«Трудные» углеводороды требуют новых технологий, оборудования и специальных труб для их добычи. В ответ на возникающие запросы нефтяных компаний российские трубники обеспечивают рынок инновационными решениями, позволяющими работать в нестандартных условиях Крайнего Севера, континентального и морского шельфа.
Объемы легкоизвлекаемых нефти и газа в мире ежегодно сокращаются, потому нефтегазовые компании все больше начинают ориентироваться на добычу трудноизвлекаемых запасов углеводородов (ТрИЗов), к которым относят высоковязкие углеводороды, сланцевую нефть, подгазовые залежи, нефть и газ, добываемые на морском шельфе и в условиях Крайнего Севера.
По оценкам экспертов запасы трудноизвлекаемой нефти в мире составляют 50 млрд т. В России доля таких запасов по отношению к общим доказанным составляет более 65 %. Тем не менее по экспертным оценкам в 2018 г. в общероссийской добыче нефти доля ТрИЗов была невелика, составляла порядка 7,2 %, однако она постоянно растет. Многие «трудные» месторождения были открыты еще в советское время в 1960-х гг., но осваивать их предстояло будущим поколениям. Это запасы баженовской, абалакской, тюменской и фроловской свит Западной Сибири, ачимовской толщи в Ханты-Мансийском автономном округе, континентального шельфа морей Северного Ледовитого океана, Сахалина и Каспийского моря. Около 67 % «трудной» нефти сосредоточено в баженовской и тюменской свитах, а также в ачимовской толще, 5 % дают морские шельфы.
Нефтегазовые компании работают сегодня над сотнями проектов, цель которых – максимизировать нефте- и газоотдачу на зрелых месторождениях и обеспечить эффективную разработку новых трудноизвлекаемых запасов. Для этого участники рынка внедряют новые технологии, в частности, совершенствуют конструкции горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пластов (МГРП), модернизируют системы бассейнового моделирования в сложных геологических зонах, строят высокотехнологичные скважины и проводят интегрированный инжиниринг.
В таких условиях важное значение приобретают надежное оборудование и трубы с премиальными высокогерметичными соединениями. Осознавая важность оснащения «трудных» месторождений, крупнейшие российские трубные компании – Трубная Металлургическая Компания (ТМК) и Объединенная металлургическая компания (ОМК) – создают инновационную продукцию в ответ на нужды нефтегазового сектора.
НА МОРСКОМ ШЕЛЬФЕ
Одно из важных направлений разработки ТрИЗов – добыча углеводородов на шельфе. Для таких месторождений требования к трубам значительно выше, чем для проектов на суше, поскольку главное условие здесь – надежность и герметичность всей системы добычи.
«Особые условия работы на шельфе, связанные со спецификой пород, присутствием воды, требуют повышенного внимания к работе с углеводородами. Минимизировать опасность утечки во время добычи позволяют, в том числе, современные качественные решения российской трубной промышленности. Инновационные трубы и соединения обеспечивают безопасность работы нефтяников на морском шельфе и защищают окружающую среду от утечки углеводородов», – комментирует директор НО «Фонд развития трубной промышленности» Игорь Малышев.
ТМК поставляет для проектов на Сахалине свою премиальную продукцию. Первые отгрузки обсадных труб групп прочности L80, R95 и P110 на Киринский блок газовых месторождений «Газпрома» были осуществлены еще в 2015 г. После этого компании заключили договор, предусматривающий разработку и производство новых видов труб по специальным техническим условиям «Газпрома» для эксплуатируемых и новых проектируемых объектов. В итоге, начиная с 2016 г., ТМК поставила на месторождения компании несколько типов уникальной продукции: коррозионностойкие насосно-компрессорные трубы диаметром 178 мм группы прочности L80 типа 13Cr и коррозионностойкие обсадные трубы диаметрами 245 и 273 мм группы прочности L80 типа 13Cr с соединением TMK UP PF. Данное соединение обладает исключительной устойчивостью к растягивающим, сжимающим и изгибающим нагрузкам при избыточном внутреннем и наружном давлении.
ТМК поставила свои высокотехнологичные решения еще для двух проектов в Охотском море: на месторождение Одопту-море компании «Роснефть-Сахалинморнефтегаз» и на Пильтун-Астохское месторождение компании «Сахалин Энерджи». В первом случае были поставлены обсадные трубы диаметром 168–340 мм группы прочности P110, N80 с резьбовыми соединениями TMK UP PF, TMK UP PF ЕТ. Во втором – обсадные трубы диаметром 245 мм группы прочности L80 с резьбовым соединением TMK UP PF. Уже в конце 2018 г. с морской платформы «Моликпак» на Пильтун-Астохском месторождении специалисты произвели спуск колонны в наклонно-направленную водонагнетательную скважину. Это стало первым в России опытом промышленного применения труб с премиальными резьбовыми соединениями российского производителя на морском месторождении на шельфе о. Сахалин.
ОМК разработала собственную линейку высокогерметичных премиальных резьбовых соединений, позволяющих проводить строительство нефтегазовых скважин со сложными профилями, в том числе на шельфовых месторождениях. К примеру, резьбовое соединение ВМЗ-4 аттестовано по международному стандарту ISO 13679 на самый сложный уровень эксплуатации CAL-4, позволяющий применять обсадные трубы в наклонно-направленных профилях, с высокой интенсивностью искривления ствола скважины и обеспечить газовую герметичность трубы и резьбового соединения.
АГРЕССИВНЫЕ СРЕДЫ
Для скважин с особо сложными условиями эксплуатации, где при повышенных температурах присутствуют сероводород и углекислый газ в высоких концентрациях, трубные компании создают специальные решения. Так, ТМК производит насосно-компрессорные и обсадные трубы из хромоникелевого сплава ТМК-С. Коррозионную стойкость материала обеспечивает высокое (более 60%) суммарное содержание легирующих элементов (хром, никель, молибден), которое успешно противостоит протеканию коррозии в экстремальных скважинных условиях. Такие трубы применяют, в частности, на Астраханском газоконденсатном месторождении «Газпрома».
На российском рынке хромоникелевых труб ТМК занимает сегодня порядка 90 %. В настоящее время трубы из сплава ТМК-С поставляют компаниям «Газпром добыча Астрахань» и «ЛУКОЙЛ Коми». При этом ТМК расширяет сортаментный ряд обсадных и насосно-компрессорных труб из хромоникелевого сплава, чтобы полностью обеспечить потребности нефтегазовой отрасли.
ОМК с 2019 г. изготавливает соединительные детали трубопроводов с силикатно-эмалевым покрытием. Оно обладает высокой коррозионной стойкостью, имеет большую твердость и прочность и при необходимости выдерживает высокие температуры эксплуатации – выше 350 °С. Трубы и соединительные детали с силикатно-эмалевым покрытием используют для транспортировки обводненной нефти, содержащей высокий процент сероводорода, для закачки в нефтяной пласт высокоминерализованной воды и различных химических реагентов, увеличивающих нефтеотдачу пласта, а также для обустройства систем пожаротушения на действующих нефтяных скважинах.
В 2022 г. с вводом в эксплуатацию на Выксунском заводе ОМК трубопрокатного цеха компания приступит к производству бесшовных обсадных и насосно-компрессорных труб из легированных марок сталей, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах с высоким содержанием сероводорода. Синергия с белгородским заводом «Белэнергомаш-БЗЭМ» позволит ОМК изготавливать коррозионно-стойкие бесшовные трубы для скважинных условий с высоким содержанием углекислого газа из заготовки собственного производства.
«Агрессивные среды – важный фактор, который трубные компании должны учитывать при изготовлении продукции для соответствующих месторождений. Преждевременная коррозия и выход из строя части трубопровода может привести к авариям и серьезным экологическим проблемам. Именно поэтому вопросу повышения коррозионной стойкости производители труб уделяют повышенное внимание», – поясняет Игорь Малышев.
«ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ»
Помимо высокотехнологичной и затратной разработки шельфа и коррозийных агрессивных процессов, отдельным специфическим условием при добыче нефти остается аномально высокое пластовое давление на некоторых месторождениях.
Такое условие потребовало создать трубы с высоким сопротивлением сминающему давлению. ТМК решила эту задачу, создав обсадные трубы группы прочности Q125 с повышенным относительно стандартных величин по API и ГОСТ значением сопротивления к смятию на 40 %. Данные трубы помогли реализовать проекты по строительству разведочных скважин на полуострове Гыдан и произвести оценку запасов углеводородов. Первую партию таких труб использовала компания «НОВАТЭК» в проекте «Арктик СПГ-2» на Салмановском (Утреннем) нефтегазоконденсатном (НГКМ) месторождении. В настоящее время технические решения ТМК используются при разработке Яро-Яхинского, Самбургского, Уренгойского месторождений в Ямало-Ненецком автономном округе.
Для горизонтальных скважин в Арктике и на шельфе ТМК выпустила новое равнопрочное премиальное резьбовое соединение TMK UP Centum для крепления ультраглубоких наклонно-направленных скважин с большими отходами от вертикали и протяженными горизонтальными участками. Трубная продукция с этим резьбовым соединением активно применяется с 2019 г. и уверенно показывает себя в ходе строительства и эксплуатации сложных скважин.
«Аномально высокое давление при добыче углеводородов создает серьезную нагрузку на металл и потому исключает использование рядовых видов труб, которые успешно эксплуатируют в нормальных условиях. Это привело к тому, что российские трубные компании изобрели совершенно новый вид сплавов для производства труб с увеличенным коэффициентом прочности, тем самым решив новую задачу при работе на «трудных» месторождениях», – резюмирует Игорь Малышев.
«МОРОЗ И СОЛНЦЕ»
Разработка нефти и газа на Крайнем Севере потребовала создания новых хладостойких труб. Одно из решений ТМК произвела для компании «Газпром» в ходе обустройства скважин Бованенковского НГКМ и опытного участка ачимовских отложений Уренгойского НГКМ. На эти объекты компания поставила обсадные трубы диаметром 114–324 мм с резьбовыми соединениями ТМК UP FMC, ТМК UP GF, ТМК UP PF.
