Задачі для контрольної роботи

з курсу Автоматизація загальнопромислових установок і технологічних комплексів

2019 р.

ЗМІСТ

ЗАДАЧА 11. Порівняння показників надійності бурових лебідок. 3

Алгоритм розв’язку задачі 5

Постановка задачі 5

ЗАДАЧА 12. Розрахунок показників надійної роботи механізмів. 6

Постановка задачі 6

ЗАДАЧА 13. Визначення товщини стінок обсадної труби при сплющені її на глибині Н   7

Постановка задачі 7

ЗАДАЧА 14. Визначення потужності двигуна групового приводу глубиннонасосних установок. 9

Постановка задачі 9

ЗАДАЧА 15. Визначення ймовірності безвідмовної роботи системи силового приводу бурової установки. 10

Алгоритм ро’звязку задачі 10

Постановка задачі 10

ЗАДАЧА 16. Визначення ймовірності вимучених пошкоджень валу в період часу t 11

Постановка задачі 11

ЗАДАЧА 17. Визначення натягу канату на барабані лебідки. 14

Постановка задачі 14

ЗАДАЧА 18. Розрахунок економічної ефективності впровадження автоматизації насосної станції 16

Постановка задачі 17

ЗАДАЧА 19. Визначення ймовірності безвідмовної роботи підшипників на протязі часу t 18

Постановка задачі 18

ЗАДАЧА 20. Розрахунок інструменту для буріння та експлуатації 19

Постановка задачі 19

ЗАДАЧА 21. Прогноз надійності на стадії технічної пропозиції по модернізації установки УЕЦН-М. 21

Алгоритм розв’язку задачі 21

Постановка задачі 22

ЗАДАЧА 22. Визначення втрат тиску в колоні бурильних труб. 23

Постановка задачі 23

ЗАДАЧА 23. Визначення ймовірності безвідмовної роботи P(t) за час t вала-підшипника, якщо його ресурс по зносу підпорядковується нормальному закону. 25

Алгоритм розв’язку задачі 25

ЗАДАЧА 24. Визначення напруги кручення, яке виникає на валу ротора. 26

Постановка задачі 26

ЗАДАЧА 25. Визначення працездатності доліт. 27

Постановка задачі 27

ЗАДАЧА 26. Визначення класу зношеності бурильних труб. 28

Постановка задачі 28

ЗАДАЧА 27. Визначення раціонального часу роботи доліт. 30

Постановка задачі 30

ЗАДАЧА 28. Визначення втрат тиску в бурильних трубах. 31

Постановка задачі 31

ЗАДАЧА 29. Визначення кількості промивної рідини. 33

Постановка задачі 34

ЗАДАЧА 30. Визначення кількості промивної рідини. 35

Постановка задачі 36

ЗАДАЧА 31. Визначення характеристики турбобура при зміні продуктивності насоса  37

Постановка задачі 37

ЗАДАЧА 32. Визначення потужності двигуна для приводу лебідки. 38

Постановка задачі 39

ЗАДАЧА 33. Визначення потужності двигуна для приводу ротора. 40

Постановка задачі 41

ЗАДАЧА 34. Вибір типу вежі 42

Постановка задачі 42

ЗАДАЧА 35. Визначення вертикальних навантажень, які діють на вежу. 44

Постановка задачі 44

ЗАДАЧА 36. Розрахунок кількості тракторів для переміщення бурових веж.. 46

Постановка задачі 46

ЗАДАЧА 37. Розрахунок талевого канату на міцність. 48

Постановка задачі 49

ЗАДАЧА 38. Визначення максимального напруження при спуску обсадної колони в стовбур свердловини, який вигнутий по дузі. 50

Постановка задачі 50

ЗАДАЧА 39. Критерій необхідності зміни долота. 52

Постановка задачі 52

ЗАДАЧА 40. Визначення кількості промивної рідини. 54

Постановка задачі 55

ЗАДАЧА 11. Порівняння показників надійності бурових лебідок

За кінематичними схемами бурових лебідок ЛБУ-37-1100Д і ЛБУ-1100ЕТ-3, які зображені на рис. 11.1 і рис. 11.2 порівняти ймовірні рівні надійності лебідок в нормальному періоді експлуатації при роботі без відмови на протязі t=200 год., якщо відомі значення відмов l окремих елементів лебідок, які наведені в таблиці 11.1.

