Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

КУРСОВЕ ТА ДИПЛОМНЕ ПРОЕКТУВАННЯ БУРОВИХ РОБІТ

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.41 Mб
Скачать

Q р = kPл ,

(6.72)

де k— запас міцності. По правилам безпеки повинен бути не більш 3. Звичайно приймається k = 5.

По таблиці 77 вибираємо тип і діаметр канату. Для геологорозвідувального буріння рекомендується застосовувати канати з лінійним або точково-лінійним торканням (система позначки типів, конструкцій і марок канатів дана в додатку 6). При діаметрі роликів блоку або барабана лебідки (табл. 23.35) Dp>25d необхідно застосовувати канат конструкції 6х19, при діаметрі ролика Dp<25d — більш гнучкий канат 6х37. При багатошаровій навивці і більших навантаженнях (в основному на верстатах ЗИФ-1200МР та СКБ-7) рекомендується вибирати канат з металевим сердечником, щоб уникнути його зім'яття. В інших випадках здебільше канати з органічним сердечником.

Діаметр канату визначається шляхом відшукання канату з розривним зусиллям рівним або найближче більшим до розрахункового зусилля. При цьому треба врахувати, що краще використати канати з дроту підвищеної якості (маркирувальні групи 1764 МПа і більш).

В завершенні вибирається марка канату. Для геологорозвідувального буріння рекомендуються канати вантажні, першої марки, оцинковані, для середніх агресивних умов, правого хрестового звиття, що не розкручуються. Приводяться результати вибору.

6.7. Розрахунки, зв'язані з промиванням свердловини

Розрахунки, зв'язані з промиванням свердловини, зводяться до визначення подачі бурового насосу і очікуваних при цьому втрат напору. Отримані дані є підставою для вибору насосу, а якщо насос входить в комплект раніше вибраної буровий установки — для оцінки відповідності його технічних характеристик умовам буріння.

Визначення подачі насосу

Подача насосу, вибрана на основі тих або інших рекомендацій технічної літератури, повинна бути перевірена, виходячи з існуючих теоретичних представлень про винесення вибуреної породи на поверхню. Вважається, що знайдена розрахунком подача забезпечить повну очистку вибою свердловини за рахунок турбулизації потоку промивальної рідини в привибійній зоні.

Розрахунок проводиться для умов прямого промивання для максимального перетину свердловини.

Необхідні витрати промивальної рідини визначається по формулі

Q = kн

π

(kрDн2

dн2 )u , м3/с,

(6.73)

 

4

 

 

 

де Dн— номінальний діаметр свердловини, м; kр— коефіцієнт розробки (табл. 72);

dн— зовнішній діаметр бурильних труб, м;

u— швидкість висхідного потоку в кільцевому просторі свердловини, м/с; kн— коефіцієнт, який враховує нерівномірність швидкості руху потоку рідини.

Коефіцієнт kн залежить від наявності в геологічному розрізі порід різноманітних по буримості і стійкості, наявності каверн. В однорідних породах kн =1,05 —1,1; в неоднорідних

1,1—1,2; в кавернозних 1,2—1,3.

Коефіцієнти, що враховують розробку стінок свердловини і нерівномірність швидкості руху потоку рідини, зв'язані між собою. Чим більша розробка стінок, тим більший коефіцієнт, що враховує нерівномірність руху потоку рідини, бо розробка стінок відбувається нерівномірно і площа перетину свердловини по глибині значно коливається при одному і тому же діаметрі породоруйнувального інструменту. Це погіршує умови промивання.

Перевірочні розрахунки можуть виконуватися поінтервально і для кінцевої глибини свердловини. Звичайно вони виконуються для кінцевої глибини і відбивають найбільш важкі умови роботи бурового насосу. Але в будь-якому випадку необхідно правильно оцінити максимальну величину перетину потоку промивальної рідини, яка в великій мірі буде визначати подачу насосу.

51

Так для кінцевої глибини свердловини на перший погляд максимальний діаметр потоку буде визначатися внутрішнім діаметром останньої колони обсадних труб (якщо в конструкції немає закріплених ступенів). Коефіцієнт нерівномірності потоку для труб kн= 1.05. В те же час нижче башмака цієї колони незакріплена свердловина може мати значну розробку стінок і відповідний коефіцієнт розробки.

