Z odwiertu Z-12 (głębokość 1650 m, statyczne zwierciadło ropy na 760 m) ropa naftowa będzie pompowana żerdziową rurową pompą wgłębną i trafi do zbiornika roboczego 2,5 x 5 x 2 m. Trzeba policzyć ciśnienie słupa ropy na dno odwiertu, dobrać z tabeli 1 pompę i rozszyfrować jej oznaczenie API, policzyć wydajność pompy i dobowe oraz miesięczne wydobycie w tonach, a na koniec stan zbiornika po dwóch dniach i jego oznakowanie.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie dane i wyniki obliczeń do tabel wydrukowanych w arkuszu. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kolejność kroków idzie za kolejnością tabel i rysunków w arkuszu, a w obrębie jednej tabeli - za kryteriami klucza. W polach „Miejsce na obliczenia” są zapisane rachunki - klucz ich nie ocenia, ale pokazują, skąd bierze się każda liczba.
Oznaczenie pompy wg API (np. 25-225-THM-16-4-4) czyta się po kolei: rozmiar rur wydobywczych (20 - 2⅜”, 25 - 2⅞”), średnica tłoka w setnych cala (225 - 2,25”), typ pompy (pierwsza litera R - pompa wpuszczana na żerdziach, T - pompa rurowa, której cylinder jest zapuszczany na rurach), a dalej długości cylindra, tłoka i przedłużek w stopach. To wiedza ogólna z eksploatacji otworowej - arkusz podaje tylko listę pomp i przelicznik stopy, więc w krokach jest to zaznaczone. Tak samo współczynnik dopuszczalnego napełnienia zbiornika (95%) i klasa niebezpieczeństwa pożarowego ropy - arkusz każe je zapisać „zgodnie z przepisami”, ale ich nie podaje.
Dane. Wszystkie liczby pochodzą z treści zadania i tabel arkusza CKE. Każdy wynik jest w skrypcie policzony z tych danych i porównany z kluczem oceniania, a każda wpisana nazwa - z tekstem kryterium. Tam, gdzie klucz przyjmuje kilka zapisów, w kroku jest to zaznaczone.
To jedno z możliwych rozwiązań: kolejność wypełniania tabel jest dowolna, liczy się zapis w ocenianych polach.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 42 kryteria w 6 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 32 punktów - można stracić 10 kryteriów i nadal zdać. Tabela 4 to 10 kryteriów za samo rozszyfrowanie oznaczenia pompy i przeliczenie stóp i cali na milimetry - bez trudnych obliczeń, ale każda pomyłka w przeliczniku kosztuje kilka punktów naraz.
Kroki 1-4 · po tym etapie masz 6 z 42 kryteriów (pkt)
Oblicz i zapisz w tabeli 3 wartość ciśnienia hydrostatycznego, jakie wywiera słup ropy naftowej na dno odwiertu w warunkach statycznych, jeżeli Pgs = 0 MPa.
Wzór bierze się z tabeli 2: ciśnienie słupa cieczy to iloczyn wysokości słupa, gęstości i przyspieszenia ziemskiego. Przy jednostkach podstawowych (m, kg/m³, m/s²) wynik wychodzi w paskalach - dlatego przy wzorze jest [Pa], a megapaskale liczy się dopiero na końcu.
Oblicz i zapisz w tabeli 3 wartość ciśnienia hydrostatycznego, jakie wywiera słup ropy naftowej na dno odwiertu w warunkach statycznych, jeżeli Pgs = 0 MPa.
Ropa stoi od statycznego zwierciadła (760 m od wierzchu) do dna odwiertu (1650 m), więc słup ma 1650 - 760 = 890 m. Ciśnienie na głowicy Pgs = 0 MPa, więc całe ciśnienie na dnie pochodzi od tego słupa.
Wstawienie całej głębokości 1650 m albo 760 m - nad zwierciadłem odwiert jest pusty, a pod nim wypełniony ropą.
Oblicz i zapisz w tabeli 3 wartość ciśnienia hydrostatycznego, jakie wywiera słup ropy naftowej na dno odwiertu w warunkach statycznych, jeżeli Pgs = 0 MPa.
Gęstość z treści zadania trzeba zamienić na jednostki układu SI: 0,750 g/cm³ = 750 kg/m³. Przyspieszenie ziemskie 9,81 m/s².
Podstawienie 0,750 zamiast 750 kg/m³ daje wynik tysiąc razy za mały.
Oblicz i zapisz w tabeli 3 wartość ciśnienia hydrostatycznego, jakie wywiera słup ropy naftowej na dno odwiertu w warunkach statycznych, jeżeli Pgs = 0 MPa.
Ph = 890 · 750 · 9,81 = 6 548 175 Pa. 1 MPa = 1 000 000 Pa, więc Ph = 6,55 MPa (do 2. miejsca po przecinku), a 1 MPa = 10 bar, więc 65,5 bar. Klucz przyjmuje też 6,68 MPa i 66,8 bar przy g = 10 m/s².
Kroki 5-8 · po tym etapie masz 16 z 42 kryteriów (pkt)
Dobierz pompę wgłębną, spośród pomp wymienionych w tabeli 1, która może być zastosowana do pompowania ropy z tego odwiertu oraz określ jej podstawowe parametry; informacje te zapisz w tabeli 4.
Treść zadania mówi o rurowej pompie wgłębnej i rurach wydobywczych 2⅞”. W oznaczeniu API litera T to pompa rurowa, a pierwsza liczba 25 - rury 2⅞”. Pompy RHAC i RHBC są wpuszczane (R), a 20-175-THC jest rurowa, ale do rur 2⅜” (kod 20). Zostaje 25-225-THM-16-4-4 (znaczenie liter i liczb to wiedza ogólna o normie API, arkusz jej nie podaje).
Wybór 20-175-THC - też jest pompą rurową, ale do rur 2⅜”, a w odwiercie są rury 2⅞”.
Dobierz pompę wgłębną, spośród pomp wymienionych w tabeli 1, która może być zastosowana do pompowania ropy z tego odwiertu oraz określ jej podstawowe parametry; informacje te zapisz w tabeli 4.
Druga liczba oznaczenia, 225, to średnica tłoka w setnych cala: 2,25”. 1 cal = 25,4 mm, więc 2,25 · 25,4 = 57,15 mm, po zaokrągleniu do jednego miejsca 57,2 mm (klucz przyjmuje 57,1-57,2).
Dobierz pompę wgłębną, spośród pomp wymienionych w tabeli 1, która może być zastosowana do pompowania ropy z tego odwiertu oraz określ jej podstawowe parametry; informacje te zapisz w tabeli 4.
Pierwsza liczba po literach, 16, to długość cylindra w stopach. Pod tabelą 1 jest przelicznik 1 ft = 12 cali: 16 · 12 = 192 cali, a 192 · 25,4 = 4 876,8 mm.
Dobierz pompę wgłębną, spośród pomp wymienionych w tabeli 1, która może być zastosowana do pompowania ropy z tego odwiertu oraz określ jej podstawowe parametry; informacje te zapisz w tabeli 4.
Kolejna liczba, 4, to długość tłoka: 4 ft = 4 · 12 = 48 cali = 48 · 25,4 = 1 219,2 mm. Ostatnia czwórka to długość przedłużek - tabela 4 o nią nie pyta.
Pomylenie długości tłoka (4 ft) z długością przedłużek - w tej pompie obie wynoszą 4, ale w innych arkuszach już nie.
Kroki 9-13 · po tym etapie masz 25 z 42 kryteriów (pkt)
Oblicz i zapisz w tabeli 5 wydajność dobranej pompy wgłębnej, przyjmując następujące parametry pompowania: skok tłoka wynosi 85 cm, tłok wykonuje 8 suwów na minutę, sprawność pompy wynosi 85 %, w ciągu doby pompa pracuje przez 12 godzin.
Wzór na wydajność jest w tabeli 2. Pole przekroju tłoka to pole koła: F = π · d² / 4 - średnicę trzeba wstawić w metrach, żeby pole wyszło w m².
Oblicz i zapisz w tabeli 5 wydajność dobranej pompy wgłębnej, przyjmując następujące parametry pompowania: skok tłoka wynosi 85 cm, tłok wykonuje 8 suwów na minutę, sprawność pompy wynosi 85 %, w ciągu doby pompa pracuje przez 12 godzin.
Średnica z tabeli 4: 57,2 mm = 0,0572 m. F = π · 0,0572² / 4 = 0,0025697 m², z dokładnością do 5. miejsca 0,00257 m².
Wstawienie średnicy w milimetrach - pole wychodzi w mm², a dalsze wyniki są milion razy za duże.
Oblicz i zapisz w tabeli 5 wydajność dobranej pompy wgłębnej, przyjmując następujące parametry pompowania: skok tłoka wynosi 85 cm, tłok wykonuje 8 suwów na minutę, sprawność pompy wynosi 85 %, w ciągu doby pompa pracuje przez 12 godzin.
Wszystkie wielkości w jednostkach wzoru: skok tłoka 85 cm = 0,85 m, 8 suwów na minutę = 8 1/min, sprawność 85% = 0,85 (we wzorze jako ułamek, nie procent).
Oblicz i zapisz w tabeli 5 wydajność dobranej pompy wgłębnej, przyjmując następujące parametry pompowania: skok tłoka wynosi 85 cm, tłok wykonuje 8 suwów na minutę, sprawność pompy wynosi 85 %, w ciągu doby pompa pracuje przez 12 godzin.
Q = 0,00257 · 0,85 · 8 · 0,85 = 0,014855 m³/min, czyli z dokładnością do 4. miejsca 0,0149 m³/min.
Oblicz i zapisz w tabeli 5 wydajność dobranej pompy wgłębnej, przyjmując następujące parametry pompowania: skok tłoka wynosi 85 cm, tłok wykonuje 8 suwów na minutę, sprawność pompy wynosi 85 %, w ciągu doby pompa pracuje przez 12 godzin.
Godzina ma 60 minut: 0,0149 · 60 = 0,894 m³/h. Doba pracy pompy w odwiercie Z-12 to tylko 12 godzin, więc 0,894 · 12 = 10,728 m³/d.
Mnożenie przez 24 h - treść zadania mówi, że pompa pracuje 12 godzin na dobę.
Kroki 14-15 · po tym etapie masz 31 z 42 kryteriów (pkt)
Przelicz wielkość wydobycia ropy naftowej na wartości masowe, które zamieszczane są w raportach dobowych i miesięcznych wydobycia ropy z odwiertu, przyjmując że w ciągu miesiąca pompa pracowała przez 30 dni; przeliczenia dokonaj w tabeli 6.
Masa = objętość · gęstość (wzór ρ = m / V z tabeli 2): md = 10,728 m³/d · 750 kg/m³ = 8 046 kg/d = 8,046 t/d.
Przelicz wielkość wydobycia ropy naftowej na wartości masowe, które zamieszczane są w raportach dobowych i miesięcznych wydobycia ropy z odwiertu, przyjmując że w ciągu miesiąca pompa pracowała przez 30 dni; przeliczenia dokonaj w tabeli 6.
W miesiącu pompa pracowała 30 dni: mm = 8 046 · 30 = 241 380 kg/m-c = 241,38 t/m-c.
Kroki 16-17 · po tym etapie masz 36 z 42 kryteriów (pkt)
Oblicz i zapisz w tabeli 7, ile ropy naftowej znajduje się w zbiorniku roboczym po dwóch dniach pracy pompy wgłębnej w odwiercie, jeżeli stan początkowy ropy - po przetłoczeniu określonej jej ilości do PZ - wynosi 1,35 m3; przelicz tę ilość ropy na jednostki masowe.
Zbiornik jest prostopadłościanem 2,5 x 5 x 2 m, więc Vz = 2,5 · 5 · 2 = 25 m³.
Oblicz i zapisz w tabeli 7, ile ropy naftowej znajduje się w zbiorniku roboczym po dwóch dniach pracy pompy wgłębnej w odwiercie, jeżeli stan początkowy ropy - po przetłoczeniu określonej jej ilości do PZ - wynosi 1,35 m3; przelicz tę ilość ropy na jednostki masowe.
Na początku w zbiorniku jest 1,35 m³. Przez 2 dni pompa dostarcza 2 · 10,728 = 21,456 m³, więc V2 = 1,35 + 21,456 = 22,806 m³. Tabela 7 nie ma rubryki na masę - przeliczenie na tony jest już w tabeli 6.
Kroki 18-19 · po tym etapie masz 42 z 42 kryteriów (pkt)
Oblicz i zapisz w tabeli 8 dopuszczalną pojemność magazynowania ropy naftowej w zbiorniku roboczym, w odniesieniu do najwyższej temperatury roboczej oraz zapisz w tej tabeli informacje, które zgodnie z przepisami należy zamieścić na tym zbiorniku, jako sposób jego oznakowania.
Zbiornika z cieczą palną nie napełnia się do pełna - zostawia się miejsce na rozszerzalność cieplną ropy przy najwyższej temperaturze roboczej. Przepisy dopuszczają napełnienie do 95% pojemności (wiedza ogólna, arkusz tej liczby nie podaje): Vd = 25 · 0,95 = 23,75 m³. Po dwóch dniach w zbiorniku jest 22,806 m³ - mniej niż Vd, więc przetłaczanie co 2 dni wystarcza.
Oblicz i zapisz w tabeli 8 dopuszczalną pojemność magazynowania ropy naftowej w zbiorniku roboczym, w odniesieniu do najwyższej temperatury roboczej oraz zapisz w tej tabeli informacje, które zgodnie z przepisami należy zamieścić na tym zbiorniku, jako sposób jego oznakowania.
Na zbiorniku zapisuje się nazwę cieczy (ROPA NAFTOWA), klasę niebezpieczeństwa pożarowego i dopuszczalną pojemność. Ropa ma temperaturę zapłonu 19°C, a ciecze o temperaturze zapłonu do 21°C należą do I klasy niebezpieczeństwa pożarowego (wiedza ogólna). Trzeci wpis to dopuszczalna pojemność z tego samego wiersza tabeli: Max poj. 23,75 m³.
Wpisanie pojemności całkowitej 25 m³ zamiast dopuszczalnej 23,75 m³.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.