Инженерные расчеты

1. Инженерные расчеты Неделя №1

Юлия Лысенко
Инженер по подготовке кадров
1
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

2. Программа:

Это наша программа на сегодня. Аналогичные задачи будут в контрольной!
1. Объем цилиндрической емкости
2. Объем прямоугольной емкости
3. Смешивание двух растворов различной плотности
4. Расчет объемов скважины: производительность насосов, время циркуляции, скорость
восходящего потока + гидростатическое давление.
5. Приготовление раствора
6. Расчет скорости обработки химреагентами
2
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

3. Задача №1

Дано:
Найти:
• На буровой находится цилиндрическая
емкость высотой 8 метров и
внутренним диаметром 4 метра.
Уровень жидкости в емкости равен 5 м.
Плотность жидкости равна 1,40 г/см3.
1. Вместимость емкости, м3
2. Удельный объем емкости на каждый
метр высоты емкости, м3/м
3. Удельный объем емкости на каждый
сантиметр высоты емкости, м3/см
4. Объем раствора в емкости, м3
5. Масса (вес) раствора в емкости, т
3
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

4. Задача №1

Решение:
D
• Первая главная формула для решения задач:
Vцилиндра
H
4
D 2 H 0,785 D 2 H
• Вторая главная формула для решения задач:
h
4
m
V
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

5. Задача №1

Решение:
3,14 2
1. Вместимость емкости:
Vем кости
4 8 100,48( м 3 )
4
3,14 2
Vм 3 / м
4 1 12,57( м 3 / м)
2. Удельный объем емкости на каждый метр:
4
3. Удельный объем раствора на каждый сантиметр:
Vм3 / 0, 01м
4.
3,14 2
4 0,01 0,13( м 3 / 0,01м)
4
Объем раствора в емкости:
5. Масса раствора в емкости:
5
2/8/2018
Vжидкости
3,14 2
4 5 62,83( м 3 )
4
m V 1400
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
кг
3
62
,
83
м
87962кг 87,96т
3
м

6. Задача №2

Дано:
Найти:
• Емкостной парк состоит из трех
прямоугольных емкостей с габаритами
5 Х 4 Х 3 м (ДхШхВ) каждая.
1. Полная вместимость (теоретическая)
всех емкостей, м3.
• Емкости заполнены на высоту 2 м.
2. Суммарный объем раствора в
емкостях, м3.
• Производительность бурового насоса
1250 л/мин.
3. Удельный объем одной емкости на
каждые 10 см высоты, м3/0,1м.
4. В случае полной потери циркуляции,
сколько понадобится времени для
закачки всего раствора из трех
емкостей в скважину, мин.
P.S. «Мертвый остаток» 40 см.
6
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

7. Задача №2

Решение:
Объем прямоугольной емкости:
V abc
7
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

8. Задача №2

Решение:
1. Полная вместимость всех емкостей:
2.
Объем раствора в 3 емкостях:
V 5 4 3 3 180( м 3 )
V 5 4 2 3 120( м3 )
3. Удельный объем емкости на каждые 10 см:
8
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
V10см 5 4 0,1 2( м 3 / 0,1м)

9. Задача №2

Решение:
4. Время закачки всего раствора из 3х емкостей:
a) Так как в данных указан «мертвый остаток», равный 40 см, следовательно объем
раствора в каждой емкости который сможет взять насос, должен быть уменьшен на 8
кубов. Т.е. к закачке мы имеем не 120 м3, а 96 м3.
b) Время закачки:
9
2/8/2018
закачки
96( м3 )
76,80( мин)
3
1,25( м / мин)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

10. Задача №3

Дано:
• Глубина скважины по вертикали (TVD) = 5600 м.
• Диаметр долота = 215,9 мм. Инструмент на забое.
• Обсадная колонна Ø339,7х12,2 мм спущена на глубину
3800 м
• Обсадная колонна-хвостовик Ø244,5х12 мм спущена на
глубину 4800 м. Колонна подвешена на глубине 3700 м.
• Бурильные трубы (БТ) Øнаружный = 114,3 мм, толщина
стенки 15,9 мм.
• Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) Øнаружный = 165,1 мм,
толщина стенки 53,95 мм.
• Буровой насос: триплексный 6”x12”, 75 ход/мин, КПД=95%
• Две емкости с размерами 8х4х4 м каждая заполнены
раствором плотностью 1,90 г/см3 на 3 м во время бурения
10
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