В підсумку в розрахунку повинні фігурувати відповідні величини нижчележачого інтервалу. Так, наприклад, діаметр свердловини при бурінні породоруйнувальним інструментом діаметром 76 мм буде рівним внутрішньому діаметру обсадних труб 79 мм, вже при коефіцієнті розробки 1,05. В тих же умовах, але при обсадній колоні діаметром 108 мм діаметр свердловини буде співпадати з внутрішнім діаметром труб при коефіцієнті розробки, рівним майже 1.3. В формулі (6.73) при підрахунку подачі для обсадних труб слід приймати Kр=1, Dн рівним внутрішньому діаметру обсадних труб, коефіцієнт нерівномірності — для нижчележачих порід. Потрібно мати на увазі, що коефіцієнт враховуючий нерівномірність перетину потоку, при інших рівних умовах росте швидше, ніж коефіцієнт, що враховує розробку стінок свердловини. В підсумку вибір коефіцієнтів буде визначатися конкретними умовами.

При промиванні водою і іншими малоглейкими розчинами швидкість u розраховують з умов зважування і винесення найбільш міцних часток вибуреної породи по кільцевому простору свердловини

 

u = υ +c ,

(6.74)

де

υ— критична швидкість висхідного потоку, при якої частки шламу знаходяться в зва-

 

женому стані, м/с;

 

 

 

с — бажана швидкість винесення часток, м/с;

 

υ = k ф

dэ(ρп −ρж)

(6.75)

 

,

 

 

ρж

 

kф — коефіцієнт форми часток;

dэ— еквівалентний діаметр частки, тому що діаметр кулі, еквівалентного частці по обсягу, м; ρп, ρж — густина відповідно породи і промивальної рідини в кольцовому просторі, кг/м3.

Величина кф складає: для кулі 5,11; для кулевидних часток кф=4,5...5,1; для округлих і компактних часток кф=3,5...4,5; для часток невірної подовженої форми кф=2,0...3,5. Вибір кф проводиться з урахуванням засобу буріння і перебурюємих пород. При бурінні шарошечними долотами в основному утворюються частки компактної форми; при бурінні лопатевими долотами — частки компактні і подовженої форми; при бурінні твердосплавними коронками по породам глинястого комплексу — невірної подовженої форми; в метаморфічних породах і породах піщаноглинястого комплексу — компактної форми, в піщаниках і слабкому цементі

— округлої і компактної форми; при алмазному бурінні утворяться частки, в основному, компактної форми.

Зразкові значення еквівалентного діаметру часток дані в табл.78, 79.

Швидкість винесення часток зумовлюється максимально допустимим збагачуванням бурового розчину вибуреною породою і визначається по формулі

 

(6.76)

 

C =

FО VМ (ρП −ρЖ)

,

 

 

 

 

ZF(ρжв −ρжн )

де

F0 — площа вибою свердловини з урахуванням розробки;

 

F— площа перетину потоку промивальної рідини з урахуванням розробки;

 

Vм— механічна швидкість буріння;

 

Z— коефіцієнт, що враховує гвинтоподібний рух часток внаслідок обертання буриль-

 

них труб, Z=1,1—1,3 (чим більше частота обертання бурильних труб, тим більше ко-

 

ефіцієнт);

 

ρвж , ρнж — відповідно густини рідини нисхідного і висхідного потоків.

 

Vм можна взяти середню з табл. 1, поділивши наведене значення на 3600 с.

 

Звичайно в технічній літературі величину С пропонується брати рівною від 0,1 до 0,3

від значення u або приймати різницю ρвж − ρнж від 10 до 30 кг/м3 в залежності від вигляду

52

промивальної рідини, що застосовується. Ці рекомендації не обгрунтовані ані теоретично, ані практично.

Доцільно різницю ρвж − ρнж обчислювати, виходячи з допустимої кількості шламу на

вибої, бо припинення циркуляції завжди супроводжується осадженням всієї вибуреної породи, присутньої в кільцевому просторі свердловини. Це може призвести до прихоплення бурового снаряду, якщо він знаходився в свердловині при припиненні промивання, або до додаткових витрат часу на доходження до вибою. Тому величину відстою вибуреної породи в свердловині обмежують з таким розрахунком, щоб осаджена порода, заповнивши зазор між стінками свердловини і колонковою трубою, не закрила перехідник з бурильних труб на колонкову. Так в випадку буріння свердловини коронкою діаметром 76 мм при довжині колонкової труби 5 м обсяг шламу, що заповнив зазор між стінками свердловини і колонкової трубою при коефіцієнті розробки 1,06, складе для свердловини, вільної від бурового снаряду, висоту відстою 1,1 м. На кожній дільниці робіт в залежності від геолого-технічних умов ця допустима величина буде своя.

Тоді густина рідини в висхідному потоці визначається з співвідношення

ρжв =

1

[V1ρП +(V V1)ρжн ],

(6.77)

V

 

 

 

де V — обсяг кільцевого простору свердловини між стінками свердловини і бурильними трубами,

V=FL,

(6.78)

L — глибина свердловини;

V1— обсяг вибуреної породи, знаходящейся в свердловині,

V1=F0h, (6.79) h — допустима висота відстою в свердловині.

При промиванні глинястим розчином або іншими промивальними рідинами, які мають статичне напруження зрушення, подібний розрахунок можна зробити, якщо є інформація про гранулярний склад шламу. В таких рідинах при припиненні циркуляції на вибої будуть осаджуватися тільки частки розміром

6k фθ

 

d кр = g(ρп −ρжв ),

(6.80)

де kф — коефіцієнт, що враховує конфігурацію шламу (см формулу (6.75);

θ— статичне напруження зрушення, Па;

Вцьому розрахунку ρж без істотної помилки можна приймати рівної щільності вхідної промивальної рідини.

Знаючи гранулярний склад шламу, можна визначити сумарний обсяг часток, що бу-

дуть осідати. Це і буде величиною V1.

За відсутності даних про гранулярний склад шламу витрати визначаються по вище наведеній методиці, а після цього зменшується на 20 — 40%. Чим більше статична напруження зрушення, тим на більшу величину зменшується видаток.

Визначення втрат напору при промиванні свердловини

В процесі буріння насос розвиває тиск, рівний сумі гідравлічних опорів в елементах циркуляційної системи свердловини. Раніше, ніж перейти до розрахунку тиску, що розвивається насосом, треба прийняти розрахункове значення витрат Q. Для цього значення витрат, отримане по наведеним вище розрахункам, треба порівняти з витратами, отриманим при розробці технології в главі 4, і прийняти більше значення. Крім того, потрібно врахувати спосіб регулювання подачі. Якщо подача регулюється коробкою передач, то для визначення втрат напору слід скорегувати прийняте значення подачі по характеристиці насосу, взявши найближче більше значення.

Загальний тиск (втрати напору) при циркуляції промивальної рідини з витратами Q визначається по формулі

p = ϕ(p1 + p2 + p3 + p4 + p5 + p6) ,

(6.81)

53

де ϕ — коефіцієнт, враховуючий необхідність запасу тиску на подолання важковраховуємих опорів ( за рахунок зашламування свердловини, утворення сальників, звуження стінок і ін. ). ϕ =1,05—1,2;

p1— тиск на подолання гідравлічних опорів при русі рідини в гладкій частині ведучої, бурильних і обважених труб, нагнічувальному шланзі;

p2— тиск на подолання гідравлічних опорів при русі рідини в з'єднаннях бурильної колони;

p3— тиск на подолання гідравлічних опорів в кільцевому просторі свердловини; p4— тиск на подолання гідравлічних сил, зумовлених різницею густини рідини в висхідному і нисхідному потоках;

p5— тиск на подолання гідравлічних опорів в колонковому снаряді або долоті;

p6— тиск необхідний для роботи забійного механізму (гідроударника, гвинтового двигуна, турбобура). Всі формули для розрахунку тиску дадуть результат в МПа.

Тиск р1 обчислюється по формулі

p

=10

6 λ

(l+ l

э

) ρн

V2

 

 

 

 

ж

1

(6.82)

 

 

 

 

1

 

1

d1

 

2

 

 

 

 

 

 

де λ1— коефіцієнт гідравлічних опорів в бурильних трубах; V1— середня швидкість руху рідини в бурильних трубах; d1— внутрішній діаметр бурильних труб;

l— довжина бурильних труб;

lэ— еквівалентна довжина бурильних труб, втрати тиску в яких прирівняні до втрат в ОБТ, ведучій трубі, нагнічувальному шланзі.

Тут

V

=

4Q

,

(6.83)

πd12

1

 

 

де Q — подача промивальної рідини в свердловині; d1 — внутрішній діаметр бурильних труб.

Величина коефіцієнта гідравлічних опорів λ1 залежить від вигляду промивальної рідини і режиму течії.

Для ламінарного режиму течії води і інших ньютоновських рідин.

λ1 =

64

,

(6.84)

Re

 

 

 

для ламінарного режиму течії глинястих розчинів і інших неньютоновських рідин.

 

 

 

λ1 =

 

64

 

 

,

 

 

 

(6.85)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re

 

 

 

 

для турбулентного течії води і інших ньютоновських рідин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

68

0.25

 

 

λ1

= 011.

k ш

 

+

 

 

,

(6.86)

 

 

 

 

 

 

 

D э

 

 

 

Re

 

 

рідин

Для турбулентного течії глинястого розчину і інших неньютоновських промивальних

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.87)

 

 

 

 

 

 

 

68

 

 

0.25

 

λ

1

= 011.

k ш

+

 

 

,

 

 

 

Re

 

 

 

D э

 

 

 

 

 

де

kш — коефіцієнт гідравлічної або еквівалентної шорсткості;

 

 

Dэ — еквівалентний діаметр каналу потоку (для бурильних труб Dэ=d1); для кільцево-

 

го простору Dэ — різниця діаметрів свердловини і зовнішнього діаметру бурильних

 

труб Dэ=Dc—dн;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re — параметр Рейнольдса;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re* — узагальнений параметр Рейнольдса.

 

 

 

 

 

 

Re = ρжD эV1 ,

 

 

(6.88)

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

де

µ — динамічна глейкість промивальної рідини, Па с.

 

54

Re =

ρжD эV1

,

(6.89)

 

 

η+

τ0D э

 

 

 

6V

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

де η — структурна глейкість, Па с; τ0— динамічне напруження зрушення, Па.

Коефіцієнт еквівалентної ( гідравлічної) шорсткості залежить від вигляду матеріалу труб і міри корозії (зношування). Нижче наведені його середні значення (в м) для різноманітних бурильних труб:

нові цільнотягнуті сталеві 0,035 10-3 сталеві з незначною корозією 0,035 10-3 старі сталеві 1,0 10-3 нові цільнотягнуті алюмінієві 0,025 10-3 старі алюмінієві 0,2 10-3

Еквівалентна довжина бурильних труб

5

 

lУБТ

 

lВ

 

lш

 

 

lэ = d1

(

 

+

 

+

 

+...)

(6.90)

5

5

5

 

 

dУБТ

 

dВ

 

dш

 

 

де lубт , lв, lш — довжини відповідно ОБТ, ведучої труби, нагнічувального шлангу;

dубт, dв, dш — внутрішні діаметри відповідно ОБТ, ведучої труби, нагнічувального

шлангу.

Загальний порядок розрахунку p1 зводиться до наступного.

1. По формулі (6.83) визначається швидкість течії промивальної рідини в бурильних

трубах.

2. Обчислюється параметр Рейнольдса (6.88). Тут необхідно знати реологічні параметри промивальних рідини. Для води можна приймати µ рівною 0,001 Па с, для силікатногумінового — 0,001 — 0,002 (в залежності від змісту рідкого скла: чим більше зміст рідкого скла, тим більше µ). Для глинястих розчинів і інших промивальних рідин реологічні параметри коливаються в більших межах. Якщо реологічні параметри промивальної рідини, яка застосовується, невідомі, можна скористуватися даними табл. 19.

3. В залежності від величини параметру Рейнольдса визначається режим течії. При використанні води і інших ньютоновських рідин величина критичного числа Рейнольдса приймається 2300. Тоді при обчисленому значенні Re<2300 режим течії буде ламінарним і при обчисленні λ1 слід користуватися формулою (6.84): якщо Re>2300 — режим течії турбулентний і при обчисленні λ1 слід користуватися формулою (6.86). При використанні глинястого розчину і інших неньютоновських рідин критичне значення параметру Рейнольдса приводиться в вигляді діапазону Re*=2500—4000 і конкретна величина параметру повинна знаходиться в цих межах. Можна рекомендувати в якості критичного значення Reкр* середнє з цих величин — 3250. Тоді, якщо розраховане значення узагальненого параметру Рейнольдса буде менш цієї величини, режим течії ламінарний, і обчислення λ1 слід виконувати по формулі (6.85), якщо же розраховане Re* більше 3250, режим течії буде турбулентний та обчислення λ1 слід виконувати по формулі (6.87).

4.Після цього обчислюється lэкв. Якщо значення внутрішніх діаметрів ведучої труби і шланга невідомі, їх можна прийняти рівними 0,038 м. Відомості про ОБТ дані в табл. 31.

5.Після цього розраховується Р1.

 

Тиск Р2 визначається по формулі

ρжv12

 

 

 

p2 =106 ξn

,

(6.91)

 

 

2

 

 

де

ξ— безрозмірний коефіцієнт місцевого опору;

 

 

n — число з'єднань.

 

 

 

 

Величина ξ знаходиться по формулі Б.С.Філатова

 

 

 

d

2

2

,

 

 

ξ = а (

1 )

 

1

(6.92)

 

 

d2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де

а — дослідний коефіцієнт, для труб муфтово-замкового з'єднання а=2, для труб ніпе-

 

льного з'єднання а=1,5;

 

 

 

 

 

55

d2— діаметр найменшого прохідного каналу в з'єднанні, м. Кількість з'єднань n обчислюється по формулі

 

 

n =

 

L

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lбт

 

 

 

 

 

де

L— довжина колони бурильних труб (глибина свердловини);

 

lбт— середня довжина бурильної труби.

 

 

 

 

Тиск Р3 є сумою втрат напору в кожному інтервалі діаметру свердловини

 

p3 = p1'

+ p2' + p3' +...+p'n ,

 

Втрати напору в кожному інтервалі обчислюються по формулі

 

'

6

 

 

ρ

ж

V2 l

i

 

 

 

 

i

 

pi =10

 

λi

 

,

 

 

2(Dci dн )

де

λі — коефіцієнт гідравлічних опорів в інтервалі;

Vі— середня швидкість висхідного потоку в інтервалі; lі— довжина інтервалу;

D— діаметр свердловини в даному інтервалі з урахуванням розробки; dн— зовнішній діаметр бурильних труб.

Тут

(6.93)

(6.94)

(6.95)

V3i =

4Q

 

π(Dci2 d 2н ),

(6.96)

Порядок обчислення pі аналогічний наведеному вище для визначення втрат насосу в гладкій частині бурильних труб. Тільки при використанні глинястих розчинів і інших неньютоновських промивальних рідини критичне значення узагальненого параметру Рейнольдса складає 1600.

При невеликих діаметрах свердловин (76 мм і менш) і використанні бурильних труб з муфтово-замковим з'єднанням кільцевий простір періодично звужується, що створює місцеві опори, аналогічні опорам від з'єднання бурильних труб. В цих випадках втрати напору в кожному інтервалі свердловини визначаються по формулі

 

'

 

2

li

 

λi

 

 

 

ξ

'

 

 

 

 

 

6

ρжVi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi =10

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

,

(6.97)

 

2

 

 

Dci dн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lбт

 

 

де

ξ‘— коефіцієнт місцевих опорів в кільцевому просторі свердловини

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

ξ' = 6

Dci d н

 

1

,

 

 

 

 

(6.98)

 

 

2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

D ci D3

 

 

 

 

 

 

 

де

Dз — зовнішній діаметр замкового з'єднання.

 

 

 

 

 

 

 

Необхідно відзначити, що вже при діаметрі породоруйнувального інструменту 76 мм,

бурильних трубах діаметром 50 мм з муфтово-замковим з'єднанням і подачі води в свердловину 60 л/хвил. води втрати напору в кільцевому просторі, обчислені по формулі (6.98) вище обчислених по формулі (6.95) на 62%. Тому користуватися формулою (6.98) в відповідних

умовах обов'язково.

 

Тиск p4 обчислюється по формулі

 

p4 =106 gL(ρжв −ρжн ),

(6.99)

Втрати напору в колонковому наборі або долоті p5 зумовлені конструкцією набору і типом гірничих порід (цілістю керна). В принципі, використовуючи наведені вище формули, ці втрати можна полічити як суму втрат напору в окремих елементах колонкового набору. Можна вважати, що сума не перевищить 0,5 МПа в найважчих умовах. В долотах, якщо вони не оснащені гідромоніторними насадками, втрати напору можна приймати 0,01—0,05 МПа, для оснащених насадками втрати приводяться в технічній характеристиці долота.

Перепад тиску в вибійних механізмах (гідроударнику, турбобурі) — p6 приймається в відповідності з технічною характеристикою механізму.

Отриманий розрахунком тиск порівнюється з технічною характеристикою бурового насосу, вибраного раніше в главі 3, і робиться висновок про можливість його використання.

56

Необхідно обчислити витрати потужності N на приведення насосу при промиванні свердловини (в кВт). Для подачі, регульованої з допомогою коробки передач насосу

N =103

Qp

,

(6.100)

η

 

 

 

де Q — подача насосу по його характеристиці, м3/с; p — тиск нагнічування при подачі Q, МПа;

η — КПД насосу, η=0,75...0,85.