Рисунок 11.1 – Кінематична схема лебідки ЛБУ-1100ЕТ -3

1-барабан лебідки; 2- КПП; 3- тормозний пристрій; 4- допоміжний привід; 5- околодочний тормоз ТКГ-400; 6- редуктор ІЦ22У-355-16-23У2; 7-муфта МШ-500; 8- пневмоциліндр перемикання КПП; 9- муфта кулачкова; 10 – пристрій контролю і керування; 11- стопорний пристрій.

Рисунок 11.2 - Кінематична схема лебідки ЛБУ-37-1100Д

1. барабан; 2- шино-пнематична муфта МШ1070х200; 3 – привід командо апарату і датчики подачі; 4- тормоз допоміжний ТЕИ 800-60; 5- ланцюгова трансмісія бистрої швидкості; 6 - ланцюгова трансмісія тихої швидкості; 7- регулятор подачі долота РПДЕ; 8 – коробка змінних передач; 9- редуктор Ц2Н-450-50-32-42; 10 – тормоз околодочний ТКГ – 40СУ2; 11- електродвигун 4ПФ-26250.

Таблиця 11.1

Інтенсивність відмов l елементів передач (по Р.А. Баграмову).

Алгоритм розв’язку задачі

1. Структурні схеми надійності бурових лебідок зображають як масив послідовно з’єднаних елементів, починаючи з двигуна і закінчуючи барабаном лебідки.

2. Присвоюється номер кожному елементу масиву вводяться дані інтенсивності відмов l_і кожного елемента за структурною схемою обох лебідок.

3. Інтенсивність відмов першої лебідки за формулою:

4. Аналогічно обчислюється інтенсивність відмов другої лебідки.

5. Ймовірність безвідмовної роботи кожної лебідки визначається за формулою:

;

6. Середній час безвідмовної роботи визначається за формулою:

Постановка задачі

Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ймовірностей безвідмовної роботи кожного механізму 2-х лебідок;

- ймовірностей безвідмовної роботи кожної лебідки;

- за результатами розрахунків зробити висновок про надійність конструкцій бурових лебідок;

- середнього часу безвідмовної роботи кожної лебідки;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 12. Розрахунок показників надійної роботи механізмів

Оцінити вірогідність безвідмовної роботи P(t) механізмів, які працюють в нормальному режимі, якщо відома наробка t, та інтенсивність відмов l. Дати заключення о про раціональність використання механізмів, види яких і задані показники приведені в таблиці 12.1.

Таблиця 12.1

Розрахунки зводяться до визначення ймовірності безвідмовної роботи кожного механізму P(t) за формулою:

 (12.1)

Таблиці 12.2

Постановка задачі

Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ймовірностей безвідмовної роботи кожного механізму;

- до якого класу надійності належить кожний механізм;

- визначити наймеш надійній механізм;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 13. Визначення товщини стінок обсадної труби при сплющені її на глибині Н

Обсадні 16^// труби мають стандартні товщини від 8 до 12 мм і зовнішній діаметр D=406 мм.

Для розрахунку труби визначають відношення товщини стінки до діаметра труби:

  (13.1)

Або

  (13.2)

Якщо  або  тоді використовують формулу Феппла:

 (13.3)

Після підстановки отримаємо:

 (13.4)

Якщо  або  тоді використовують формулу:

,

Де =3900 кГ/см² допустима межа плинності сталі

Постановка задачі

Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- критичного тиску  ;

- максимального значення критичного тиску;

- товщин стінок обсадної 16^// труби, яка була сплющена на глибинах 352 м, 660м, 840м, 1265м, 223м, 2360м, 2820м; питома вага глинистого розчину γ=1.3 кГ/дм3.

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 14. Визначення потужності двигуна групового приводу глибинонасосних установок

Потужність двигуна обчислюється за формулою:

, (14.1)

Де

К – ступінь нерівномірності роботи насосної установки К≈1.2;

G – навантаження, яке створює рідина на плунжер насосу

, (14.2)

Де

 (14.3)

 (14.4)

Постановка задачі

Згідно даних таблиці 14.1 скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- навантаження G, яке створене рідиною на плунжер насосу для кожного родовища;

- потужність двигуна N;

- максимальну потужність;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad

Таблиця 14.1

ЗАДАЧА 15. Визначення ймовірності безвідмовної роботи системи силового приводу бурової установки

Система силового приводу бурової установки представлена 4-а паралельно з’єднаними двигунами внутрішнього згорання, кожний з яких має наступне значення ймовірності безвідмовної роботи P(t)=(0.85;0.82;0.84;0.86), а в системі циркуляції промивної рідини незалежно працюють 2-а насоса з P(t)=(0.9;0.91)

Алгоритм розв’язку задачі

1. ввести значення P(t) у вигляді 2-ч масивів

2. ввести формулу для обчислення ймовірності безвідмовної роботи для кожної системи окремо:

для системи з 4-а двигунами внутрішнього згорання:

 (15.1)

3. за формулою 15.1 обчислити ймовірність безвідмовної роботи для системи циркуляції із 2-х насосів.

4. Визначити ймовірність безвідмовної роботи цілої системи за формулою:

 (15.2)

Постановка задачі

Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ймовірностей безвідмовної роботи окремо кожної системи;

- визначити найбільш надійній механізм кожної системи;

- визначити ймовірність безвідмовної роботи цілою системи;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 16. Визначення ймовірності вимучених пошкоджень валу в період часу t

Ймовірність Q(t) вимучених пошкоджень валу в період роботи t при логарифмічно нормальним розподілом випадкових величин можна знайти трьома способами. Перший з них це ­– використання формули:

 (16.1)

Де P(t) – ймовірність безвідмовної роботи, визначаємо із таблиці 16.2, за квантилю нормованого логарифмічно нормального розподілу:

 (16.2)

За таблицею 16.2 для заданої квантилі знаходимо значення P(t)

Другий варіант розв’язку задачі:

Значення Q(t) знаходимо за формулою:

, (16.3)

Де Ф – функція Лапласа

Третій варіант розв’язку заключається в застосуванні категорії функцій «Розпределение вероятности» програми MathCad:

Таблиця 16.1

Постановка задачі

Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ймовірностей вимучених пошкоджень валу 3-я способами;

- результати обчислення порівняти;

- найбільшого значення Q(t) за час t;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 16.2

ЗАДАЧА 17. Визначення натягу канату на барабані лебідки

Максимальний натяг тормозної стрічки лебідки обчислюють за формулою:

, (17.1)

Де b₂ – ширина тормозної стрічки з врахуванням ослаблення перерізу 3-я закльопками діаметром =12.7 мм.

 (17.2)

Для визначення натягу використаємо формулу:

Звідси знаходимо натяг канату:

 (17.3)

 (17.4)

 (17.5)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 17.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- натягу канату на барабан лебідки при обриві тормозної стрічки;

- середнього натягу канату;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 17.1

ЗАДАЧА 18. Розрахунок економічної ефективності впровадження автоматизації насосної станції

Економічний ефект використання системи автоматики проявляється у вигляді економії питомих експлуатаційних за рахунок збільшення об’єму перекачки нафти. Розраховують наступні показники:

1) Вартість системи автоматики:

 (18.1)

2) Збільшення об’єму перекачки нафти у зв’язку із скороченням числа зупинок насосної і зменшення часу виходу її на режим і річний об’єм перекачки після впровадження системи автоматики:

  (18.2)

 (18.3)

3) Зниження річних витрат на зарплату:

 (18.4)

Де

 - загальне скорочення чисельності.

Скорочення чисельності досягається за рахунок того, що автоматизація насосної дозволяє вивільнити машиністів технологічних насосів. Замість них, для обслуговування впровадження системи автоматики необхідно ввести в штат слюсаря по ремонту засобів автоматики.

Таблиця 18.1

Постановка задачі

Згідно даних табл. 18.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- вартості системи автоматики;

- збільшення об’єму перекачки нафти;

- річний об’єм перекачки після впровадження системи автоматики;

- зниження затрат на зарплату;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 19. Визначення ймовірності безвідмовної роботи підшипників на протязі часу t

Функція ймовірності безвідмовної роботи при розподілі Вейбулла виражається формулою:

 (19.1)

Густина розподілу визначається за формулою:

 (19.2)

Інтенсивність відмов визначається за формулою:

 (19.3)

 (19.4)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 19.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ймовірність безвідмовної роботи;

- густини розподілу, визначити максимальне значення f(t);

- інтенсивності відмов;

- S(t);

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 19.1

ЗАДАЧА 20. Розрахунок інструменту для буріння та експлуатації

Поверхня контакту клинів з ротором являє собою поверхню конуса D=330 мм, d=260 мм і конусністю 1:3, α=90 30.

