Десять лет шлифовки: как китайскому высокотайному буровому оборудованию выбрать путь автономии?

Запасы сланцевого газа в Китае входят в число самых высоких в мире. Однако ключевая технология высокотехнологичного бурового оборудования, используемого при разработке сланцевого газа, когда-то находилась в монопольном владении зарубежных компаний. Корпорация аэрокосмической науки и промышленности совместно с PetroChina за десять лет решили эту проблему. Почему так трудно создать высокотехнологичное буровое оборудование с нуля? Какие революционные изменения принесёт его прорыв в области эксплуатации сланцевого газа в Китае?

Десяти миллиардный рынок открыл эпоху высококлассного бурового оборудования в Китае

Когда репортёр приехал на нефтегазовое месторождение Цюлинь в уезде Сантай провинции Сычуань, сотрудники буровой бригады поднимали роторную систему управления на буровую платформу. Эта конструкция имеет длину 11,5 метра, что соответствует высоте четырёхэтажного здания.

Лю Вэй, заместитель генерального директора компании «Тяньши Хэчуань», Третья академия Группы аэрокосмической науки и промышленности: Используйте кран, чтобы поднять прибор к устью скважины для проведения испытаний. После того как тест пройдёт нормально, мы начнём бурение скважины.

По словам сотрудников на месте, проектная глубина этой нефтяной и газовой скважины составляет 3300 метров. Благодаря отечественной роторной системе управления бурением, на бурение скважины уходит всего более 20 дней. Раньше на бурение такой скважины традиционным оборудованием уходило около 50 дней. Теперь мы не только сокращаем время вдвое, но и экономим более 1,5 миллиона юаней затрат на каждую скважину.

Система роторного управления позволяет автономно двигаться в любом направлении в формации, позволяя буровому долоту диаметром 0,2 метра перемещаться горизонтально или под углом и стабильно проходить по тонкому нефтяному слою толщиной менее 1 метра, словно улавливая «запах нефти», чтобы проложить канал для добычи нефти и газа. За такой интеллектуальной технологией стоит использование инерциальной навигационной и управляющей технологии, применяемой на космических аппаратах, объединённой с технологией нефтебурового производства; благодаря комплексным инновациям это помогает развитию нефтегазовой отрасли нашей страны добиться независимого контроля над ключевыми базовыми технологиями.

Недавно также поступили хорошие новости с международного рынка. С помощью роторной системы управления китайского производства успешно пробурена скважина №420 на нефтяном месторождении Лечица в Беларуси. Одна буровая вышка завершила операцию по бурению на глубине 4150 метров, что вызвало значительный резонанс в местном регионе. До сих пор отечественное высокотехнологичное нефтегазовое оборудование добилось нулевого прорыва на международном рынке. Ежегодная мощность международного рынка роторных систем управления составляет около 10 миллиардов юаней. Благодаря этому отечественному оборудованию на данный момент уже пробурено 204 скважины.

Ле Хун, заместитель генерального менеджера Southwest Oil and Gas Field Company PetroChina: некоторые скважины ранее были непригодны для эксплуатации, но теперь их можно не только разрабатывать, но и делать это эффективно.

От неразрабатываемого до разрабатываемого: разница в том, что теперь у нас есть собственное отечественное высококлассное оборудование. Сланцевый газ относится к нетрадиционному природному газу, который трудно осваивать и дорого стоит. Когда в Китае началась эксплуатация сланцевого газа, зарубежные нефтесервисные компании привезли роторную систему управления, из-за которой китайские нефтяники, по-прежнему бурившие скважины традиционным способом, стали предметом зависти: на ту же самую скважину время бурения с использованием иностранного оборудования было вдвое больше, чем с отечественным. Однако оборудование зарубежных компаний лишь арендуется, а не продается.

Ле Хун, заместитель генерального менеджера PetroChina Юго-Западной нефтегазовой компании: Он пришёл к инженеру с небольшим образцом роторных направляющих инструментов. Его ежедневные эксплуатационные расходы в 4–5 раз превышают затраты нашей команды из 40 человек на этой большой буровой установке.

Бай Цзин, заместитель декана НИИ технологии бурения и добычи нефти PetroChina Chuanqing: Геологические условия в нашем Сычуань-Чунцинском регионе очень сложные. В ходе этого процесса они будут отступать при малейшей опасности. Самое неприемлемое заключается в том, что он считает риск высоким. Отправляйте электронное письмо в любое время, после чего выведите персонал и оборудование на отступление.

