технических средств, с использованием которого осуществляется бурение нефтяных и газовых скважин во всем мире. В РФ с использованием ВЗД выполняется более 90% всего объема буровых работ.
В 1966-1984 гг. под руководством Захарова Ю.В. разрабатываются типоразмеры модификации ВЗД типоразмеров 170…172 мм для эксплуатационного бурения и 85 мм для капитального ремонта скважин.
В период с 1984 г. по 2006 г. Захаров Ю.В. возглавляет работу по разработке методики стендовых испытаний ВЗД, конструированию гидравлических испытательных стендов, проведению стендовых испытаний гидравлических машин, анализу и обобщению результатов испытаний, разработке рекомендаций по совершенствованию энергетических характеристик ВЗД.
В 2006-2016 гг. и с мая 2019 г. Захаров Ю.В. работает техническим консультантом в АО «Пермнефтемашремонт». В 2006-2009 г.г. при непосредственном участии Захарова Ю.В. разработан первый в России профилированный двигатель (с равномерной толщиной резиновой обкладки статора) Д-195П (патент на изобретение №2320838, патент на полезную модель №88378). Данное изобретение заложило основы для создания нового поколения винтовых забойных двигателей, которые позволили кратно увеличить показатели скорости проходки при бурении нефтяных и газовых скважин и определить новые направления в совершенствовании техники и технологии разработки и производства ВЗД.
В период с 2009 по 2011 г. Захаров Ю.В. возглавляет НИОКР по разработке корригированного профиля рабочих органов ВЗД (патент на полезную модель №116557). Практическая реализация данного изобретения позволила более чем на 30% увеличить энергетические характеристики ВЗД и обеспечить дополнительный прирост показателей скорости механического бурения в сравнении с предшествующими моделями ВЗД, в том числе иностранного производства.
В 2011 году Захаров Ю.В. в соавторстве с коллегами разрабатывает винтовой забойный двигатель с встроенным наддолотным амортизатором (патент на полезную модель №108087), предназначенный для бурения твердых и очень твердых пород и оказавшийся крайне востребованным при разработке нефтяных и газовых месторождений Восточной Сибири.
В 2003-2016 г. Захаров Ю.В. сосредотачивается на разработке ВЗД, предназначенных для бурения горизонтальных участков скважин увеличенной протяженности. Одной из таких разработок стал ВЗД с встроенным гидроимпульсным осциллятором (патент на полезную модель 133 556), которой нашел эффективное применение как при бурении и ремонте скважин по технологии колтюбинга, так и в строительстве боковых стволов и эксплуатационном бурении.
За период с 2006 по 2016 гг. и с мая 2019 г. при непосредственном участии Ю.В. Захарова разработано и внедрено в эксплуатацию в общей сложности более 20 модификаций ВЗД в 7 диаметральных типоразмерах, которые успешно применяются на объектах ПАО «НК «Роснефть» (месторождениях дочерних обществ АО «Самотлорнефтегаз», ООО «РН-Юганскнефтегаз», ООО «РН-Пурнефтегаз», ООО «РН-Краснодарнефтегаз», АО «Удмуртнефть»), ПАО «Газпром» (ООО «Газпром добыча Оренбург», «Газпром добыча Ноябрьск», «Газпром добыча Иркутск»), ПАО «Татнефть», РУП «ПО «Белоруснефть» и др.
Юрий Васильевич автор более 45 изобретений, два из которых запатентованы в зарубежных странах.
Захаров Ю.В. является не только талантливым инженером, но и отличным наставником. За годы работы им подготовлено более 10 молодых конструкторов, которые продолжают начатое им дело, направленное на поиск новых технических решений и дальнейшее совершенствование забойного бурового оборудования.
Юрий Васильевич является лауреатом премии имени академика И.М. Губкина (1979 год), обладателем дипломов Центрального общества изобретателей и рационализаторов за создание лучших образцов новой техники (1982 год) и за максимальное использование изобретений и рационализаторских предложений (1984-1985 годы); награжден золотой и бронзовой медалями ВДНХ (1986 г.).
В 2006-2009 гг. при непосредственном участии Захарова Ю.В. разработан первый в России профилированный двигатель (с равномерной толщиной резиновой обкладки статора) Д-195П (патент на изобретение №2320838, патент на полезную модель №88378). Данное изобретение заложило основы для создания нового поколения винтовых забойных двигателей, которые позволили кратно увеличить показатели скорости проходки при бурении нефтяных и газовых скважин и определить новые направления в совершенствовании техники и технологии разработки и производства ВЗД.
В период с 2009 г. по 2011 г. Захаров Ю.В. возглавил НИОКР по разработке корригированного профиля рабочих органов ВЗД (патент на полезную модель №116557). Практическая реализация данного изобретения позволила более чем на 30% увеличить энергетические характеристики ВЗД и обеспечить дополнительный прирост показателей скорости механического бурения в сравнении с предшествующими моделями ВЗД, в том числе иностранного производства.
В 2011 году Захаров Ю.В. в соавторстве с коллегами разработал винтовой забойный двигатель с встроенным наддолотным амортизатором (патент на полезную модель №108087), предназначенный для бурения твердых и очень твердых пород и оказавшийся крайне востребованным при разработке нефтяных и газовых месторождений Восточной Сибири.
В 2003-2016 г. Захаров Ю.В. участвовал в разработке ВЗД, предназначенных для бурения горизонтальных участков скважин увеличенной протяженности. Одной из таких разработок стал ВЗД с встроенным гидроимпульсным осциллятором (патент на полезную модель 133 556), который нашел эффективное применение как при бурении и ремонте скважин по технологии колтюбинга, так и в строительстве боковых стволов и эксплуатационном бурении.
В 2015-2016 г.г. Захаров Ю.В. занимался разработкой и совершенствованием инновационных импортоопережающих высокомоментных силовых прорабатывающих башмаков, имеющих конструкцию многозаходного героторного механизма винтового забойного двигателя и предназначенных для проработки и при необходимости подбуривания ствола скважины при спуске обсадных колонн и хвостовиков. Конструкция прорабатывающих башмаков с использованием героторного механизма силового привода не имеет аналогов в мире. Башмаки, изготовленные по конструкции, разработанной Захаровым Ю.В., в 2017-2018 г. проходили серию опытно-промышленных испытаний на объектах ПАО «Газпром» и ПАО «Газпром нефть». В апреле 2019 г. ПАО «Газпром» был подписан итоговый Протокол, в котором результаты испытаний были признаны успешными, а технология рекомендована к включению в проектную документацию на строительство скважин на месторождениях ПАО «Газпром» и ПАО «Газпром нефть». В настоящее время прорабатывающие силовые башмаки, сконструированные Захаровым Ю.В., применяются при разработке Ковыктинского газоконденсатного месторождения в рамках проекта «Сила Сибири», позволяя существенно сократить сроки и затраты на строительство скважин.
С мая 2019 г. Захаров Ю.В. возглавляет работу по конструированию малолитражных высокомоментных винтовых забойных двигателей 240-ого типоразмера, предназначенных для бурения интервалов скважин долотами большого диаметра (393,7, 295,3 мм) при пониженном расходе промывочной жидкости (10…30 л/с). В настоящее время такие модификации ВЗД востребованы, в первую очередь, при строительстве скважин на нефтяных и газовых месторождениях Восточной Сибири, для которых характерны осложнения в виде катастрофических поглощений промывочной жидкости. Применение малолитражных ВЗД для бурения в зонах поглощения позволяет существенно увеличить механическую и коммерческую скорость бурения относительно роторного способа бурения, сократить потери дорогостоящих технологических жидкостей (бурового раствора) и таким образом значительно повысить экономическую эффективность строительства скважин.
Гидравлический забойный двигатель что это такое
ISSN 0130-3872
Научно-технический журнал
Издается с 1993 г.
Ноябрь 2020 г. № 11 ( 335 ) Выходит 12 раз в год
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТАТЬЯХ
УДК 622.24.08 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-5-8
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УГЛУБЛЕНИЯ ПРИ БУРЕНИИ
СКВАЖИН ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ (с. 5)
Виктор Максимович Спасибов, д-р техн. наук, профессор,
Сергей Николаевич Бастриков, д-р техн. наук, профессор,
Василий Владимирович Козлов, канд. техн. наук, доцент,
Наталья Владиславовна Лапик, старший преподаватель
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
625038, Россия, г. Тюмень, ул. Володарского, 38
В процессе бурения глубоких наклонно-направленных нефтегазовых скважин при отсутствии надёжного канала связи с забоем затрудняется управление углублением скважины с земной поверхности. В бурении известны способы автономного управления формированием осевой нагрузки на долото, основанные, как правило, на передаче массы сжатой части бурильного инструмента на долото и формировании гидравлического усилия на вал гидравлического забойного двигателя. Каждый из них имеет определённые недостатки и не решает проблему в целом. В данной работе представлен способ формирования на забое дополнительного осевого гидравлического усилия, передачи его на вал забойного двигателя, на долото, что позволяет частично компенсировать неравномерность воздействия нагрузки на долото при дискретной подаче бурильной колонны.
Ключевые слова: скважина; наклонное и горизонтальное бурение; долото; нагрузка; частота вращения; устройство; автономное управление.
УДК 622.24 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-9-11
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ВИБРАЦИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИНЫ
МОТОРИЗОВАННОЙ РОТОРНОЙ УПРАВЛЯЕМОЙ СИСТЕМОЙ (с. 9)
Сергей Липаритович Симонянц, д-р техн. наук, профессор,
Мостафа Аль Тии, аспирант
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
119991, Россия, г. Москва, Ленинский просп., 65, корп. 1,
e-mail: ssturbo@mail.ru, mustafa.altaee@mail.ru
Представлены результаты экспериментальных исследований вибраций бурильной колонны (БК) при бурении скважин с помощью винтового забойного двигателя (ВЗД), роторной управляемой системы (РУС) и моторизованной роторной управляемой системы (РУС+ВЗД). Показано, что применение компоновки РУС+ВЗД значительно снижает уровень крутильных и продольных вибраций БК по сравнению с бурением ВЗД или бурением РУС.
Ключевые слова: бурение скважин; вибрации бурильной колонны; stick — slip ; моторизованная роторная управляемая система; винтовой забойный двигатель.
УДК 622.24 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-12-16
ЦИФРОВИЗАЦИЯ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (с. 12)
Валерий Владимирович Кульчицкий, д-р техн. наук, профессор
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
119991, Россия, г. Москва, Ленинский просп., 65, корп. 1
В статье раскрыты основные проблемы современного комплекса ГТИ. Обосновывается актуальность геосупервайзинга и оснащения цифровыми датчиками станций ГТИ. Цифровизация и пересмотр научно-практических основ бурения скважин – необходимый этап в развитии современной промысловой геофизики.
Ключевые слова: цифровизация; геолого-технологические исследования; геосупервайзинг; оптимизация технологических процессов; буровой супервайзер.
УДК 622.244.443 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-17-22
ИЗОЛЯЦИЯ ПОЛНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ПРИ БУРЕНИИ
НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН ЗА СЧЕТ ДОСТИЖЕНИЯ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО БАЛАНСА (с. 17)
Иван Дмитриевич Ташкевич 1 , аспирант,
Андрей Гелиевич Вахромеев 1, 2 , д-р геол.-минерал. наук, доцент,
Сергей Александрович Сверкунов 1, 3 , канд. техн. наук, доцент,
Николай Александрович Буглов 1 , канд. техн. наук,
Александр Владимирович Карпиков 1 , канд. техн. наук, доцент
1 Иркутский национальный исследовательский технический университет
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
e — mail : vantash @ mail . ru , dobro _75@ mail . ru , bna @ istu . edu , karpikov @ istu . edu
2 Институт земной коры СО РАН
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128,
e — mail : andrey _ igp @ mail . ru
3 Иркутский научный центр СО РАН
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 134
Цикл строительства скважины зачастую сопровождается поглощением промывочной жидкости. Данное осложнение является высокозатратным как по временным, так и по экономическим показателям. Для ликвидации поглощений применяются различные способы, при этом необходимо подобрать оптимальный вариант мер по борьбе с данным осложнением с учетом фактических геолого-технических условий. В противном случае используемые меры не дадут желаемого результата и приведут только к лишним временным и финансовым затратам. Для ликвидации катастрофических поглощений авторами статьи был рассмотрен способ установки цементного моста «на балансе». При такой методике цементный мост «опускается» под собственным весом/давлением в поглощающий пласт. Авторами сделан полный расчет установки цементного моста с учетом фактических скважинных условий. Это позволит определить: объем цементного моста, высоту подъема инструмента над зоной поглощения, объем продавки в трубном пространстве, а также конечное расположение кровли и подошвы цементного моста в призабойной зоне.
Ключевые слова: поглощение; промывочная жидкость; кольматация; цементный мост; продавка; баланс.
УДК 622.244.442 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-23-29
ОБ ИЗМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН В НЕУСТОЙЧИВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ (с. 23)
Михаил Андреевич Мыслюк, д-р техн. наук, профессор,
Владимир Васильевич Богославец, канд. техн. наук, доцент
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
76019, Украина, г. Ивано-Франковск, ул. Карпатская, 15,
e — mail : mmyslyuk @ ukr . net , volodja — bogoslavets @ ukr . net
Алексей Кузьмич Раптанов, директор по добыче и переработке углеводородов,
Владимир Васильевич Руженский, руководитель департамента бурения,
Богдан Игоревич Костив, главный специалист отдела бурения
36020, Украина, г. Полтава, ул. Стретенская, 36,
e — mail : RaptanovAK @ ngv . com . ua , RuzhenskiyVV @ dtek . com , KostivBI @ dtek . com
Проанализировано изменение технологических и реологических свойств полимер-ингибирующего бурового раствора при бурении глубоких скважин 72- и 75-Семиренковская в неустойчивых глинистых отложениях. Установлены эмпирические закономерности между некоторыми показателями технологических и реологических свойств с глубиной, имеющие важное значение с точки зрения диагностики причин возникновения осложнений.
Ключевые слова: корреляционный анализ; неустойчивые глинистые отложения; полимер-ингибированный буровой раствор; технологические и реологические свойства; эмпирические закономерности.
УДК 622.24 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-30-34
ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
С ИНТЕГРИРОВАННОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ (с. 30)
Александр Юрьевич Давыдов, канд. техн. наук, доцент,
Марат Яхиевич Хабибуллин, канд. техн. наук, доцент,
Илья Александрович Давыдов, студент
ФГБОУ ВО УГНТУ, филиал в г. Октябрьском
452607, Россия, Республика Башкортостан, г. Октябрьский, ул. Девонская, 54а,
e-mail: alex-dy@yandex.ru, m — hab @ mail . ru , mr.davydov135@mail.ru
Ирина Айратовна Яхина, главный геолог
ООО НПФ «ВНИИГИС-ЗТК»
452602, Россия, Республика Башкортостан, г. Октябрьский, ул. Садовое кольцо, 16, корп. А,
Рассмотрен опыт применения винтовых забойных двигателей с интегрированной в корпус телеметрической системой производства ООО НПФ «ВНИИГИС-ЗТК», позволяющих решать актуальные задачи строительства горизонтальных скважин – точное определение момента вскрытия продуктивного пласта и оперативное управление траекторией ствола скважины с целью ее проводки по наиболее продуктивному коллектору.
Ключевые слова: винтовой забойный двигатель; наддолотный модуль; система измерений над долотом; телеметрическая система.
УДК 622.276.438 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-35-38
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ЗАКАЧИВАЕМОЙ В ПЛАСТ ВОДЫ
НА НАБУХАЕМОСТЬ ПЛАСТА (с. 35)
Дмитрий Николаевич Ламбин, канд. техн. наук, доцент,
Михаил Юрьевич Кильянов, канд. хим. наук, старший научный сотрудник,
Леонид Витальевич Игревский, канд. техн. наук, доцент,
Алексей Иванович Лавренчук, канд. техн. наук, Начальник Военного учебного центра,
Дмитрий Владимирович Исаев, заместитель начальника Военного учебного центра
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
119991, Россия, г. Москва, Ленинский просп., 65, корп. 1,
e-mail: lambind@gmail.com, m.kilyanov@mail.ru, igrevsky.l@gubkin.ru, andrej.elizarov.80@mail.ru, sportik20122012@mail.ru
В статье приведены данные о влиянии минерализации закачиваемой в пласт воды на набухаемость пластов. Показано, что набухание глин происходит тем интенсивнее, чем меньше минерализация воды, вводимой в породу. Это приводит к уменьшению порового пространства и снижению коэффициента проницаемости породы. Поэтому одним из важных требований к реагенту, используемому для закачки в пласт с целью поддержания пластового давления и увеличения нефтеотдачи, является предотвращение или снижение набухаемости глин.
Ключевые слова: поддержание пластового давления; минерализация; глины; набухаемость.
УДК 622.276+665.3 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-39-42
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРИ ТЕКУЧЕСТИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ
МЕТОДОМ ВНЕСЕНИЯ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК (с. 39)
Алексей Евстафьевич Нижник, д-р техн. наук, профессор,
Евгений Иванович Величко, канд. техн. наук, доцент,
Алексей Владимирович Поляков, канд. техн. наук, доцент,
Виталий Викторович Дубов, старший преподаватель,
Марина Геннадьевна Приходько, ассистент
Кубанский государственный технологический университет
350040, Россия, г. Краснодар, Ставропольская ул., 149,
e-mail: nizhnikae@mail.ru, johnbottle@mail.ru, polyakov0804@mail.ru, ngpkubgty@mail.ru,
aniram-m03@mail.ru
В настоящее время значительно возрос объем добычи и транспорта высоковязких нефтей в мире. Транспорт парафинистых нефтей связан со значительным снижением напора и увеличением энергетических затрат. Для решения этой проблемы можно применять следующие технологии: подогрев, разбавление, создание коаксиального потока, эмульгирование.
В работе представлена одна из наиболее эффективных технологий улучшения транспорта тяжелых нефтей – внесение химических реагентов. Снижение гидравлических потерь при транспортировке тяжелой нефти химическими присадками происходит за счет применения двух основных технологий: введение депрессорных присадок и добавление противотурбулентных присадок.
Ключевые слова: высоковязкие нефти; поверхностно-активные вещества; депрессорные присадки; противотурбулентные присадки; точка застывания.
УДК 622.02 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-43-48
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СКВАЖИНЫ
ПРИ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ (с. 43)
Валерий Анатольевич Костилевский, канд. техн. наук, начальник управления
ПАО «Нефтяная компания Лукойл»
Владимир Владимирович Шайдаков, д-р техн. наук, профессор
Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ)
450062, Россия, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1,
Алла Ринатовна Аюпова, канд. техн. наук, ведущий инженер-технолог
В статье предложена математическая модель участка «пласт – скважина – насос – устье скважины» для установки погружного двустороннего электроцентробежного насоса (УЭЦН). Рассмотрены требования по обеспечению необходимого притока добываемой жидкости в структуре пластов, требования бесперебойного процесса напорной откачки скважинной жидкости в двухпластовой системе. Для построения модели используется структурная схема скважинной системы двусторонней УЭЦН с пакером. Модель представляет объединение линеаризованных характеристик различного рода гидравлических сопротивлений (штуцеров) с нелинейными напорными характеристиками двух насосов, которые корректируются с учетом реологических свойств перекачиваемого флюида. Получена расчетная схема, позволяющая оценивать модельную ситуацию отсутствия притока из нижнего пласта при исключении нижнего пласта и нижнего насоса (работа только верхнего пласта и насоса).
Ключевые слова: математическая модель; двухпластовая система; двусторонний электроцентробежный насос; флюид; приток; нефть.
УДК 004.7+67.03 DOI : 10.33285/0130-3872-2020-11(335)-49-59
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН
В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ (с. 49)
Инга Олеговна Сочнева , канд. техн. наук, доцент,
Аделина Ибрагимовна Юнусова , студентка
МГИМО МИД России
119454, Россия, г. Москва, просп. Вернадского, 76,
e-mail: sochnevamgimo@yandex.ru, aiyunusova7@gmail.com
Технология блокчейн создает новый вектор в развитии цифрового бизнес-пространства и может существенным образом снизить капитальные и операционные издержки нефтегазовых компаний, повысить надежность и безопасность всех производственных и коммерческих операций.
Благодаря наличию большого количества блокчейн-решений технология может применяться во всей производственной цепочке в нефтегазовой отрасли. Распределенный реестр данных, смарт-контракты, блокчейн-сертификация, совместное использование технологии с Интернетом вещей и искусственным интеллектом оптимизируют взаимодействие между всеми участниками процессов, сокращают время на принятие решений и в конечном счете дают прямой экономический эффект.
Технология блокчейн уже сейчас показала свою жизнеспособность и эффективность для рынка энергетики. Основные компании мейджоры имплементировали отдельные элементы системы в свою ежедневную практику. Но это только первые шаги в процессе эволюционного развития технологии. Необходим целостный и всеобъемлющий подход к ее внедрению. Дальнейшее проникновение блокчейн в нефтегазовую отрасль будет только ускоряться и расширяться, единственным тормозом на данном пути могут стать отсутствие правовой базы для его использования в отдельных государствах.
Ключевые слова: блокчейн; распределенный реестр данных; смарт-контракт; блокчейн-сертификация; нефтегазовая отрасль.
ФГАОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА»
Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Забойные двигатели
При бурении нефтяных и газовых скважин применяют гидравлические и электрические забойные двигатели , преобразующие соответственно гидравлическую энергию бурового раствора и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Гидравлические забойные двигатели выпускают гидродинамического и гидростатического типов. Первые из них называют турбобурами, а вторые – винтовыми забойными двигателями. Электрические забойные двигатели получили наименование электробуров.
Турбобур представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, к валу которой непосредственно или через редуктор присоединяется долото.
Каждая ступень турбины состоит из диска статора и диска ротора .
В статоре, жестко соединенном с корпусом турбобура, поток бурового раствора меняет свое направление и поступает в ротор , где отдает часть своей гидравлической мощности на вращение лопаток ротора относительно оси турбины. При этом на лопатках статора создается реактивный вращающий момент, равный по величине и противоположный по направлению вращающему моменту ротора. Перетекая из ступени в ступень буровой раствор отдает часть своей гидравлической мощности каждой ступени. В результате вращающие моменты всех ступеней суммируются на валу турбобура и передаются долоту. Создаваемый при этом в статорах реактивный момент воспринимается корпусом турбобура и БК.
Работа турбины характеризуется частотой вращения вала n , вращающим моментом на валу М, мощностью N, перепадом давления DР и коэфициентом полезного действия h.
Как показали стендовые испытания турбины, зависимость момента от частоты вращения ротора почти прямолинейная. Следовательно, чем больше n , тем меньше М, и наоборот.
В этой связи различают два режима работы турбины: тормозной, когда n = 0, а М достигает максимального значения , и холостой, когда n достигает максимального , а М=0. В первом случае необходимо к валу турбины приложить такую нагрузку, чтобы его вращение прекратилось, а во втором – совершенно снять нагрузку.
Максимальное значение мощности достигается при частоте вращения турбины n = n0.
Режим, при котором мощность турбины достигает максимального значения называется экстремальным. Все технические характеристики турбобуров даются для значений экстремального режима. В этом режиме работа турбобура наиболее устойчива, так как небольшое изменение нагрузки на вал турбины не приводит к сильному изменению n
и, следовательно, к возникновению вибраций, нарушающих работу турбобура.
Режим, при котором коэфициент полезного действия h турбины достигает максимального значения называется оптимальным. При работе на оптимальном режиме , т.е. при одной определенной частоте вращения ротора турбины для данного расхода бурового раствора Q, потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в турбине DР минимальны.
При выборе профиля лопаток турбины стремятся найти такое конструктивное решение, чтобы при работе турбины кривые максимальных значений N и h располагались близко друг к другу. Линия давления DР таких турбин располагается почти симметрично относительно вертикали, на которой лежит максимум мощности.