Рисунок 20.1 – сили, які діють на клини ротора.

Вага колони розкладається в площині по двох напрямах, перпендикулярно твірним конуса (рис. 20.1). кожна з цих нормальних зусиль N створює питомий тиск на вкладиш ротора.

Із рівняння рівноваги по вертикалі знаходимо:

 (20.1)

Із рівняння (20.1) знаходимо:

 (20.2)

Бокова поверхня половини конуса, яка відповідає одному клину дорівнює:

, (20.3)

Де h – довжина усіченого конуса

 (20.4)

Питомий тиск обчислюється за формулою:

 (20.5)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 20.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- нормального зусилля;

- питомого тиску між клинами і стінками вкладки ротора, коли клини утримують колону бурильних труб вагами: 70 т, 56 т, 50т., 62т., 66т;

- мінімального питомого тиску;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 21. Прогноз надійності на стадії технічної пропозиції по модернізації установки УЕЦН-М

При розрахунках орієнтуються на експлуатаційні дані установки – аналогу: загальна наробка до відмови установки в цілому; ремонтний цикл; міжремонтний період; загальне число відмов; середня наробка до відмов двигунів та їх елементів при коефіцієнті варіації.

Рисунок 21.1- Структурна схема УЕЦН

І – підсистема енергетичного забезпечення; ІІ – колони насосно-компресорних труб; ІІІ – підсистема підземного свердловинного обладнання;

1 – трансформаторна підсистема; 2- наземна частина силового кабеля; 3 – станція управління і допоміжного електричного обладнання; 4- колонна головка і лубрикатор; 5 – маніфольд; 6 – НКТ; 7 – електродвигун; 8 – протектор; 9 – ЕЦН.

Алгоритм розв’язку задачі

1. визначити середньоквадратичне відхилення наробок до відмови по кожному елементу системи за формулою:

 (21.1)

2. вважаємо, що величини наробок на відмову підпорядковуються нормальному закону розприділення, знаходимо густину ймовірностей та й

 (21.2)

3. знайти зміну ймовірностей безвідмовної роботи за формулою:

 (21.3)

4. ймовірність безвідмовної роботи установки – аналога знайти за формулою:

 (21.4)

5. ймовірність безвідмовної роботи кожного елемента по відношенню до міжремонтного періоду установки в цілому обчислити за формулою:

 (21.5)

Таблиця 21.1

Постановка задачі

Згідно даних табл. 21.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- середньоквадратичне відхилення;

- зміну ймовірностей безвідмовної роботи;

- ймовірність безвідмовної роботи установки – аналога;

- ймовірність безвідмовної роботи кожного елемента за формулою 21.5;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 22. Визначення втрат тиску в колоні бурильних труб

Втрати тиску в трубах визначають за формулою:

 (22.1)

Де,

с-константа, с=1.4 для глинистого розчину;

d₁=9.72;

Q- витрати глинистого розчину в л/с;

s- довжина ходу поршня діаметром D.

 (22.2)

Загальні втрати тиску обчислюють за формулою:

 (22.3)

Втрати тиску в замках з широким прохідним отвором обчислюють за формулою:

 (22.4)

Таблиця 22.1

Постановка задачі

Згідно даних табл. 22.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- втрат тиску в трубах, застосовані замки з широким прохідним отвором;

- найменших втрат тиску;

- втрат тиску в замках;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 23. Визначення ймовірності безвідмовної роботи P(t) за час t вала-підшипника, якщо його ресурс по зносу підпорядковується нормальному закону

Алгоритм розв’язку задачі

1. ввести вихідні дані згідно таблиці 23.1;

2. ввести розрахункову формулу і визначити квантиль нормування нормального розприділення:

 (23.1)

3. знайти значення F(t) за формулою:

 (23.2)

4. знайти значення P(t) за формулою:

 (23.3)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 23.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- квантилі нормального розприділення;

- визначити середнє значення U_p;

- визначити F(t);

- визначити P(t);