Запасы сланцевого газа, пригодные для извлечения, в Китае составляют 25,1 триллиона кубических метров. Район Сычуань-Чунцин признан национальной демонстрационной зоной по развитию добычи сланцевого газа. Однако стоимость аренды зарубежного оборудования для добычи остается высокой. Из-за ожидания иностранной техники буровая бригада нередко прекращает бурение на один-два месяца. Самое длительное время ожидания достигает 63 дней, что серьезно сказывается на ходе добычи. Независимые исследования и разработки роторной системы управления с высокой эффективностью бурения становятся неизбежными.

37 неудач, «входить в землю» не менее сложно, чем «взбираться в небо».

Чтобы преодолеть ключевые технические трудности высококлассного бурового оборудования, PetroChina нашла сотрудничество с Группой аэрокосмической науки и промышленности. Однако то, чего оба партнёра не ожидали, — это то, что зрелая технология, уже применяемая на космическом корабле «Шэньчжоу» и зондах серии «Чанъэ», при решении задачи бурения в грунт потребовала целого десятилетия для преодоления технических сложностей из-за «акклиматизации».

Используя аэрокосмическую инерциальную навигационную и управляющую технологию, команда разработчиков за три года завершила создание принципиального прототипа роторной системы управления. После многочисленных наземных испытаний продукт демонстрирует хорошую производительность. Однако во время первого бурового испытания произошло нечто неожиданное.

Сун Цюаньхуа, председатель компании Tianshi Chuang, Третья академия Группы аэрокосмической науки и промышленности: «Наш прототип не имел никакого сигнала при первом погружении в скважину. В конце концов выяснилось, что проблема заключалась в герметизации. Весь прибор с самого начала до конца был зацементирован грязью. Оказалось, что для работы под землёй потребуется как минимум несколько десятков часов, прежде чем возникнет проблема, однако оказалось, что проблема возникнет даже без минутной работы.»

Три года упорной работы, миллионы инвестиций — а тест показал ноль. Высокая температура, высокое давление, сильная вибрация и суровые условия работы под землёй намного превосходят представления астронавтов.

Юэ Буцзян, главный инженер компании Tianshi Chuangchuang, Третья академия Группы аэрокосмической науки и промышленности: Роторная система управления — это технология, которую трудно обуздать. Я всегда сравнивал её с Сунь Укуном. Ей нужны не только золотой глаз для выявления нефти и газа, но и палка с золотыми кольцами, которая способна соединить подземное пространство с поверхностью, прежде чем можно будет добывать нефть и газ.

Не стоит недооценивать этот «золотой обруч-штангу» диаметром всего более 20 сантиметров. Он объединяет восемь модулей, включая измерение при бурении, генерацию электроэнергии и связь, центральное управление и навигацию. В нем почти 30 000 деталей, что эквивалентно подземному интеллектуальному роботу.

Лу Дэньюнь, ведущий эксперт CNPC Chuanqing Drilling: Это в основном интеллектуальный инструмент, объединяющий механику, электронику, гидравлику, измерение и управление. Успех каждого компонента определяет надежность всей нашей функциональной производительности.

В Промышленном парке Чжуочжоу Третьей академии Группы аэрокосмической науки и промышленности на интеллектуальной производственной линии обрабатывается акселерометр — основной компонент системы роторного наведения.

У Ву Нан, заместитель главного конструктора акселерометра Третьей академии Аэрокосмической науки и промышленной корпорации: Это равносильно глазу на роторной системе управления, чтобы найти необходимый нам нефтяной блок.

Кварцевый маятник на акселерометре способен стабильно работать при вибрации до 6G во время запуска космического корабля «Шэньчжоу». Однако во время испытания в скважине максимальная вибрация достигла 20g, и маятник мгновенно сломался, что привело к «слепоте» оборудования.

Как улучшить дизайн и повысить антивибрационную функцию оборудования под землёй — одна из сложных задач, которую предстоит решить астронавтам. Самым трудным моментом, с которым они столкнулись во время испытаний, стало отсутствие сигнала в скважине, что привело к потере контакта внизу.

Ма Хуэйбинь, заместитель директора отдела приборов компании Tianshi Chuangchuang, Третья академия Группы аэрокосмической науки и промышленности: «Наиболее распространённым феноменом отказа, с которым мы сталкивались в последние годы, является отсутствие сигнала. Всего 37 случаев неудачных испытаний были вызваны именно отсутствием сигнала. В результате всех отказов скважинных приборов первым признаком становится именно отсутствие сигнала».

37 поражений, снова 37 с самого начала. Найдите причину отсутствия сигнала, улучшите её, а затем повторно используйте прибор в скважине для проверки. Более пяти лет совместная научно-исследовательская и разработочная команда из более чем 80 человек, состоящая из сотрудников PetroChina и Третьей академии аэрокосмической промышленности, повторяет этот процесс. Под землёй находятся десятки пробурённых колец, которые сломались.

