Бизнес-план проекта "Интеллектуальные скважины"

    Актуальность проекта в условиях кризиса

    Особую  актуальность разработкам Проекта  придают кризисные явления в  мировой экономике и, особенно, в  нефтедобывающей отрасли России. Нефтесервисные и нефтедобывающие предприятия испытывают серьезные трудности в связи с падением цен на углеводороды.

    Основными тенденциями в развитии нефтесервисного рынка являются:

• сокращение спроса и объемов работ
• консолидация отрасли за счет слияний и поглощений
• сокращение программ модернизации производства.

    Резкое снижение затрат на модернизацию оборудования на фоне снижения рентабельности ведет к потере базовых компетенций и разорению средних и мелких компаний отрасли. Общим результатом для отрасли является снижение инвестиционной привлекательности и необходимость резкой экономии затрат на добычу нефти.

    Истощение существующих и перенос сроков освоения ряда перспективных месторождений  приведет к снижению общей добычи с одной стороны и увеличение отраслевых затрат с другой. Все  это в обозримом будущем отрицательно скажется на доходах бюджетов всех уровней, а также на рентабельности нефтедобывающих предприятий. Поэтому задача снижения затрат на добычу нефти путем широкого внедрения производительного и эффективного в эксплуатации промыслового оборудования уже сегодня является крайне актуальной.

Современные материалы и технологии

    Нитинол

Сплав никеля и титана (55% никеля, 45% титана в весовом исчислении) был создан и испытан в США в 1960-61гг. Его появление, согласно появившемуся в 1962 году сообщению авторов, было обусловлено  «необходимостью  получения материала, сочетающего высокую прочность с небольшим весом для использования в условиях высоких температур  в ракетной и космической технике». В 1963 выяснилось, что легко деформируемые в охлажденном состоянии нитиноловые образцы при нагреве самопроизвольно восстанавливают свою первоначальную форму, совершая за термодинамический цикл полезную работу и обнаруживая в себе непревзойденным по силе проявления эффект памяти формы. В связи с чем несмотря на достаточно высокую себестоимость (около 3000 руб./кг полуфабриката), никелид титана и созданные на его основе более сложные композиции на сегодня наиболее востребованы при изготовлении элементов с ЭПФ и чаще других используются в медицине и робототехнике при создании тепломеханических устройств и отработке уникальных технологий.

    Эффекты памяти формы, обратимой памяти формы и сверхупругости в нитиноле обусловлены макроскопическим отражением микро- и наноструктурных трансформаций кристаллической решетки при полиморфном аустенитно-мартенситном фазовом превращении первого рода и потому эти свойства сохраняются навечно.

    Если  приложить небольшое механическое усилие, изделию из нитинола в охлажденном мартенситном состоянии можно придать любую конфигурацию и даже растянуть на 7-8% относительной длины, словно резиновый жгут — она будет сохраняться до тех пор, пока предмет не нагреют до температуры начала аустенитного превращения  и в процессе нагрева до температуры завершения аустенитного превращения нитинол не перейдет в аустенитную фазу, полностью восстанавливая прежнюю форму и реализуя при этом эффект памяти формы.

    Если  ограничить внешнее воздействие  на специальным образом обработанный нитиноловый элемент лишь нагревом и охлаждением в температурном  интервале завершенных аустенитно-мартенситных превращений, то элемент станет самопроизвольно изгибаться, как при нагреве, так и при охлаждении, реализуя эффект обратимой памяти формы. Однако внешнее сходство с работой биметаллических элементов на том и заканчивается, поскольку в сравнении с биметаллическим, у имеющего аналогичную форму нитинолового элемента одинаковая термодеформация происходит при в десятки раз меньших изменениях температуры. При этом, как и оптимально загруженные силовые элементы любых металлических конструкций, нитиноловый элемент может иметь форму работающей на растяжение тонкой прямолинейной проволоки, которая способна практически бесконечно самопроизвольно деформироваться при нагреве и охлаждении на 2% относительной длины, генерируя при нагреве в сотни раз большие, чем биметаллические элементы той же массы усилия.