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 23.1

ЗАДАЧА 24. Визначення напруги кручення, яке виникає на валу ротора

Момент кручення обчислюється за формулою:

 (24.1)

Момент кручення у функції діаметра вала і напруги кручення обчислюється за формулою:

З цієї формули знаходимо:

 (24.2)

Кут γ закручування вала обчислюється за формулою:

 (24.3)

Кут закручування на довжинах l=80 см

 (24.4)

Таблиця 24.1

Постановка задачі

Згідно даних табл. 24.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- моменту кручення на валу ротора;

- середнього діаметра вала;

- напруги кручення t;

- питомого кута γ;

- кута φ на довжині l;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

ЗАДАЧА 25. Визначення працездатності доліт

Механічну швидкість проходки долота визначають за формулою:

, де (25.1)

h_i - проходка, виконана долотом за час  .

Якщо  і  тоді працездатність доліт судять за рейсовою швидкістю, яку обчислюють за формулою:

, де (25.2)

  - час на спуско-підйом і заміну долота ( =2 год.);

Коефіцієнт зношеності робочої поверхні долота визначають за формулою:

 (25.3)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 25.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- механічної швидкості проходки доліт;

- порівняльної характеристики працездатності доліт(найбільш працездатне те долото, у якого максимальне значення h і максимальне значення рейсової швидкості);

- найбільш та найменш працездатне долото;

- коефіцієнта зношеності q;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 25.1

ЗАДАЧА 26. Визначення класу зношеності бурильних труб

В залежності від величини умов зносу труби діляться на три класи:

І клас – умови зносу < 50% ваги комплекту;

ІІ клас – умови зносу 51% - 85 % ваги комплекту;

ІІI клас – умови зносу 86% - 100 % ваги комплекту.

Умови зношеності для окремих комплектів труб визначають за формулою:

, (26.1)

Де L – кількість метрів, пройдених в комплектом в заданому інтервалі:

 (26.2)

К – коефіцієнт глибини;

С – коефіцієнт буріння для даного району:

 (26.3)

α – норма розходу бурильних труб на 1 метр проходки (α=0.323 кг/м).

Постановка задачі

Згідно даних табл. 26.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- умов зношеності бурильних труб для кожного інтервалу;

- середнього значення зношеності;

- класу зношеності труб для кожного інтервалу;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 26.1

ЗАДАЧА 27. Визначення раціонального часу роботи доліт

Раціональний час роботи долота визначають за формулою:

, де (27.1)

Де

 (27.2)

q - коефіцієнт зношення робочої поверхні долота

Коефіцієнт зношеності робочої поверхні долота визначають за формулою:

 (27.3)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 27.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- коефіцієнта зношеності робочої поверхні доліт q;

- раціонального часу роботи доліт;

- визначити долото з найбільшим та найменшим часом роботи

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 27.1

ЗАДАЧА 28. Визначення втрат тиску в бурильних трубах

Рижим течії в бурильних трубах визначають за формулою:

, (28.1)

Де

=1.2 кГ/см³ – питома вага глинистого розчину;

- середня швидкість течії рідини в трубах:

, (28.2)

Де

Q=0.03 – розхід промивної рідини;

d – внутрішній діаметр бурильних труб.

Якщо Re<2300, тоді режим течії буде ламінарним, а при >2300 режим буде турбулентним.

Втрати тиску в бурильних трубах визначають за формулою:

 (28.3)

При турбулентному режимі:

 (28.4)

При ламінарному режимі:

 (28.5)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 28.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- середньої швидкості течії;

- режиму течії глинистого розчину;

- втрат тиску в бурильних трубах;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 28.1

ЗАДАЧА 29. Визначення кількості промивної рідини

Максимальну продуктивність бурових насосів при бурінні визначають за формулою:

, (29.1)

де

N – потужність приводу насоса;

- повний к.п.д. насоса;

Ap - коефіцієнт перепаду тиску в турбобурі;

А – коефіцієнт втрати тиску;

 - питома вага глинистого розчину.

Де

k – кількість двигунів насоса (k=4);

n – частота обертання(n=1200 об/хв).

 (29.3)

Де

- гідравлічний к.п.д. (0.98 – 0.99);

a - коефіцієнт подачі насоса (0.9 – 0.97);

 - механічний к.п.д. насоса

A_p знаходять за формулою:

, (29.4)

Де

P_t - перепад тиску в турбобурі (77 кГ/см² );

Q₁ - продуктивність насосів (55 л/с).

