Axel
Hi-tech

В Западной Сибири завершились испытания телеметрической системы на базе Axel Core и Axel Power Pulse.

Испытывался новый подход по увеличению скорости передачи данных: работа на скоростном пульсаторе и компрессия данных Axel.

Компоновка, используемая в работе:

• Инклинометр, Гамма модуль, Резистивиметр APS
• Axel Core
• Пульсатор Axel Power pulse

Из самого важного:

На режиме с шириной пульса 0,2 секунды система достигла скорости передачи 7,62 бит/с.
Символично, 7,62-  узнаваемое сочетание цифр, которое ассоциируется с надежностью, мощностью и неприхотливость. Именно эти качества и ставились в приоритет при разработке модуля Axel Core. 

При скорости бурения до 50 м/ч плотность каротажа достигла 10 точек на метр в роторе и 4 точек на метр в слайде. Средний прирост скорости передачи по испытанным режимам составил 2,73 раза по сравнению с конфигурацией без сжатия данных.

От 0,75 до 0,2 секунды

В ходе испытаний пульсатор последовательно работал на режимах с шириной пульса от 0,75 до 0,2 секунды. На каждом из них удалось обеспечить декодирование не менее 90%.

При переходе на высокоскоростные режимы система передавала сжатые данные гамма-каротажа и удельного электрического сопротивления. При этом данные, полученные в реальном времени, полностью коррелировали с записями в памяти прибора. 

Когда важны не только биты

Передача данных — это только часть задачи. В процессе испытаний проверялась работа всей связки: скважинные сенсоры, Axel Core, Axel Power Pulse, наземное оборудование и удалённый мониторинг через Axel Cloud.

Система обеспечила передачу телеметрии и каротажа в реальном времени, контроль качества декодирования и переключение между режимами работы. Отказов скважинного оборудования за время испытаний не зафиксировано, а благодаря использованию скважинного генератора, входящего в состав пульсатора Power Pulse, работа была проведена с использованием 2 батарей.

Что дальше?

Мы продолжаем скважинные тесты и видим развитие технологии компрессии данных в двух направлениях: достижение максимальной скорости передачи данных на Triple Combo компоновке с пульсатором Axel и стабильная высокоскоростная передача данных с компоновками работающих на обычных пульсаторах. 

Два вызова для телеметрии следующего цикла

Российское бурение входит в период, когда понятие «высокотехнологичная скважина» постепенно перестаёт обозначать узкий рыночный сегмент. Ещё недавно сложная телеметрическая компоновка, расширенный набор каротажных приборов и роторная управляемая система использовались преимущественно на отдельных проектах с повышенными требованиями. В ближайшие годы они могут стать стандартной частью бурения значительной доли новых скважин.

Причина этой трансформации — изменение ресурсной базы. Месторождения становятся сложнее, продуктивные интервалы — менее однородными, а стоимость ошибки при проводке скважины растёт.

Следующий этап этой эволюции — более широкое применение многозабойных скважин типа fishbone. Их распространение предъявит к телеметрии два принципиально новых требования: передавать значительно больше данных без потери темпа бурения и обеспечивать длительную энергетическую автономность сложной скважинной компоновки.
О перспективах развития этого направления- наша сегодняшняя статья

Горизонтальная скважина стала стандартом

За последние 15 лет структура российского бурения изменилась радикально. По данным АЦ ТЭК, доля горизонтального бурения выросла примерно с 10% в 2010 году до 58% в 2025-м. Годовая проходка увеличилась с 17 до 29 млн метров, а средняя стоимость строительства скважины — с 59 до 220 млн рублей.

Сегодня приблизительно 60% строящихся скважин имеют горизонтальное окончание. При этом многозабойные скважины пока занимают менее 5% рынка. Средняя стоимость горизонтальной скважины оценивается примерно в 300 млн рублей, а многозабойной — уже более чем в 500 млн.

Одновременно ухудшаются условия разработки. В аналитической оценке доля трудноизвлекаемых запасов в добыче за 2010–2025 годы выросла на 43%, средний дебит новых скважин снизился примерно на треть, а обводнённость увеличилась почти на четверть.

Энергетическая стратегия России до 2050 года также исходит из необходимости вовлекать в разработку более сложные запасы и развивать соответствующие технологии. По оценке Роснедр, из приблизительно 31 млрд тонн российских запасов нефти около 10 млрд тонн остаются нерентабельными даже с учётом действующих льгот.

Таким образом, отрасль уже прошла первый этап технологической трансформации: горизонтальное бурение перестало быть исключением. Следующий этап — усложнение архитектуры самой скважины.

Почему fishbone становится логичным продолжением горизонтального бурения

Обычная горизонтальная скважина увеличивает протяжённость контакта с продуктивным пластом за счёт одного основного ствола. Fishbone развивает эту идею: от горизонтального участка отходят дополнительные ответвления, напоминающие рёбра рыбьего скелета.

Такая архитектура позволяет охватить несколько локальных зон пласта одной скважиной, увеличить эффективную длину контакта с коллектором и работать с расчленёнными или неоднородными залежами, где одного горизонтального ствола недостаточно.

На практике многозабойные конструкции уже показывают значимый прирост дебита. Например, на отдельных проектах «Роснефти» запускной дебит fishbone-скважин превышал показатели стандартных горизонтальных скважин на 43%, а в других условиях достигался двукратный прирост. Это не означает, что fishbone станет универсальным решением для любого месторождения, но технология уже вышла за пределы единичного эксперимента и начинает тиражироваться там, где это оправдано геологией.

Главное изменение заключается даже не в количестве боковых стволов. Многозабойная скважина резко увеличивает число решений, которые необходимо принимать непосредственно в процессе бурения:

• где начинать отход бокового ствола;
• как удержать каждый ствол в продуктивном интервале;
• как интерпретировать изменение сопротивления, плотности, пористости и гамма-фона;
• как сопоставить данные разных ответвлений;
• когда скорректировать зенитный или азимутальный угол;
• как избежать пересечения нежелательных геологических границ;
• как сохранить качество измерений при высокой скорости проходки.

Поэтому fishbone — это не просто более сложная траектория. Это скважина с существенно большей информационной плотностью.

High-tech перестанет быть отдельным сегментом

Сегодня к high-tech обычно относят ограниченную группу работ: длинные горизонтальные участки, Triple Combo, роторные управляемые системы, сложные профили, высокие скорости бурения и расширенный набор LWD-сенсоров.

Но по мере вовлечения новых залежей и трудноизвлекаемых запасов эти признаки всё чаще будут встречаться одновременно. Для значительной части проектов базовая компоновка может включать:

• инклинометрический и гамма-модуль;
• резистивиметр;
• нейтронный или литолого-плотностной модуль;
• роторную управляемую систему;
• датчики вибрации, давления и состояния оборудования;
• модуль управления скважинной компоновкой;
• автономный источник питания или скважинный генератор.

Именно в этот момент high-tech перестаёт быть характеристикой отдельной ниши. Высокотехнологичным становится само массовое бурение сложных запасов.

Однако простое добавление приборов не решает задачу. Чем больше сенсоров находится в компоновке, тем больше данных появляется на забое. А пропускная способность канала связи с поверхностью остаётся ограниченной.

Вызов № 1. Пропускная способность телеметрии

При работе с базовой телесистемой оператору достаточно получать параметры ориентации и несколько каротажных кривых. В Triple Combo-компоновке объём информации возрастает в разы. При подключении РУС добавляются данные о положении исполнительных механизмов, состоянии системы и реакции компоновки на управляющие команды.

В многозабойной скважине ценность этих данных становится ещё выше. Решение об изменении траектории необходимо принимать не после подъёма прибора и чтения памяти, а непосредственно во время бурения.

Проблема заключается в том, что гидроимпульсный канал — физически ограниченная среда передачи. На качество сигнала влияют глубина, параметры раствора, расход, работа насосов, конфигурация бурильной колонны, уровень вибраций и помехи от наземного оборудования.

Увеличивать скорость только за счёт сокращения ширины импульса можно не бесконечно. Чем короче импульс, тем выше требования к пульсатору, датчикам давления и алгоритмам декодирования. В сложных гидравлических условиях рост номинального битрейта может сопровождаться ухудшением фактического качества связи.

Поэтому развитие телеметрии должно идти сразу по нескольким направлениям:

1. Повышение физической скорости формирования импульсов.
2. Улучшение декодирования и помехоустойчивости.
3. Приоритизация данных внутри телеметрического кадра.
4. Обработка и сжатие информации непосредственно в скважине.

Последний пункт особенно важен. Если пропускная способность канала ограничена, задача заключается не только в том, чтобы передавать импульсы быстрее, но и в том, чтобы каждый переданный бит содержал больше полезной информации.

Сжатие данных как элемент скважинной архитектуры

Скважинное сжатие данных можно сравнить с переходом от передачи отдельных необработанных измерений к передаче более компактного цифрового представления каротажной кривой.

Это не должно означать снижение качества измерений. Корректная архитектура предполагает, что исходные данные сохраняются в памяти прибора, а на поверхность передаётся сжатый поток, позволяющий восстановить необходимую детализацию в реальном времени.

Такой подход даёт несколько возможностей:

• увеличить количество каротажных точек на метр;
• сохранить плотность данных при росте скорости проходки;
• одновременно передавать большее число параметров;
• использовать более широкие и устойчивые импульсы без пропорционального падения информационной скорости;
• динамически менять состав передаваемых данных в зависимости от режима бурения.

В этой логике скважинный модуль управления становится не просто устройством, собирающим сигналы от приборов. Он превращается в вычислительный узел компоновки: обрабатывает данные, определяет их приоритет, формирует телеметрические кадры и управляет каналом передачи.

Один из вариантов реализации такого подхода — Axel Core, выполняющий сбор и цифровое сжатие данных различных LWD-модулей. Однако отраслевой вопрос шире конкретного продукта: должна ли обработка данных оставаться преимущественно на поверхности или часть аналитики и подготовки телеметрического потока неизбежно переместится на забой?

Вероятнее всего, развитие пойдёт по второму пути.

Вызов № 2. Энергоснабжение сложной компоновки

Второй предел появляется по мере роста количества приборов и продолжительности работы компоновки.

Каждый новый сенсор потребляет энергию. Дополнительная нагрузка возникает при работе вычислительного модуля, РУС, памяти, интерфейсов обмена и исполнительных механизмов. В многозабойной скважине оборудование может находиться в работе дольше из-за последовательного бурения основного и боковых стволов.

Традиционный ответ — увеличение батарейной секции. Но у него есть ограничения:

• растёт длина компоновки;
• увеличивается количество соединений;
• усложняется логистика батарей;
• возрастает стоимость одного спуска;
• удлинённая компоновка сильнее подвержена воздействию изгибающих и вибрационных нагрузок;
• сохраняется риск недостатка энергии при увеличении фактической продолжительности работы.

Сама по себе геометрия fishbone не делает генератор формально обязательным. Однако при сочетании многозабойной конструкции, расширенного LWD, РУС и длительного времени на забое скважинная генерация из опции превращается в практически необходимый элемент устойчивой архитектуры.

Генератор использует энергию потока бурового раствора и обеспечивает питание приборов во время циркуляции. Батарея при этом может сохраняться как резервный источник и использоваться в режимах, когда циркуляция отсутствует.

Такой подход позволяет сократить батарейную часть, уменьшить общую длину компоновки и снизить зависимость продолжительности работы от заранее рассчитанного энергетического бюджета.

Одним из примеров является пульсатор Axel Power Pulse со встроенным генератором. Но и здесь важен не отдельный прибор, а общий принцип: для компоновки следующего поколения канал передачи данных и энергетическая система должны проектироваться совместно.

Почему быстрый пульсатор и сжатие не заменяют друг друга

Иногда развитие телеметрии сводят к одному показателю — максимальной скорости передачи. Однако сравнение только по битрейту упрощает задачу.

Быстрый пульсатор увеличивает физическую пропускную способность канала. Сжатие увеличивает количество полезной информации, приходящейся на каждый переданный бит. Помехоустойчивое декодирование определяет, какая часть этой информации действительно будет принята на поверхности.

Эти технологии должны работать вместе:

полезный поток данных = физическая скорость × эффективность кодирования × качество декодирования.

Если один из трёх элементов слабый, номинально высокая скорость не превращается в качественный каротаж в реальном времени.

Поэтому оценивать телеметрическую систему будущего следует не только в битах в секунду. Более содержательными показателями становятся:

• число каротажных точек на метр при заданной скорости проходки;
• процент успешно декодированных данных;
• задержка между измерением и отображением на поверхности;
• соответствие онлайн-данных записи в памяти;
• стабильность показателей при изменении гидравлического режима;
• количество одновременно передаваемых параметров;
• продолжительность автономной работы компоновки.

Кроме вышеперечисленного, при бурении длительных горизонтальных участков и работы с осцилляторами затухание сигнала может требовать перехода на большую ширину импульса пульсатора и в таких ситуациях- цифровое сжатие данных становится критически важным элементом поддержания высокой скорости передачи, прекрасно иллюстрируя уязвимость подхода, опирающегося лишь на физическую скорость пульсатора.

Как может выглядеть компоновка следующего поколения

Вероятная архитектура для сложной горизонтальной или многозабойной скважины будет включать четыре взаимосвязанных контура.

Измерительный контур — комплекс LWD-сенсоров, обеспечивающий оценку положения ствола, свойств коллектора и состояния компоновки.

Контур управления траекторией — РУС или другое исполнительное устройство, позволяющее корректировать направление бурения без постоянного перехода в слайд.

Информационный контур — скважинный вычислительный модуль, который собирает, синхронизирует, сжимает и приоритизирует данные.

Энергетический и телеметрический контур — генератор, резервные батареи и пульсатор, обеспечивающие питание оборудования и передачу данных на поверхность.

Ценность такой системы определяется не количеством отдельных приборов, а тем, насколько бесшовно они работают вместе. Поэтому основным технологическим вопросом следующего этапа станет интеграция оборудования разных производителей: единые интерфейсы, согласованные протоколы, управление питанием и возможность быстро изменять конфигурацию под конкретную геологическую задачу.

Что следует проверять уже сегодня

Переход к новой архитектуре не должен начинаться с массовой закупки оборудования. Сначала необходимо сформировать программу испытаний, которая проверяет не отдельные приборы, а всю систему в реальных режимах бурения.

Для информационного контура важно оценивать:

• плотность каротажа при разных скоростях проходки;
• качество декодирования на разных значениях ширины импульса;
• работу с полным Triple Combo;
• соответствие переданных данных памяти приборов;
• устойчивость к помехам и изменению гидравлики;
• время переключения телеметрических режимов.

Для энергетического контура:

• фактическую мощность генератора;
• работу при разных расходах;
• возможность сокращения количества батарей;
• влияние генератора на перепад давления;
• устойчивость к вибрациям;
• ресурс пульсатора;
• поведение системы при остановке циркуляции.

Для всей компоновки:

• совместимость оборудования разных производителей;
• длину и жёсткость сборки;
• количество потенциальных точек отказа;
• время наземной подготовки;
• влияние интеграции на НПВ;
• возможность удалённого контроля работы системы.

Только после этого можно сравнивать альтернативы по стоимости метра проходки и сроку строительства скважины, а не по цене отдельного прибора.

Вызов не только в сенсорах, а в решениях

Будущее российского бурения вряд ли будет выглядеть как повсеместная и одномоментная замена горизонтальных скважин на fishbone. Геология, экономика и инфраструктура каждого месторождения будут диктовать собственную конструкцию.

Но общий вектор уже заметен: скважины становятся длиннее, дороже и информационно насыщеннее. Растёт доля трудноизвлекаемых запасов, расширяется применение многозабойных конструкций, увеличивается количество сенсоров и систем управления траекторией.

В этих условиях скорость передачи данных перестаёт быть одним из технических параметров телесистемы. Она становится ограничителем всей технологии строительства скважины. Если информация не успевает поступать на поверхность, недропользователь не получает полного эффекта ни от дорогих LWD-сенсоров, ни от РУС, ни от высокой механической скорости бурения.

Одновременно энергетическая автономность становится условием надёжности. Чем сложнее компоновка и чем дольше она работает на забое, тем менее устойчивой выглядит модель, основанная только на наращивании батарейных секций. Кроме того, удлинение батарейной секции ведет к увеличению рисков связанных с вибрацией.

Поэтому два ключевых направления развития телеметрии ближайших лет — повышение информационной эффективности канала и переход к скважинной генерации.

Axel рассматривает эту задачу через сочетание цифрового сжатия данных в модуле Axel Core и пульсатора Axel Power Pulse со встроенным генератором. Но окончательный облик отраслевой архитектуры ещё не сформирован. Он будет зависеть от результатов испытаний, готовности производителей к открытой интеграции и требований самих сервисных и добывающих компаний.

Именно сейчас важно обсуждать не только характеристики отдельных приборов, но и более фундаментальные вопросы:

• Какую долю фонда через пять–десять лет составят многозабойные скважины?
• Какой набор данных действительно должен передаваться в реальном времени?
• Где должна происходить основная обработка информации — на забое или на поверхности?
• В какой момент генератор становится обязательным элементом компоновки?
• Готов ли рынок к системам, собранным из оборудования нескольких производителей?
• Какие показатели должны стать отраслевыми критериями эффективности телеметрии?

Ответы на эти вопросы определят, какой будет российская телеметрическая система следующего поколения — и сможет ли она превратить усложнение геологии в управляемую инженерную задачу.