Производство и испытание первых российских поликристаллических алмазных резцов для буровых долот

Источник: Журнал «PROнефть»

В настоящее время в России стратегически важными являются вопросы импортозамещения, от их решения зависит уровень развития национальной экономики. Поддержка отечественного производителя и проведение опытно-промышленных испытаний их разработок в производстве – одна из ключевых задач, возложенных на компанию-оператора.

На сегодняшний день российские производители долот PDC успешно конкурируют с зарубежными компаниями, однако все резцы для этих долот импортируются из-за рубежа. Ежегодное потребление PDC и импрегнированных долот на территории РФ составляет порядка 11000 ед. исходя из общего объема бурения.

С декабря 2016 г. по июль 2017 г. служба бурения и внутрискважинных работ (ВСР) провела на объектах ООО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» испытания новых долот с первыми алмазными резцами российского производства. Организация этого высокотехнологичного производства стала возможной за счет объединения опыта российского производителя буровых долот ООО «ВолгаБурСервис» (г. Самара) и производителя искусственных алмазов Технологического института сверхтвердых и новых углеродистых материалов (г. Троицк). В результате объединения образовалось ООО «ОйлТехСервис» – новый производитель долот.

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕЗЦОВ

В настоящее время более 90 % общей проходки осуществляется лопастными долотами PDC с поликристаллическими алмазными резцами (рис. 1).


Рис. 1. Породоразрушаюший инструмент – долото PDC

Поликристаллические алмазные резцы представляют собой цилиндрические изделия на твердосплавной основе из карбида вольфрама, которые получают в результате спекания в специальных формах алмазного порошка на подложке из карбида вольфрама при нагревании до 2000 °С под давлением до 6000 МПа. Заключительный этап подготовки – механическая обработка резца до необходимого размера.

К преимуществам долот PDC относятся:

– высокая механическая скорость;

– прогнозируемое поведение долота в процессе бурения (особенно в наклонно направленных скважинах);

– стойкость резцов к нагрузкам. Недостатками рассматриваемых долот являются:

– снижение способности к направленному бурению (слайдирование) при увеличении зенитного угла до 60° и более (для горизонтальных скважин);

– скачки давления, проблемы с установкой отклонителя;

– ресурс корпуса (до непригодного состояния) – 5260 м.

Сравнительная характеристика долот № 1, 2 и 3 приведена в таблице.

Номер скважины Проходка, м Время, ч Скорость бурения, м/ч
бурения промывки роторным способом слайдом средняя
Долото №1
4309 2237 50 144 50 28 45
1180 1886 44 96 47 30 43
2934 1137 23 45 50 51 50
Среднее 1753 39 95 49 36 46
Суммарное 5260 117 285

Долото №2
2596 1894 43 90 53 31 44
2571 1781 44 92 47 25 42
Среднее 1882 43,5 91 50 28 43
Суммарное 3765 87 182      
Долото №3
4437 1602 38 87 48 32 42
2595 850 15 30 56 36 54
Среднее 1226 26,5 58,5 52 34 48
Суммарное 2452 53 117


Среднее по всем долотам 1639 37 83 50 33 46

Долото № 1 (период испытаний 15.06.16 г. – 16.05.17 г.) (рис. 2, а, б)

Состояние по результатам работ – износ калибрующей поверхности долота (кольцевая выработка).


Рис. 2. Долото № 1 до (а) и после (б) проведения испытаний

Долото № 2 (период испытаний 14.06.17 г. – 15.07.17 г.) (рис. 3, а, б).

Состояние по результатам работ – отсутствие пары резцов на периферийной части, а также износы-сколы резцов.


Рис. 3. Долото № 2 до (а) и после (б) проведения испытаний

Долото № 3 (период испытаний 03.07.17 г. – 23.07.17 г.) (рис. 4, а, б).

Состояние по результатам работ – износ калибрующей поверхности (кольцевая выработка).


Рис. 4. Долото № 3 до (а) и после (б) проведения испытаний

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

 По результатам бурения семи скважин долота с резцами российского производства доказали конкурентную скорость проходки по сравнению со скоростью проходки долотами других производителей с зарубежными резцами, но уступили по износостойкости, что, вероятнее всего, является следствием недостаточно совершенной конструкции корпуса, чем недостатком PDC резцов (износ долот был преимущественно периферийный, износ торцевой части отсутствовал). На рис. 5 приведены статистические данные по работе долот, применяемых в ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз», за 2016 г.


Рис. 5. Сравнение средних показателей бурения 220,7-мм секции на месторождениях ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» за 2016 г. с результатами испытаний долот компании ООО «ОйлТехСервис»

Низкие показатели ресурсоемкости работы долота № 3 обусловлены недостаточным качеством разбуривания оснастки обсадной колонны скв. 2595 и последующими сложностями (затяжки/посадки, подклинки) при прохождении компоновки низа бурильной колонны через башмак, что привело к преждевременному износу долота. Следующем рейсом был спущен торцевой фрез для нормализации зоны оснастки кондуктора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задача по определению ресурсоемкости долот, т.е. оценка наработки, необходимой для разрушения инструмента до непригодного состояния, была успешно решена при испытании долота № 1. Таким образом, целью исследований двух других образцов являлось подтверждение полученных показателей работы долота № 1, а также выявление недочетов в конструкции. Эти задачи также можно считать выполненными. Достигнутый результат является доказательством большого потенциала отечественного производства PDC резцов, что дает возможность в краткосрочной перспективе планировать применение аналогичных резцов с шестилопастными долотами как менее агрессивными (более управляемыми) и более устойчивыми к нагрузкам, а также изготовление и использование резцов типоразмеров 16 и 19 мм. В долгосрочной перспективе предполагается развитие российского производства алмазных резцов (30 % общего объема к 2019 г.).


Авторы статьи:  Л.В. Лебедев, А.Я. Закиров, к.т.н. Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
Источник:  Журнал «PROнефть»

Возврат к списку