Коефіцієнт А визначають за формулою:

 (29.5)

 a_m=340 ·10^-5;

 ;

 - коефіцієнт втрати тиску в промивних отворах долота:

 (29.6)

F – сумарний переріз промивних отворів долота (F=21 см² ).

Постановка задачі

Згідно даних табл. 29.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- максимальної продуктивності бурового насосу при різних інтервал буріння;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 28.1

ЗАДАЧА 30. Визначення кількості промивної рідини

Максимальну продуктивність бурових насосів при бурінні визначають за формулою:

, (30.1)

де

N – потужність приводу насоса;

- повний к.п.д. насоса;

A_P - коефіцієнт перепаду тиску в турбобурі;

А – коефіцієнт втрати тиску;

 - питома вага глинистого розчину (=1.35 кГ/см³)

Де

k – кількість двигунів насоса (k=4);

n – частота обертання(n=1200 об/хв).

 (30.3)

Де

- гідравлічний к.п.д. (0.98 – 0.99);

a - коефіцієнт подачі насоса (0.9 – 0.97);

 - механічний к.п.д. насоса;

A_p знаходять за формулою:

, (30.4)

Де

P_t - перепад тиску в турбобурі (77 кГ/см² );

Q₁ - продуктивність насосів (55 л/с).

Коефіцієнт А визначають за формулою:

 (30.5)

 a_m = 340 ·10^-5;

;

 - коефіцієнт втрати тиску в промивних отворах долота:

 (30.6)

F – сумарний переріз промивних отворів долота

Постановка задачі

Згідно даних табл. 29.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- максимальної продуктивності бурового насосу при бурінні різними долотами;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 30.1

ЗАДАЧА 31. Визначення характеристики турбобура при зміні продуктивності насоса

Швидкість обертання вала турбобура, обертаючий момент, перепад тиску в турбобурі і потужність турбобура визначають за формулами:

 (31.1)

 (31.2)

 (31.3)

 (31.4)

A_n - коефіцієнт швидкості обертання турбобура (A_n=26.5);

A_M - коефіцієнт моменту турбобура (A_M=0.152);

A_p - коефіцієнт перепаду тиску (A_p=0.096);

A_N - коефіцієнт потужності турбобура (A_N=0.00412).

Постановка задачі

Згідно даних табл. 30.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- швидкість обертання турбобура;

- обертаючий момент;

- перепади тиску;

- потужність турбобура;

- визначити при якій продуктивності насосу буде максимальна потужність турбобура;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 31.1

ЗАДАЧА 32. Визначення потужності двигуна для приводу лебідки

Потужність двигуна для приводу лебідки визначають за формулою:

, (32.1)

Де

Q_k - вага колони в кг, яку піднімають:

 (32.2)

К – коефіцієнт, який враховує затяжки та прихвати колони (К=1.25);

L – довжина бурильної колони;

l_y - довжина труб УБТ;

q_y - вага 1 м труб УБТ (=192 кг);

q_T - вага турбобура (=2000 кг);

q - вага 1 м бурильних труб (=33.4 кг);

 - питома вага глинистого розчину ( =1.3 кГ/см³ );

 - питома вага матеріалу труб ( =7.385 кГ/см³ );

V_kp - мінімальна швидкість підйому крюка.

К.п.д. підйомної установки від валу двигуна до крюка визначають за формулою:

; (32.3)

Де

 - к.п.д. талевої системи ( =0.87);

 - к.п.д. ланцюгових передач ( =0.96);

 - к.п.д. понижуючого редуктора ( =0.98);

 - к.п.д. клиноремінної передачі ( =0.95);

 - к.п.д. яке враховує втрати при вихлопі ( =0.95);

 - к.п.д. яке враховує втрати у вентиляторі ( =0.94).

Постановка задачі

Згідно даних табл. 32.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- всі значення потужності двигуна для приводу лебідки;

- середнє значення потужності;

- к.п.д. підйомної установки;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 32.1

ЗАДАЧА 33. Визначення потужності двигуна для приводу ротора

Потужність двигуна для приводу ротора визначають за формулою:

, (33.1)

Де

- потужність, яка затрачується на руйнування породи долотом:

, (33.2)

Де

К – коефіцієнт для зношеного долота (К=0.1..0.2);

G – осьове навантаження на долото в тс (G=15 тс);

- діаметр долота в см (   - 29.5 см);

n - частота обертання долота (n = 500 об/хв).

Потужність затрачену на холосте обертання бурильної колони визначають за формулою:

, (33.3)

Де

С – коефіцієнт, який залежить від кута викривлення свердловини (С=18.8·10^-5 );

- питома вага глинистого розчину (=1.3 кГ/см² );

D – зовнішній діаметр бурильних труб ( D=0.140 м);

L – довжина бурильної колони в м;

n_p - частота обертання стола ротора;

Потужність затрачену на долання опору в передаточних механізмах від двигуна до ротора визначають за формулою:

, (33.4)

Де

a₁ і a₂ - дослідні коефіцієнти.

Постановка задачі

Згідно даних табл. 33.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- потужності двигуна для приводу ротора;

- всіх значень потужності, затраченої на холосте обертання бурильної колони;

- середнього значення потужності затраченої на холосте обертання

 - побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 32.1

ЗАДАЧА 34. Вибір типу вежі

Тип вежі для буріння свердловини вибирають виходячи із максимального навантаження на крюк. З врахуванням коефіцієнта прихвату і полегшення ваги бурильної колони при спусканні в рідину навантаження на крюк визначають за формулою:

, (34.1)

Де

- вага колони в повітрі;

 - питома вага сталі ( =7.85 кГ/см³);

 - питома вага глинистого розчину ( =1.2 кГ/см³);

К – коефіцієнт прихвату (К=1.3).

Вагу колони бурильних труб у повітрі визначають за формулою:

, (34.2)

Де

- довжина ведучої труби;

- вага 1 м ведучої труби;

l_y - довжина УБТ;

q_y - вага 1 м УБТ;

l₀ - довжина бурильних труб:

, (34.3)

Де

 - довжина турбобура.

Постановка задачі

Згідно даних табл. 34.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- всі значення ваги колони у повітрі;

- Максимальне значення ваги колони у повітрі;

- Максимальне навантаження на крюк;

- Згідно таблиці 34.2 визначити тип вежі;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 34.1

Таблиця 34.2

ЗАДАЧА 35. Визначення вертикальних навантажень, які діють на вежу

Вертикальне навантаження, яке діє на вежу визначають за формулою:

 (35.1)

Де

Q_kp - навантаження на крюк;

P_ob - вага постійно піднімаючого обладнання під час спуско-підйомних робіт;

q_kp - вага крон блока;

q_B - вага вежі.

Натяг холостого кінця канату підчас підйому колони визначають за формулою:

, (35.2)

n – кількість робочих струн оснастки талевої системи

h - коефіцієнт корисної дії талевої оснастки.

Натяг нерухомого кінця канату визначають за формулою:

 (35.3)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 35.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- всіх значення вертикального навантаження;

- Середнє значення вертикального навантаження;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad

Таблиця 35.1

 
ЗАДАЧА 36. Розрахунок кількості тракторів для переміщення бурових веж

Тягове зусилля одного трактора визначають за формулою:

, (36.1)

Де

N - потужність двигуна одного трактора;

- к.п.д. трактора ( =0.75).

Силу тяги для переміщення вежі визначають за формулою:

, (36.2)

Де

a - кут нахилу шляху руху вежі;

- коефіцієнт тертя ( =0.35);

Q - вага вежі та санок:

 (36.3)

Знаючи тягове зусилля одного трактора і силу тяги визначають кількість тракторів, які необхідні для переміщення вежі:

 (36.4)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 36.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- тягового зусилля;

- Сили тяги R;

- Мінімальне значення сили тяги;

- Кількості тракторів для переміщення вежі;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad

Таблиця 36.1

ЗАДАЧА 37. Розрахунок талевого канату на міцність

Перевірочний розрахунок талевого канату на міцність проводять за формулою:

, (37.1)

Де

- сумарна напруга, яка виникає в канаті;

- напруга при розтягу канату:

, (37.2)

Де

F - площа поперечного перерізу всіх проволок в канаті

P_x - натяг холостого кінця канату при підйомі:

, (37.3)

Q_kp - максимальне навантаження на крюк;

P_ob - вага рухомого обладнання;

- к.к.д. талевої системи ( =0.85);

Напруга при згині обчислюється за формулою:

, (37.4)

Де

E - модуль пружності канату (E=1.25·10⁴ кГ/мм² )

 - діаметр проволоки в канаті;

Коефіцієнт запасу міцності визначають за формулою:

 (37.5)

Коефіцієнт запасу міцності для талевих канатів повинен бути більший за 2,5 тоді вибраний тип канату відповідає вимогам.

Постановка задачі

Згідно даних табл. 37.1 Скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- сумарної напруги ;

- Коефіцієнта запасу міцності;

- За значенням коефіцієнта міцності зробити висновок про правильний вибір канату;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 37.1

ЗАДАЧА 38. Визначення максимального напруження при спуску обсадної колони в стовбур свердловини, який вигнутий по дузі

Вагу обсадної колони обчислюють за формулою:

, (38.1)

Де

q₀ - теоретична вага 1 м труби (q₀ = 46.6 кг);

L - глибина спуску колони;

q_m - вага муфти (q_m=16.2 кг).

Навантаження на крюк при спуску колони визначають за формулою:

, (38.2)

Де

 - коефіцієнт тертя метала труб об породу;

a - кут відхилення стовбура свердловини від вертикалі.

Максимальне місцеве напруження визначають за формулою:

, (38.3)

Де

D - зовнішній діаметр труби;

E - модуль Юнга (=2.1·10⁶ кГ/см² );

R - радіус викривлення стовбура;

a_k - коефіцієнт концентрації напружень (a_k=1.7…3).

За значенням визначають групу міцності сталі труб (табл. 38.1)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 38.2 скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- ваги обсадної колони;

- Навантаження на крюк;

- Середнього навантаження на крюк;

- Максимального місцевого навантаження;

- За значенням максимального навантаження визначити групу міцності сталі;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 38.2

ЗАДАЧА 39. Критерій необхідності зміни долота

Для отримання максимального ефекту від роботи долота краще за все орієнтуватись на рейсову швидкість і припиняти буріння для зміни долота при досягнення максимуму.

Рейсова швидкість вимірюється кількістю метрів, пробурених за один рейс, віднесених до часу механічного буріння плюс час, затрачений на підйом інструмента, зміну долота і спуск інструмента.

Рейсова швидкість за окремі проміжки часу визначається за формулою:

, (39.1)

Де

h_i - проходка на долото за час буріння t_bi;

T_сп - час на спуск та підйом інструменту.

Тоді сумарна проходка складає:

 (39.2)

Загальний час роботи долота на забої складає:

 (39.3)

Загальний час роботи долота з врахуванням спуску-підйому:

 (39.4)

Постановка задачі

Згідно даних табл. 39.1 скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- всіх значень рейсової швидкості;

- Максимального значення рейсової швидкості;

- Сумарну проходку;

- Загальний час роботи долота на забої;

- Час роботи з врахуванням часу на спуск-підйом;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 39.1

ЗАДАЧА 40. Визначення кількості промивної рідини

Швидкість потоку промивної рідини визначають за формулою:

,

Де (40.1)

a - коефіцієнт, який залежить від площі поперечного перерізу кільцевого простору (a=1.13…1.14).

Швидкість підйому частин породи в кільцевому просторі визначають за формулою:

, (40.2)

Де

H - глибина;

T - час виносу частин породи.

При турбулентному режимі швидкість погруження частинок в промивній рідині визначають за формулою:

, (40.3)

Де

K - коефіцієнт, який залежить від форми частинок (K=0.159);

d₊ - діаметр частин;

- питома вага породи;

- питома вага глинистого розчину ( =1.2 кГ/см³ ).

Витрати промивної рідини обчислюють за формулою:

, (40.4)

Де

D_c - діаметр свердловини;

D - діаметр бурильних труб.

Постановка задачі

Згідно даних табл. 40.1 скласти програму і графічний алгоритм у Visual Basic i Mathcad для обчислення:

- всіх значень швидкості потоку промивної рідини;

- Середнього значення швидкості потоку;

- Сумарну проходку;

- Швидкості погруження частин;

- Кількості промивної рідини;

- побудувати графіки залежностей у Mathcad.

Таблиця 40.1