В 2019 г. ТМК запатентовала уникальную технологию производства обсадных труб размером 178 х 10,36 мм группы прочности P110 13CrS с резьбовым соединением ТМК UP GF, а также отгрузила обсадные трубы диаметром 178 мм группы прочности P110 с резьбовым соединением ТМК UP PF и покрытием GREENWELL для филиала «Уренгой бурение» компании «Газпром Бурение». Резьбовое покрытие GREENWELL – современная экологичная альтернатива стандартным резьбовым смазкам. Его применение сокращает время на подготовку и спуск труб в скважину за счет исключения операции замены смазок на буровой и уменьшает неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
ОМК – единственная компания в России, которая может предложить сварные обсадные трубы 426 мм из высоких групп прочности N80 и P110 в хладостойком исполнении для условий Крайнего Севера. Данные трубы особенно востребованы на проектах в Восточной Сибири и Ямальской группы месторождений. Применение такого вида труб позволяет решить две основные проблемы при строительстве скважин в суровых климатических условиях Севера. Первая – изолирование зоны многолетнемерзлых пород (ММП) и ограничение устья скважины от размывов и растеплений. Вторая – обсаживание больших вертикальных глубин, для перекрытия зон с горно-геологическими осложнениями, что обеспечивает устойчивость конструкции скважины.
Также в 2021 г. ОМК разработала и запатентовала конструкцию теплоизолированных обсадных труб (термокейсов) со сварным соединением для предотвращения осыпи и провалов фундамента под буровой установкой при нефте- и газодобыче в условиях вечной мерзлоты. Новая продукция для компании «Газпром» более устойчива к работе в агрессивных условиях и имеет сварную схему соединения труб в колонны. Это позволяет без лишнего оборудования создавать конструкции длиной до 70 м. При этом толщина соединения термокейса меньше типового, что сокращает разницу диаметров внутренней и наружной трубы. Это, в свою очередь, позволяет делать меньше диаметр скважины, а значит снижать трудоемкость процесса и время бурения.
«Низкие температуры, провоцирующие образование ледяных покровов, усложняют добычу углеводородов. Решением стали российские высокопрочные трубы и соединения, изготовленные из морозостойких сплавов. Благодаря такой усовершенствованной продукции нефтяные компании успешно продолжают свою работу в экстремальных условиях», – отмечает Игорь Малышев.
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
Российские трубные компании ведут постоянную работу по освоению производства новых видов продукции, чтобы своевременно обеспечивать потребности нефтяных компаний при разработке сложных месторождений. Для этого они создают уникальные R&D разработки.
Среди них – совместный проект ТМК и «Газпрома» – «Умная труба» по освоению производства трубного изделия, оснащенного встроенными чувствительными сенсорами. Они контролируют в режиме реального времени температуру и напряженно-деформированное состояние трубы, а также помогают проводить оценку эксплуатационной надежности трубопроводной системы в целом.
В конце 2019 г. ТМК открыла Научно-технический центр (НТЦ) в Сколково. В нем расположены лаборатории и два испытательных стенда для проведения тестирований и испытаний производимой продукции. Первый растягивает и сжимает образцы труб диаметром до 762 мм с усилием 3 тыс. т, второй – образцы диаметром до 406 мм и развивает усилие 1,8 тыс. т. В ходе испытаний температура достигает 350 °С при максимальном внутреннем и внешнем давлении более 2 тыс. бар. Это значительно превосходит существующие на сегодняшний день требования к трубной продукции для нефте- и газодобычи. Установки также позволяют сгибать образцы до 20 градусов при длине образца 30 м.
ОМК, отвечая на современные вызовы нефтегазовой отрасли, развивает собственные компетенции по разработке и испытаниям новой линейки премиальных резьбовых соединений. Компания применяет комплексный подход и активно внедряет цифровые двойники, что позволяет повысить качество и надежность разработанной продукции, а также минимизировать риски ее эксплуатации в условиях заказчиков.
К примеру, в ОМК внедрен сервис по прочностным расчетам трубной продукции и резьбовых соединений под скважинные условия потребителей, а также сервис по технико-экономическим расчетам. Данные сервисы помогают потребителям выбрать наиболее подходящие виды трубной продукции под их условия и оценить экономическую эффективность их применения, что особенно важно для проектов по добыче трудноизвлекаемых запасов углеводородов.
«Меняющиеся тенденции в добыче углеводородов ставят перед трубной промышленностью все новые задачи, требующие технологичных и качественных решений. Благодаря научно-исследовательской и испытательной базам, а также программам совершенствования трубной продукции, российские компании могут обеспечить сегодня нефтегазовую отрасль всеми необходимыми видами труб и соединительных деталей для разработки «трудных» запасов углеводородов, а также экспортировать данную уникальную инновационную продукцию, в том числе, в страны Европейского Союза», – заключает Игорь Малышев.