    Эффект  сверхупругости реализуется в нитиноловом  элементе, находящемся в температурной  зоне стабильного аустенитного состояния. Если при этом деформировать нитиноловый элемент, стимулируя тем самым мартенситное превращение при постоянной температуре путем принудительного силового воздействия, то после устранения этого воздействия элемент, словно пружина, полностью вернет себе исходную форму. С той лишь разницей, что в отличие от лучших пружин он будет иметь практически неисчерпаемый ресурс, и, имея форму прямолинейной струны, может быть сверхупруго деформирован на 7-8% относительной длины, запасая в десятки раз большую, чем традиционная пружина энергию.

    Эффект  памяти формы в сплавах на основе NiTi четко выражен, причем диапазон температур можно с больщой точностью регулировать от нескольких до десятков градусов, вводя в сплав различные примеси. Кроме того, нитинол удобен в обработке, устойчив к коррозии и обладает отличными физико-механическими характеристиками: например, его предел прочности (s_в=770¸1100МПа, s_т=300¸500МПа) всего в 2 раза ниже, чем у стали, а демпфирующая способность выше чем у чугуна, ему присуща высокая пластичность (d=100¸15%), и способность вспоминать форму до миллиона раз.

    Поверхность нитиноловых элементов, как и у элементов из многих титановых сплавов, покрыта диоксидом титана, что предопределяет их высочайшую коррозионную стойкость к воздействию морской воды, рассолов, большинства кислот и щелочей. Исключение составляют растворы плавиковой кислоты и нагретого едкого натрия.

    Способы обработки деталей из нитинола вписываются  в рамки широко используемых в  России технологий обработки титановых  сплавов. Производство сплавов памяти на основе никеля и титана и различных полуфабрикатов из них было освоено в России в промышленных масштабах сорок лет назад. При этом по заказу потребителей помимо основных выпускаемых сплавов марок ТН и ТМН специально изготавливались сплавы, аустенитно-мартенситные превращения которых реализовывались при любой заданной температуре (в пределах существования у никелида титана эффекта памяти формы). В настоящее время себестоимость производства нитинолового полуфабриката составляет около 3000 руб./кг.

    Применение  нитинола в добыче углеводородов

    Все это, вместе взятое, делает нитиноловые элементы идеальными для решения многих традиционных проблем нефтегазовой отрасли, таких как герметичное соединение труб высокого давления в особенности из композиционных материалов, изготовления эластичных муфт, сверхгибких валов, демпфирующих прокладок для подшипников, различного крепежа, пакеров, ИСЗС и т.д.

    При этом изготовление полностью автоматизированной – интеллектуальной - скважинной системы (надежной в экстремальных условиях перепадов давлений и температур, непревзойденной по компактности, простой в изготовлении и эксплуатации) возможно на существующих производственных мощностях предприятий и мастерских нефтегазовой отрасли, так как сводится к грамотному проектированию простых и несложных в изготовлении конструкций из нитиноловых наноструктурных устройств и пленок.

    Это простота объясняется тем, что нитиноловый полуфабрикат в виде прямолинейной проволоки диаметром менее 1 мм уже сам по себе представляет инертный к воздействию солей, кислот и щелочей монолитный твердотельный силовой наноструктурный привод, амортизатор или пружинный механический аккумулятор, а в виде пластины или фольги - инертную к коррозионному воздействию резиноподобную сверхупругую оболочку, которая выдерживает нагрузки как стали средней прочности.

    Таким образом, создание скважинного оборудования с принципиально новыми характеристиками не требует особой оснастки и сводится лишь к переподготовке кадров. Становится возможным производство на новом технологическом уровне высокопроизводительных внутрискважинных устройств типа регулирующих клапанов, инструментов селективного заканчивания скважин, пакеров, перфораторов и пломбировщиков для восстановления герметичности труб, манипуляторов для извлечения инструмента после аварии, безпоршневых объемных электротепломеханических насосов с корпусом в виде сильфона т.д., а также устройств, в которых применяются компактные, простые в изготовлении и не нуждающиеся в редукторах приводы из нитиноловых элементов в виде прямолинейных проволок с дублированным прямым и косвенным электрическим нагревом.

    Использование интеллектуальных скважин с рабочими органами из нитинола сделает рентабельным освоение новых труднодоступных месторождений со сложной геологией, возрождение нефтедобычи на считающихся ныне нерентабельными месторождениях, скважины которых сейчас законсервированы по причине истощенности, заводненности, высокой вязкости нефти и т.д. В свою очередь это приведет к снижению эксплуатационных затрат нефтяных компаний, расширению их ресурсной базы и повышению бюджетных доходов от экспорта углеводородов.