11. Задача №3

Найти:
1.
Объем раствора в емкостях, м3.
2.
Объем скважины без инструмента, м3.
3.
Объем вытеснения бурильной колонны, м3.
4.
Объем скважины с инструментом, м3.
5.
Общий объем раствора в циркуляционной системе, м3.
6.
Объем затрубного пространства, м3.
7.
Производительность насоса, л/мин.
8.
Время цикла всего объема циркуляционной системы,
мин и ходов насоса.
9.
Время выноса забойной пачки, мин и ходов насоса.
10. Скорость восходящего потока для интервалов: 1, 2, 3, 4
11. Гидростатическое давление на забое
11
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

12. Задача №3

Решение:
1.
3
Объем раствора в емкостях: Vпов. 8 4 3 2 192( м )
2.
Объем скважины без инструмента: Vскважины=V1+V2+V3+4
V1
V2
4
4
V3 4
0,31532 3700 0 288,89( м 3 )
0,22052 4800 3700 42,00( м 3 )
4
0,2159 2 5600 4800 29,29( м 3 )
Vскв ажины 288,89 42,00 29,29 360,19( м 3 )
3.
Объем вытеснения бурильной колонны:
VDС
VMe
12
2/8/2018
4
D
VDP
4 0,1143 0,0825 5200 25,56( м )
d L 0,1651 0,0572 400 7,54( м )
D2 d 2 L
2
2
4
4
25,56 7,54 33,09( м 3 )
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
2
2
2
3
2
3

13. Задача №3

Решение:
4.
Объем скважины с инструментом:
VСкв . БК VСкважины VMe 360,19 33,09 327,10( м3 )
5.
Общий объем циркуляционной системы:
VЦС VСкв . БК VПов. 327,10 192 519,10( м3 )
6.
Объем затрубного пространства:
Vзатруба VОК / БТ VХвост/ БТ VOC / БТ VOC / УБТ
VOK / БТ
4
0,31532 0,11432 3700 250,93( м 3 )
VХвост/ БТ
0,22052 0,11432 4800 3700 30,72( м 3 )
4
VOC / БТ 0,2159 2 0,11432 5200 4800 10,54( м 3 )
4
VOC / УБТ 0,2159 2 0,16512 5600 5200 6,08( м 3 )
4
Vзатруба 250,93 30,72 10,54 6,08 298,27( м3 )
13
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

14. Задача №3

Решение:
7.
Производительность насоса:
VPump_ Output 3
VPO
VPO
2
IDliner
(дюйм) L(дюйм)
4
Eff дюйм 3 / ход
2
IDliner
(дюйм) L(дюйм) Eff
баррель / ход
4116
2
IDliner
(дюйм) L(дюйм) Eff
л / ход
25,90
VPO
2
IDliner
( мм) L( мм) Eff
л / ход
424333
Производительность насоса в литрах за один ход:
VPO
62 12 0,95
15,85( л / ход)
25,90
Умножив на количество ходов в минуту, получим
производительность в л/мин:
VPO 15,85 75 1188,75( л / мин)
14
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

15. Задача №3

Производительность насоса можно найти по таблицам:
В баррелях за ход:
В кубометрах за ход:
Например, при наших размерах втулок: 6”x12”, загрузке 95% и 75 ходах в минуту производительность:
VPO 75( ход / мин) 0,105(баррель / ход) 0,95 7,48(баррель / мин)
Или при переводе дюймов в миллиметры:
15
2/8/2018
VPO 75 ход / мин 0,0167( м3 / ход) 0,95 1,19( м3 / мин)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

16. Задача №3

Решение:
8.
Общее время циркуляции:
Tцикла
519,10( м3 )
Tцикла
436,22( мин)
1,19( м3 / мин)
VЦС
VPO
Количество ходов при циркуляции:
Strs 436,22( мин) 75( ход / мин) 32716,50( ход)
9.
Время выноса забойной пачки:
Tзаб.пачки
298,27( м3 )
250,65( мин)
1,19( м3 / мин)
Количество ходов насоса для выноса забойной пачки:
Strs 250,65( мин) 75( ход / мин) 18798,75( ход)
16
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

17. Задача №3

Решение:
10. Скорость восходящего потока в затрубе:
VPO
S
1
4
2
4
3
4
4
4
17
2/8/2018
1,19
0,3153 0,1143
2
2
1,19
0,2205 0,1143
2
2
1,19
0,2159 0,1143
2
2
1,19
0,2159 0,1651
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
2
2
17,55( м / мин )
42,61( м / мин )
45,16( м / мин )
78,28( м / мин )