Таким образом, при постоянном расходе бурового раствора Q параметры характеристики турбины определяются частотой вращения ее ротора n, зависящей от нагрузки на вал турбины (на долото).
При изменении расхода бурового раствора Q параметры характеристики турбины изменяются совершенно по другому.
Пусть при расходе бурового раствора Q1 и соответствующей этому значению частоте вращения ротора турбины n1 при оптимальном режиме турбина создает мощность N1
и вращающий момент М1 , а перепад давления в турбине составляет DР1. Если расход бурового раствора увеличить до Q2 , параметры характеристики турбины изменятся следующим образом:
N1 / N2 = (Q1 / Q2)3
М1 / М2 = (Q1 / Q2)2
DР1 / DР2 = (Q1 / Q2)2
Видно, что эффективность турбины значительно зависит от расхода бурового раствора Q. Однако увеличение расхода Q ограничивается допустимым давлением в скважине.
Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению плотности бурового раствора r.
N1 / N2 = М1 / М2 = Р1 / DР2 = r1 / r2
Частота вращения ротора турбины n от изменения плотности r не зависит.
Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению числа ступеней.
ГОСТ 26673-90 предусматривает изготовление бесшпиндельных (ТБ) и шпиндельных (ТШ) турбобуров.
Турбобуры ТБ применяются при бурении вертикальных и наклонных скважин малой и средней глубины без гидромониторных долот. Применение гидромониторных долот невозможно по тем причинам, что через нижнюю радиальную опору (ниппель) даже при незначительном перепаде давления протекает 10 – 25% бурового раствора.
Значительное снижение потерь бурового раствора достигается в турбобурах, нижняя секция которых, названная шпинделем, укомплектована многорядной осевой опорой и радиальными опорами, а турбин не имеет.
Присоединяется секция шпиндель к одной (при бурении неглубоких скважин), двум или трём последовательно соединённым турбинным секциям.
Поток бурового раствора, пройдя турбинные секции, поступает в секцию – шпиндель, где основная его часть направляется во внутрь вала шпинделя и далее к долоту, а незначительная часть – к опорам шпинделя, смазывая трущиеся поверхности дисков пяты и подпятников, втулок средних опор и средних опор. Благодаря непроточной конструкции опор и наличию уплотнений вала, значительно уменьшены потери бурового раствора через зазор между валом шпинделя и ниппелем .
Для бурения наклонно – направленных скважин разработаны шпиндельные турбобуры – отклонители типа ТО.
Турбобур – отклонитель состоит из турбинной секции и укороченного шпинделя. Корпуса турбинной секции и шпинделя соединены кривым переводником.
Для бурения с отбором керна предназначены колонковые турбобуры типа КТД, имеющие полый вал , к которому через переводник присоединяется бурильная головка . Внутри полого вала размещается съёмный керноприёмник . Верхняя часть керноприёмника снабжена головкой с буртом для захвата его ловителем, а нижняя – кернорвателем, вмонтированным в переводник . Для выхода бурового раствора, вытесняемого из керноприёмника по мере заполнения его керном, вблизи верхней части керноприёмника имеются радиально расположенные отверстия в его стенке, а несколько ниже их – клапанный узел . Последний предотвращает попадание выбуренной породы внутрь керноприёмника, когда он не заполняется керном, и в это время клапан закрыт.
Керноприёмник подвешан на опоре , установленной между переводником к БК и распорной втулкой . Под действием гидравлического усилия, возникающего от перепада давления в турбобуре и долоте, и сил собственного веса, керноприёмник прижимается к опоре и во время работы турбобура не вращается.
ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор .
Статор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.
Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично
Кинематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.
Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой и радиальными резино – металлическими опорами . К валу шпинделя присоединяется долото . Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.
ВЗД изготовляют согласно ТУ 39-1230-87.
Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора следующая . По мере роста момента М перепад давления в двигателе Р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении – резко. Зависимости изменения мощности двигателя и К.П.Д. от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью – экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.
Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.
Характер изменения от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым.
