В Пермском Политехе создали уникальное устройство для бурения наклонных скважин
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) впервые в мире разработали устройство активной стабилизации, которое позволяет бурить наклонные скважины без остановки. На изобретение получен патент РФ.
При разработке наклонных нефтяных скважин бурильная колонна вращается со скоростью до 250 оборотов в минуту, вибрируя и сотрясаясь от ударов долота. В этих условиях оптические гироскопы теряют точность, и для получения корректных показаний процесс приходится прерывать — на эти паузы уходит до 15 % времени, а каждая остановка повышает риск «прихвата» колонны и аварийного выброса нефти. Существующие решения — пассивные демпферы (резиновые амортизаторы), гасят удары, но не борются с вращением, а кардановы подвесы — слишком громоздкие и ненадежные для узкой скважины.
Для решения этой проблемы ученые ПНИПУ разработали первое в мире устройство активной стабилизации навигационной платформы, способное работать в условиях бурения с вращением колонны без остановки. Это позволяет сократить время бурения скважины на 15 %. По оценкам ученых, для скважины, которую бурят в среднем 30 дней, экономия составит 4–5 дней, или десятки миллионов рублей на одном объекте.
«Основное преимущество устройства — оно само гасит вращение. Внутри бурильной трубы на специальных мягких прокладках (демпферах) подвешен электродвигатель. На его корпусе закреплена платформа с навигационными приборами — гироскопами и акселерометрами, то есть датчиками вращения и ускорения. Как только они регистрируют, что колонна начала вращаться, двигатель тут же начинает крутить платформу в обратную сторону, причем с той же скоростью. В итоге она остается неподвижной, пока выполняется вращение бурильной колонны», — рассказал один из разработчиков, ассистент кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ Виталий Прохоров.
Дополнительное новшество — в устройстве не один, а два мягких демпфера. Один крепится к валу двигателя, второй — к подшипниковому узлу. Благодаря этому гасятся не только удары вдоль оси скважины, когда долото создает удары в осевом направлении, но и боковая тряска — а она особенно сильно сбивает показания гироскопов. Кроме того, в системе используются оптические датчики вместо механических. В них нет трущихся деталей, поэтому они не изнашиваются от вибраций и пыли и работают гораздо надежнее.
«В устройстве три волоконно-оптических датчика. Два отвечают за измерения углов наклона вдоль продольной оси, третий — вдоль ортогональной. Дополнительно в составе конструкции находится прибор вращения и датчик направления силы тяжести, который помогает при бурении скважины на наклонных участках. Система управления двигателем мгновенно обрабатывает все сигналы и подает команду механизму противовращения для стабилизации платформы телеметрической системы внутри вращающейся бурильной колонны», — пояснил заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук Сергей Чернышов.
Разработчики отмечают, что устройство подходит для любых наклонно-направленных скважин — как на суше, так и на шельфе. Его применение позволит нефтегазовым компаниям бурить быстрее и безопаснее, а значит — снизить себестоимость добычи. Кроме того, разработка открывает новые возможности для автоматизации бурения и геонавигации в реальном времени.