Повторяющиеся сражения и повторные поражения, повторные поражения и повторные сражения. После того как проблема сигнала была решена, проблема надёжности системы вскоре превратилась в препятствие: для достижения промышленного применения продукт должен был стабильно работать 200 часов подряд, чтобы пройти испытания, однако средний срок службы изделия на тот момент составлял менее 20 часов. Пять лет пролетели незаметно. К этому времени финансирование исследований уже исчерпано. Если не произойдёт прорыва в технологии, проекту грозит судьба свёртывания.

Ма Хуэйбинь, заместитель директора инструментального отдела компании Tianshi Chuangchuang, входящей в Третью академию Группы аэрокосмической науки и промышленности, сказал: «Я не хочу этого делать, не делайте этого, вы действительно не будете? Я даже подумывал о сворачивании проекта. Но я действительно бросил. Это также результат многолетних кропотливых усилий. Эта вещь похожа на собственного ребёнка. Сделайте её 1,1. Нет, я даже заплакал, произнося это».

Государство поддерживает основные технологии бурового оборудования для достижения независимого контроля.

Сотрудники отдела исследований и разработок сообщили журналистам, что исследования и разработка роторной системы управления трудно применить в инженерной практике. Геологические условия и инженерные сложности каждой скважины различны, и оборудование должно адаптироваться ко всем сложным геологическим условиям, чтобы добиться промышленного внедрения. Более десятка подразделений в Китае уже пять-десять лет борются с ключевыми проблемами, однако большинство из них отступило на полпути. В то время, когда проект сотрудничества между PetroChina и Космической и промышленной наукой и техникой может быть свёрнут, государственная политика по развитию высокотехнологичного оборудования позволила реализовать этот проект.

С учётом развития отрасли производства высокотехнологичного оборудования государство в последние годы приняло ряд политических мер и планов, чётко указав, что необходимо ускорить развитие индустрии производства высокотехнологичного оборудования и содействовать переводу традиционной отрасли машиностроения к среднему и высокому уровням.

В момент, когда развитие системы роторного управления столкнулось с узким местом, она была одобрена государством.

Бай Цзин, заместитель декана НИИ технологии бурения и добычи нефти PetroChina Chuanqing: Во-первых, это поддержка проекта. Я позволю вам продолжить работу. Во-вторых, это финансовая поддержка, а в-третьих — различные условия проведения испытаний и проверок, включая условия для привлечения некоторых специальных сотрудников по научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе, то есть для команды R&D вы можете предложить всё, что пожелаете. Научно-технический департамент группы максимально эффективно будет координировать, организовывать и распределять ресурсы.

Хотя в процессе решения ключевых проблем они столкнулись с проблемами высокой температуры и уклона, PetroChina и Группа аэрокосмической науки и промышленности организовали выездное руководство с участием многих академиков.

Бай Цзин, вице-президент Научно-исследовательского института технологии бурения и добычи нефти Chuanqing компании PetroChina: Академик Сунь Цзиншэн напомнил нам, что при проектировании необходимо учитывать избыточность электронной системы управления. Позже мы обнаружили, что многие проблемы возникли из-за особых условий работы в шахте, что привело к недостаточному запасу избыточности и сбоям.

После улучшения по предложению эксперта надёжность оборудования значительно повысилась. За десять лет роторная система управления наклоном и направлением, наконец, прошла приёмку проекта, организованную Национальным энергетическим управлением, достигнув прорыва в шести ключевых технологиях.

В то время как отечественное оборудование продолжает добиваться технологических прорывов, оборудование зарубежных компаний также незаметно снизило цены.

Бай Цзин, заместитель декана НИИ технологии бурения и добычи нефти PetroChina Chuanqing: Эксплуатационные расходы одной скважины снизились с более чем 600 миллионов юаней до менее чем 2 миллионов юаней.

В настоящее время уровень локализации системы роторного управления достиг 100 процентов, а общая производительность вышла на передовой мировой уровень.

Сун Цюаньхуа, председатель компании Tianshi Chuang, Третья академия Группы аэрокосмической науки и промышленности: «Мы стремимся не только объединиться для технологических инноваций, но также в будущем управлять инновациями и инновациями в механизмах, чтобы раскрыть весь наш потенциал, финансовые ресурсы и производственную цепочку, обновлять и совершенствовать наши существующие продукты, разрабатывать в дальнейшем более высокотехнологичное оборудование и вносить свой вклад в энергетическую безопасность страны».

(Репортёр Цуй Сявэнь из Генеральной станции — Вэйминь, Ван Ган, Вэнь Сяо, Чжан Цзюньцин)

(источник: новостной клиент CCTV)