Значения при увеличении растут почти линейно, — несколько уменьшается, а возрастает по зависимости, близкой к квадратичной.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Немагнитные винтовые забойные двигатели
В последнее время повышается актуальность добычи нефти на зрелых месторождениях, в том числе с реанимацией старого фонда скважин, где существуют достаточные запасы трудноизвлекаемой нефти. Как правило, для этого используют технологии наклонно-направленного и горизонтального бурения, повышающие индекс доходности, как показателя снижения капитальных вложений в сравнении с бурением скважин по обычным технологиям.
Технологии наклонно-направленного и горизонтального бурения находят широкое применение при добыче полезных ископаемых шахтным способом, обеспечивающие дегазацию угольных месторождений, водоотлив и осушение, проходку выработок, буровзрывные работы, скважинное выщелачивание и гидродобычу, способствуя значительному снижению затрат, повышению безопасности и технологической эффективности горных работ в целом.
При бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин необходима высокая точность проводки стволов для обеспечения попадания в заданные коридоры между различными пластами и исключения возможного прорыва газа из газовой шапки или чрезмерного приближения к границе водоносного горизонта.
Для отслеживания траектории скважины в процессе бурения в компоновке низа буровой колонны применяются различные геоизмерительные телесистемы, размещаемые выше гидравлического забойного двигателя. Для обеспечения корректной работы датчиков и магнитных зондов телесистемы, а особенно инклинометрических, их размещают в немагнитных переводниках или немагнитных буровых трубах.
На точность измерения инклинометрических зондов влияет присутствие намагничиваемых металлических элементов забойного двигателя и дополнительных устройств, общая длина которых, в зависимости от габарита двигателя и необходимой мощности, составляет порядка 7 – 11 метров, поэтому данный зонд (точка замера) в компоновке телесистемы отдален(до 12 – 18 м) от забойного двигателя и долота. Отдаление инклинометрического зонда от долота ухудшает точность прогнозирования азимутального и зенитного углов бурового инструмента, что затрудняет удержание траектории ствола при проходке скважины в пределах проектных вертикальных и горизонтальныхкоридоров (±1 м), особенно с волнообразной пространственной траекторией проходки через пласты с высоким водоносным насыщением.
Для решения задачи уменьшения влияния элементов забойного двигателя на телеметрические телесистемы предприятием ООО «ИнБурТех» были проведены исследовательские работы по подбору материала, удовлетворяющего поставленной задаче, в результате которых, в качестве конструкционного материала была выбрана немагнитная аустенитная Mn-Cr сталь марки Р550, имеющая высокие физико-механические свойства, обладающая устойчивостью к точечной коррозии и к коррозийному растрескиванию под напряжением, обеспечивающая надежную работу высоконагруженных элементов двигателя в тяжелых условиях бурения и имеющая, в отличии от обычных конструкционных сталей, (например стали SAE 1045, µ = 1000) более низкую относительную магнитную проницаемость (µ = 1,005).
Дополнительным преимуществом стали Р550 является повышенная твердость (в среднем 400 HB). Это выше, чем у обычной углеродистой стали, применяемой для изготовления забойных двигателей обычного исполнения, что позволяет уменьшить степень истирания и повысить прочность корпусных деталей двигателя, особенно при бурении с вращением колонны бурильных труб ротором.
Винтовые забойные двигатели из немагнитных материалов превосходят забойные двигатели из традиционных материал по прочности, вязкости и коррозионной стойкости.
Из выбранной стали была изготовлена опытная партия двигательных секций с верхними переводниками (ловильными устройствами) для двигателей диаметром 76 и 106 мм. Двигатели успешно прошли стендовые испытания, после чего, при проведении промысловых испытаний на месторождениях Урало-Поволжья и республики Коми, были подтверждены повышение показателя точности бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважинс использованием имеющихся у буровых компаний систем телеметрии, а так же показатели ресурса работы и надежности высоконагруженных узлов забойного двигателя, показавшие целесообразность использования выбранной марки стали для изготовления забойного двигателя и дополнительных устройств. По результатам промысловых испытаний, технические решения двигателей были запатентованы.
В настоящее время предприятие освоило серийный выпуск немагнитных забойных двигателей, которые широко используются в подразделениях ООО «Лукойл-Коми» НШУ «Яреганефть» для шахтной добычи высоковязкой нефти.