    Конкурентная  среда и конкурентные преимущества

    Потенциальные конкуренты

    Потенциальными  конкурентами проекта являются государственные  научно-исследовательские предприятия, предприятия производящие нефтегазовое оборудование, научно-исследовательские и опытно-конструкторские подразделения крупных нефтедобывающих и нефтесервисных компаний. Кроме того, существенными конкурентами проекта являются иностранные предприятия, производящие нефтегазовое оборудование, ведущие добычу и оказывающие нефтесервисные услуги на территории РФ. Они же являются основными конкурентами на международном рынке.

    Особенностью  проекта является то, что вышеуказанные  конкуренты являются в то же время основными потенциальными покупателями патентов и лицензий, произведенных в рамках проекта. В связи с этим будут предприняты все меры предосторожности для сохранения конфиденциальности сути изобретений до момента получения соответствующих патентов и подачи заявок на патентование на крупнейших зарубежных рынках (США, Китая, Евросоюза и Ближнего Востока).

    Развитие  конкурентных технологий

    На  протяжении последних лет термин «интеллектуальная скважина» получил  не только широкое распространение  в специализированных изданиях, но и стал стандартом, без соответствия которому конкуренция с зарубежными производителями оборудования для заканчивания скважин вряд ли возможна.

    Несмотря  на то, что существуют разные определения  этого актуального в профессиональной среде термина, в основе концепции  ИС лежит стремление создать автономную высокопроизводительную компьютеризированную скважинную систему с обратной связью, алгоритм работы которой предполагает максимально эффективной отбор углеводородного сырья на данном месторождении.

    Эта комплексная задача достигается  за счет использования целого ряда технологических, программно-аппаратных, материаловедческих и геофизических средств и нововведений, позволяющих обеспечить высокопроизводительную эксплуатацию месторождений при минимальном участии человека. Эта технология особенно востребована в России с её суровым климатом, необходимостью разработки все более отдаленных месторождений и сокращающейся кадровой базой квалифицированных специалистов.

Отечественными  научными коллективами и производственными  фирмами был создан определенный задел по развитию отдельных элементов и систем интеллектуальных скважин. Примером может служить защищенная патентом (Патент РФ № 2262586, 7 E21B43/12, E21B34/06, опублик. 2005.10.20. Статус: ныне действует.) СКВАЖИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ И ПООЧЕРЕДНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ

  Западными компаниями также запатентован ряд  новых компонентов и скважинных систем. Примером может служить защищенная патентом (Патент РФ № 2320850, E21B 34/06, E21B 43/14, опублик. 2008.03.27.По заявке США № 03/13596 от 2003.03.05. Статус: ныне действует.) ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ВНУТРИСКВАЖИННАЯ КЛАПАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ФЛЮИДОВ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ИНТЕРВАЛОВ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ФЛЮИДОВ

    Большинство западных патентов представляют собой  результаты внутрифирменных научных и конструкторских решений актуальных проблем нефтедобычи и являются собственностью крупнейших нефтесервисных компаний (Schlumberger, Baker Oil Tools и др.).

    Однако  при всей новизне технических  решений, большинству из них присущи фрагментарность и узость предлагаемых решений. При этом предлагаются решения эволюционного характера с использованием стандартных технологий и материалов.

    Конкурентные  преимущества

    Отличительной особенностью решений проблем нефтедобычи  в рамках проекта является их принципиальная изобретательская новизна и применение до сих пор остававшегося невостребованным при изготовлении нефтепромыслового оборудования сплава никеля (55%) и титана(45%) – нитинола. Этот сплав относится к крайне малочисленной группе интеллектуальных материалов, обладает высочайшей коррозионной стойкостью, демпфирующей способностью и является наиболее ярким и хорошо изученным носителем уникальных эффектов памяти формы и сверхупругости.

    Эти качества позволяют создавать рабочие  элементы с уникальными характеристиками, что позволяет в кратчайшие сроки качественно модернизировать всю линейку внутрискважинного оборудование для работы в агрессивных средах при высоких давлениях и температурах. При этом производство нового оборудования возможно в традиционных цехах и мастерских нефтегазового комплекса главным образом за счет грамотного применения свойств полуфабриката.

    Таким образом, данный проект обладает следующими долговременными конкурентными преимуществами делающими его высоко прибыльным и востребованным: