Циркуляционная система кустовых буровых установок = Сirculation system of the production drilling rigs
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Авторы:
Кондрашов Петр Михайлович, Кондрашов Илья Петрович, Павлова Прасковья Леонидовна, Макушкин Дамба Очирович, Цыганкова Елена Владимировна
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 102
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7638-4639-3
Артикул: 814493.01.99
Содержит девять тематических разделов на английском языке, в которых объясняются и закрепляются технические термины, формулы, применяемые при расчете циркуляционных систем кустовых буровых установок. Способствует формированию, совершенствованию и закреплению технического английского языка, развитию у студентов навыков и умений чтения, перевода и решения практических задач с извлечением информации из научно-технической литературы в области нефтегазовой промышленности.
Предназначено для бакалавров направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», иностранных студентов, а также широкого круга лиц, интересующихся данной тематикой.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
- 21.05.05: Физические процессы горного или нефтегазового производства
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА КУСТОВЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК CIRCULATING SYSTEM OF THE PRODUCTION DRILLING RIGS Учебное пособие Красноярск СФУ 2022
УДК 622.242.6(07) ББК 33.131-5я73 Ц702 Авторы: П. М. Кондрашов, И. П. Кондрашов, П. Л. Павлова, Д. О. Макушкин, Е. В. Цыганкова Р е ц е н з е н т ы: А. П. Черняев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, генеральный директор ООО «НИЦ "СибЭРА"»; А. Е. Буров, кандидат технических наук, зам. директора по науке Красноярского филиала ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий» Ц702 Циркуляционная система кустовых буровых установок = Circulating system of the production drilling rigs : учеб. пособие / П. М. Кондрашов, И. П. Кондрашов, П. Л. Павлова [и др.]. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 102 c. ISBN 978-5-7638-4639-3 Содержит девять тематических разделов на английском языке, в которых объясняются и закрепляются технические термины, формулы, применяемые при расчете циркуляционных систем кустовых буровых установок. Способствует формированию, совершенствованию и закреплению технического английского языка, развитию у студентов навыков и умений чтения, перевода и решения практических задач с извлечением информации из научно-технической литературы в области нефтегазовой промышленности. Предназначено для бакалавров направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», иностранных студентов, а также широкого круга лиц, интересующихся данной тематикой. Электронный вариант издания см.: УДК 622.242.6(07) http://catalog.sfu-kras.ru ББК 33.131-5я73 ISBN 978-5-7638-4639-3 © Сибирский федеральный университет, 2022
CONTENTS Introduction ....................................................................................................4 List of abbreviations and symbols .................................................................5 1. The main functions of circulating system .................................................7 2. Hydraulic circuit of the circulating system ............................................. 21 3. Drilling fluid preparation equipment ...................................................... 26 4. Mud pumps ............................................................................................. 45 5. Top drive drilling system ....................................................................... 60 6. Solid removal equipment ........................................................................ 67 7. Mud degassers ......................................................................................... 83 8. Drilling fluids .......................................................................................... 88 9. Fluid regeneration ................................................................................... 97 Bibliography ............................................................................................... 99
INTRODUCTION Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», иностранных студентов, а также для широкого круга лиц, интересующихся данной тематикой. В пособии описано основное оборудование циркуляционной системы кустовых буровых установок. Тексты взяты и переработаны из оригинальной специальной литературы, адаптированы для студентов и отличаются высокой информационной насыщенностью. Цель пособия – помочь студентам усвоить терминологический минимум по оборудованию циркуляционной системы кустовых буровых установок, необходимый для понимания и перевода научно-технической литературы, а также для работы с иностранными компаниями в нефтегазовой промышленности. Пособие состоит из девяти разделов, посвященных основному оборудованию циркуляционной системы кустовых буровых установок. В раздел входят лекционный материал, вопросы для самопроверки и практические задачи. This book is intended for a bachelor degree students of the programme 15.03.02 «Technological machines and equipment» and English-speaking foreign students as well as for a wide range of people interested in this topic. The book focuses on the main equipment of the production drilling rig circulation system. The texts are taken and revised from the original special literature, adapted for students and are distinguished by high information richness. The goal of this course is to help students master the minimum circulation equipment terminology necessary for understanding and translating scientific and technical literature as well as for working in the oil and gas industry and interacting with employees, distributors and co-workers all while increasing use and terminology in English. The book consists of 9 units devoted to the main equipment of the production drilling rig circulating system. The unit includes lecture material, revision questions and practical workshops.
LIST OF ABBREVIATIONS AND SYMBOLS Abbreviations and Symbols Definition CS – circulating system DMS – drilling mud system DB – drill bit DC – drill cuttings DF – drilling fluid DFMH – drilling fluid mixing hopper MP – mud pump DS – drill pipe FRM – flow rate meter SFU – stage filter unit EE – electrical energy HE – hydraulic energy HM – hydraulic motor FR – flow rate WB – well bottom WS – well surface WW – well wall AR – aerodynamic resistance (aerodynamic drag) T1 – tank VSP – pump of a vacuum system Q – flow rate V1 – a volume of the pump right stroke V2 – a volume of the pump opposite stroke D1, D2, D3, …, Dk – internal liner diameters, diameters of the pump piston d – a diameter L – a stroke length n – a quantity of the strokes per minutes, pump shaft revolutions per second ηv – a volume efficiency of a pump fP – a pump frequency oscillation Nh – a hydraulic power, output power p1, p2, p3, …, pk – pressures in the output line when the varies liners are used, pressure after discharge valves when the varies liners are used
List of abbreviations and symbols Q1, Q2, Q3, …, Qk – pump flow rates when the varies liners are used Qmax – greatest pump flow rate U1 – the velocity of mad in the input line when the flow rate is equal to Qmax U2 – the velocity of mad in the output line when the flow rate is equal to Qmax Fmax – the greatest force actions on the pump flange pmax – the greatest pressure after the pump flange Dfl – the diameter of the pump flange Nin – input power ηm – mechanical efficiency T – rotational moment, torque moment product ω – rotational velocity η – overall efficiency S1 – piston face area S2 – piston rod area ρDF – density of drilling fluid VW – volume of well borehole Fcm – centrifugal force (inertial force) Un – an average mud speed in nozzles nn – the quantity of nozzles Δt – a lifetime of the force
1. THE MAIN FUNCTIONS OF CIRCULATING SYSTEM The equipment of the circulating system is designed and manufactured by ВНVNIINEFTEMASH – Consulting LLC, Scientific and Production Association «Drilling», «Technomehservice» (fig. 1.1), Neftegazservice LLC, Mi-Swaco, Derrick and by other companies. The drilling fluid of the circulating systems is designed by scientific and production associations such as «Himburservice», Akros, Drilling material service, «SSK-Technology», «IGS-Technology» and «Halliburton International Inc., Branch in Russian Federation», «Schlumberger Limited, Branch in Russian Federation» and by other companies. Circulating system is also called as drilling mud system. Drilling rig crews provide some functions by using of circulating system: to prepare drilling fluid also called as drilling mud; to prevent formation fluids from flowing into the well by sufficient hydrostatic pressure against the formation; drilling fluid storing; to limit corrosion of drilling equipment and casing; to move drilling fluid in the drill bit direction and up to the surface; to transmit the hydraulic energy from mud pump to the downhole hydraulic motor; Fig. 1.1. The example of equipment manufactured by «Technomehservice» scientific and production association
1. The main functions of circulating system to lubricate drill pipe, drill bit and other equipment; to cool drill bit and drill pipe (drill string); to take drill cuttings (pieces of rock, rock fragments) from the drill bit and carry them to the surface; to clean drilling fluid; to regenerate drilling fluid base liquid. Circulating system prepares drilling fluid in the preparation equipment (mixer). The base of drilling fluid is water, oil and other liquids (fig. 1.2). Hydrostatic pressure in the well (fig. 1.3) can be used to prevent blow out of well. This pressure is the production of density ρDF of drilling fluid, gravity acceleration g and depth h: p = ρgh. (1.1) The density ρDF of drilling fluid can be calculated by formula: ρDF = p = ρ · g · h. (1.1) ρDF = 1 2 + m m V , (1.2) U1 = 1 1 2 1 1 4 Q Q S d = π , (1.3) U2 = ( ) 2 2 2 2 2 3 2 4 Q Q S d d = π − , (1.4) EP = NEP = 3 · U · cos φ, (1.5) MPCB = NMP = NEP · η6b = 3 · U · J · cos φ · η6b = TDM · ωDM, (1.6) ω = d dt α = 2 · π · n. (1.9) Q = c · m · (t2 – t1); (1.10) N = C · Qm · (t2 – t1), (1.11) UDCi ≥ [U] = k · DC DM DCi DM d ρ − ρ ⋅ ρ , (1.12) ρ = df sf df df df df m m m m m m V V m V V V + ρ + ρ = = , (1.13) (1.2) where m1 is a mass of a base liquid and m2 is a mass of other drilling fluid components; V is a volume of a drilling fluid. The base of drilling fluid is water usually. Water freezes at 0 °C (32 °F). That is why the temperature of drilling fluid must be higher than freezing point of water while drilling fluid is storing. It is need to heat drilling fluid in the winter (fig. 1.4). The temperature of drilling fluid must be 1–8 °С to prevent melting permafrost or perennial frozen rock while drilling through it. The casing collapse can be if circulation of drilling fluid is stopping. Corrosion inhibitors are used to decrease the metal oxidation. This substance limits corrosion of drilling equipment and casing. Fig. 1.2. Operation principle of the drilling fluid preparation Drilling fluid base: water, oil, ... Drilling fluid preparation equipment Drilling fluid Other drilling fluid components: bentonite, barite, ...
1. The main functions of circulating system Fig. 1.3. The parts of well Drilling fluid Drill pipe p p h Fig. 1.4. Steam heater (inside tank): 1 – an input of steam heater; 2 – a tank; 3 and 4 – tubes; 5 – an output of steam heater
1. The main functions of circulating system Circulating system moves drilling fluid from a surface to a well bottom and up to the surface (fig. 1.5). Drilling fluid velocity U1 inside drill pipe: U1 = p = ρ · g · h. (1.1) ρDF = 1 2 + m m V , (1.2) U1 = 1 1 2 1 1 4 Q Q S d = π , (1.3) U2 = ( ) 2 2 2 2 2 3 2 4 Q Q S d d = π − , (1.4) EP = NEP = 3 · U · cos φ, (1.5) MPCB = NMP = NEP · η6b = 3 · U · J · cos φ · η6b = TDM · ωDM, (1.6) ω = d dt α = 2 · π · n. (1.9) Q = c · m · (t2 – t1); (1.10) N = C · Qm · (t2 – t1), (1.11) UDCi ≥ [U] = k · DC DM DCi DM d ρ − ρ ⋅ ρ , (1.12) (1.3) where Q1 is drilling fluid flow rate inside drill pipe and d is the internal diameter of drill pipe. Drilling fluid velocity U2 outside the drill pipe (in an annulus): U2 = p = ρ · g · h. (1.1) ρDF = 1 2 + m m V , (1.2) U1 = 1 1 2 1 1 4 Q Q S d = π , (1.3) U2 = ( ) 2 2 2 2 2 3 2 4 Q Q S d d = π − , (1.4) EP = NEP = 3 · U · cos φ, (1.5) MPCB = NMP = NEP · η6b = 3 · U · J · cos φ · η6b = TDM · ωDM, (1.6) ω = d dt α = 2 · π · n. (1.9) Q = c · m · (t2 – t1); (1.10) N = C · Qm · (t2 – t1), (1.11) UDCi ≥ [U] = k · DC DM d ρ − ρ ⋅ (1 12) (1.4) where Q2 is drilling fluid flow rate outside drill pipe; d2 is the external diameter of drill pipe and d3 is internal diameter of a well. Circulating system transmits hydraulic energy from mud pump to the well hydraulic motor (fig. 1.6). The input power (energy per unit time) of the mud pump electric motor is the electrical power: EP = NEP = p = ρ · g · h. (1.1) ρDF = 1 2 + m m V , (1.2) U1 = 1 1 2 1 1 4 Q Q S d = π , (1.3) U2 = ( ) 2 2 2 2 2 3 2 4 Q Q S d d = π − , (1.4) EP = NEP = 3 · U · cos φ, (1.5) MPCB = NMP = NEP · η6b = 3 · U · J · cos φ · η6b = TDM · ωDM, (1.6) ω = d dt α = 2 · π · n. (1.9) ( ) ( ) U cos φ, (1.5) where U and J are voltage and amperage of electric current accordingly; cos φ ≈ 0.7. Fig. 1.5. The ways of drilling fluid inside well: U1 is a drilling fluid velocity inside drill pipe; U2 is a drilling fluid velocity outside drill pipe (between drill pipe and well wall); ω is the angular velocity of the drill bit