18. Задача №3

Гидростатическое давление –
давление, создаваемое неподвижным столбом раствора; оно зависит от плотности раствора и
фактической вертикальной глубины
Согласно определению:
PГС ( Па) (кг / м 3 ) g ( м / с 2 ) TVD( м)
PГС ( psi ) 0,052 (фунт / галлон) TVD(фут)
11. Гидростатическое давление на забой
PГС 1900(кг / м3 ) 9,81( м / с 2 ) 5600( м) 104378400( Па) 104378,40(кПа)
18
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

19. Давление: единицы измерения

Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/давление
19
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

20. Задача №4

Дано:
Найти:
• Общий объем циркуляционной
системы = 300 м3.
• Объем раствора в циркуляционной
системе = 200 м3.
• Плотность бурового раствора в
циркуляционной системе 1,20 г/см3.
• В резервной емкости находится
неограниченный (достаточный) объем
раствора с плотностью 2,0 г/см3.
• Необходимо поднять плотность
раствора в циркуляционной системе до
1,40 г/см3.
• Сколько потребуется раствора с
плотностью 1,2 г/см3?
• Сколько потребуется раствора с
плотностью 2,0 г/см3?
• Выполнить расчеты двумя методами:
без увеличения объема в
циркуляционной системе и с
увеличением объема.
• Определить какой метод является
более приемлемым?
20
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

21. Задача №4

Решение (без увеличения объема):
• Представим объемы визуально:
• Для того, чтобы найти объемы V1 и V2
запишем два уравнения:
V1+V2=200
V1 x ρ1+V2 x ρ2=200 x 1,40
V1=? м3
ρ1=1,2 г/см3
V=200 м3
ρ=1,40 г/см3
V2=? м3
ρ2=2,0
V1=200-V2
г/см3
(200-V2) x 1,2 +V2 x 2,0=200 x 1,40
240-1,2V2+2,0V2=280
V2=50 м3
0,8V2=40
V1=200-50=150 м3
Проверка:
150 х 1,2 + 50 х 2,0 = 200 х 1,4
280 = 280
21
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
Верно!

22. Задача №4

Решение (с увеличением объема):
• Представим объемы визуально:
• Для того, чтобы найти объемы V и V2
запишем уравнение материального баланса:
V1 x ρ1+V2 x ρ2=(200+V2) x 1,40
V1=200 м3
ρ1=1,2 г/см3
200x1,2 + V2x2,0=280+V2x1,4
V=(200+Х) м3
ρ=1,40 г/см3
V2=?
м3
ρ2=2,0 г/см3
2,0xV2 – 1,4xV2=280-240
0,6xV2=40
V2=66,67 м3
V = 200 + 66,67 = 266,67 м3
Проверка:
200 х 1,2 + 66,67 х 2,0 = (200+66,67) х 1,4
373,34 = 373,34
22
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
Верно!

23. Задача №4

Мы рассмотрели два способа:
• Без увеличения объема
• С увеличением объема
Какой из них является приемлемым в нашем случае?
23
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

24. Задача №5

Дано:
Найти:
• Вы находитесь на буровой. Мастер
просит вас приготовить 200 м3 раствора
для начала бурения с плотностью 1,5
г/см3.
• Определите необходимое количество
реагентов для приготовления:
• Концентрация бетонита M-I Gel = 53
кг/м3. Фасован в мешки по тонне.
2. M-I Gel, мешков.
1. Вода для затворения, м3.
3. M-I Bar, мешков.
• В качестве утяжелителя используется
M-I Bar. Фасован в мешки по тонне.
• Плотность технической воды
затворения на этом месторождении =
1,01 г/см3.
24
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

25. Задача №5

Решение:
1. Масса M-I Gel
mM I _ Gel 53
кг
200 м 3 10600(кг )
3
м
10600(кг ) / 1000(кг / мешок ) 11( мешков )
2. Составим уравнение баланса объемов:
V р р VH 2O VM I _ Gel VM I _ Bar
200( м3 )
11000
4,23( м 3 )
2600
3. Из этого уравнения сможем вывести одно из неизвестных, например, VM-I Bar
V M I _ Bar 200 4,23 VH 2O 195,77 VH 2O
25
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

26. Задача №5

Решение:
1. Составим уравнение массового баланса:
р рV p p H OVH O M I _ GelVM I _ Gel M I _ BarVM I _ Bar
2
2
mM I _ Gel 11000(кг )
1500 200 1010 VH 2O 11000 4200 195,77 VH 2O
300000 1010 VH 2O 11000 822234 4200 VH 2O
26
2/8/2018
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
VH 2O
533234
167,16( м 3 )
3190

27. Задача №5

Решение:
3
4. Зная объем воды, сможем найти объем барита: VM I _ Bar 195,77 167,16 28,61( м )
5. Проверка:
1500 200 1010 167,16 11000 4200 28,61
6. Найдем массу барита:
mM I _ Bar M I _ Bar VM I _ Bar 4200 кг
27
2/8/2018
м
3
28,61м 3 120162(кг ) 120( мешков )
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

28. Задача №6

Дано:
Найти:
• Объем скважины = 186 м3
• Объем раствора в емкостях = 80 м3
• Буровой насос – триплекс 6,5”x12”,
эффективность (заполняемость) = 96%,
60 ходов/мин
• Обработка:
2 кг/м3
Desco CF
(11,3 кг/мешок)
3 кг/м3
Polypac R
(25 кг/мешок)
5 кг/м3
Polypac UL
(25 кг/мешок)
0,3 кг/м3 Caustic Soda
28
2/8/2018
• Необходимо провести обработку всего
объема приведенными реагентами с
указанными концентрациями за один
цикл циркуляции.
• Рассчитать скорость обработки
(мин/мешок) для каждого реагента.
• Принимаем, что реагенты вводим
одновременно.
(40 кг/мешок)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO

29. Задача №6

Дано:
Решение:
• Объем скважины = 186 м3
• Производительность насоса:
м3
ход
м3
0,0196(
) 60(
) 0,96 1,129(
)
ход
мин
мин
• Объем раствора в емкостях = 80 м3
VPO
• Буровой насос – триплекс 6,5”x12”,
эффективность (заполняемость) = 96%,
60 ходов/мин
• Время одного цикла циркуляции:
Tцикла
• Обработка:
2 кг/м3
Desco CF
(11,3 кг/мешок)
3 кг/м3
Polypac R
(25 кг/мешок)
5 кг/м3
Polypac UL
(25 кг/мешок)
0,3 кг/м3 Caustic Soda
29
2/8/2018
(40 кг/мешок)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
VЦС
VPO
Tцикла
186 80
235,40( мин)
1,13

30. Задача №6

Дано:
Решение:
• Объем скважины = 186 м3
• Найдем скорость ввода Desco CF
mDescoCF 2 кг м3 266 м3 532(кг )
• Объем раствора в емкостях = 80 м3
• Буровой насос – триплекс 6,5”x12”,
эффективность (заполняемость) = 96%,
60 ходов/мин
• Количество мешков:
• Обработка:
• Определим скорость ввода:
2 кг/м3
Desco CF
(11,3 кг/мешок)
3 кг/м3
Polypac R
(25 кг/мешок)
5 кг/м3
Polypac UL
(25 кг/мешок)
0,3 кг/м3 Caustic Soda
30
2/8/2018
532(кг ) / 11,3 47,08 47( мешок )
(40 кг/мешок)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
235,40
5,39 5( мин / мешок )
47

31. Задача №6

Дано:
Решение:
• Объем скважины = 186 м3
• Аналогично для остальных реагентов:
• Объем раствора в емкостях = 80 м3
• Polypac R:
mPolypacR 3 кг м3 266 м3 798(кг )
• Буровой насос – триплекс 6,5”x12”,
эффективность (заполняемость) = 96%,
60 ходов/мин
798(кг ) / 25 31,92 32( мешок )
235,40
7,35 7( мин / мешок )
32
• Обработка:
2 кг/м3
Desco CF
(11,3 кг/мешок)
3 кг/м3
Polypac R
(25 кг/мешок)
mPolypacUL 5 кг м3 266 м3 1330(кг )
5 кг/м3
Polypac UL
(25 кг/мешок)
1330(кг ) / 25 53,2 53( мешок )
0,3 кг/м3 Caustic Soda
31
2/8/2018
• Polypac UL
(40 кг/мешок)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
235,40
4,44 4( мин / мешок )
53

32. Задача №6

Дано:
Решение:
• Объем скважины = 186 м3
• Caustic Soda:
• Объем раствора в емкостях = 80 м3
mPolypacR 0,3 кг м3 266 м3 79,8(кг )
• Буровой насос – триплекс 6,5”x12”,
эффективность (заполняемость) = 96%,
60 ходов/мин
79,8(кг ) / 40 1,99 2( мешок )
• Обработка:
2 кг/м3
Desco CF
(11,3 кг/мешок)
3 кг/м3
Polypac R
(25 кг/мешок)
5 кг/м3
Polypac UL
(25 кг/мешок)
0,3 кг/м3 Caustic Soda
32
2/8/2018
(40 кг/мешок)
Confidential Information © 2010 M-I SWACO
235,40
117,7 118( мин / мешок )
2