При регулюванні витрат промивальної рідини шляхом скидання частини її в зливну лінію, споживаєма двигуном потужність, визначається по формулі (6.100) з підставленням в неї значення повної подачі насосу.

6.8. Застосування персональних комп'ютерів

Підготовка і рішення задачі на персональному комп'ютері включає в себе наступні основні етапи:

1.Постановка задачі, розробка математичної моделі.

2.Вибір засобу чисельного рішення.

3.Розробка алгоритму рішення задачі, структури даних. Вибір мови програмування.

4.Складання програми.

5.Введення програми в персональний комп'ютер.

6.Відладка і іспит програми.

7.Рішення задачі, обробка і оформлення отриманих результатів.

Нижче розглянемо докладний зміст кожного етапу.

Етап постановки задачі і розробки математичної моделі.

На основі словесного формулювання задачі розробляється розрахункова схема, вибираються параметри, що підлягають визначенню, записуються обмеження і зв'язки між параметрами. В результаті цих дій інженерна задача набуває вигляду формалізованої математичної задачі.

При виконанні етапу необхідно вказати всі параметри, якими пропонується оперувати при написанні алгебраїчних або диференціальних рівнянь, дати їм позначки і вимірність в міжнародній системі одиниць.

Вибираючи параметри, бажано уникнути крайності не вгрузнути в подробицях, але і не занадто загрубити явище.

Розробка розрахункової схеми обов'язкова в тому випадку, якщо задача має відношення до проектування деталей, вузлів конкретних технічних засобів. Вимоги при цьому аналогічні тим, що подаються до розрахункових схем при рішенні статичних або динамічних задач в курсах теоретичної механіки, опору матеріалів, деталей машин і механізмів.

При укладанні математичної моделі для оптимізаційних задач або задач економічноорганизаційного характеру (задачі про розстановку технологічного обладнання, оптимальне використання ресурсів, планування робіт і ін.) використовується спосіб лінійного програмування. При цьому немає необхідності в розробці схеми.

Далі вибираються обмеження — чисельні значення параметрів, що в задачі фіксовані. Говорячи про обмеження, має сенс поділити їх на дві групи — фізичні і критеріальні.

Фізичні обмеження визначають умови існування системи, звичайно не залежні друг від друга. Їх не можна порушувати. Наприклад, якщо на складі не буде тієї кількості матеріалів, що визначається нормами витрат, то робота на об'єкті стає неможливою.

Критеріальні обмеження визначаються вимогами до конструкції, проекту. Наприклад, при проектуванні конкретного вузла або деталі бурового механізму вимагається забезпечити задані міцностні характеристики і габарити, які по будь-якій причині виявляються неможливими. Тому необхідно визначити, що важніше і надійтися однім з обмежень, якщо відступ від нього не суперечить ані фізиці процесу, ані фізичним законам. Таким чином, критеріальні обмеження не дуже жорсткі. Вони знаходяться в розпорядженні суб'єкту і в принципі можуть бути змінені.

57

Після цього здійснюється формалізація задачі. Формалізація — це висновок шляхом проміжних математичних викладень кінцевих рівнянь або нерівностей, що відбивають суть процесу, яке вивчається. В результаті ми одержуємо саму математичну модель.

Нерідко модель може виявитися складної і для її спрощення можна використати наступні рекомендації: перетворити деякі змінні величини в константи; виключити ряд змінних або об'єднати їх; припустити лінійну залежність між величинами. Зрозуміло всі ці допущення прийнятні, якщо вони не будуть істотно викривляти картину явища, яке вивчається.

Можливо задача, що формується, буде мати не одне, а декілька рішень. Щоб порівняти між собою по ефективності можливі рішення, потрібно мати якийсь кількісний критерій, так званий показник ефективності. В оптимізаційних задачах цей показник називається цільовою функцією. Вибираючи рішення, ми віддаємо перевагу такому, яке звертає показник ефективності в максимум. Наприклад, економічний ефект від впровадження розробленого студентом пристрою хотілося б звернути в максимум, якщо же показник ефективності — витрати, їх бажано звернути в мінімум.

Інколи деякі з вибраних параметрів математичної моделі можуть носити випадковий (вірогідностний) характер. Наприклад, відмови в роботі проектованого пристрою. В таких випадках, звичайно, в якості показника ефективності береться не конкретна величина, яку хотілося б максимізувати (мінімізувати), а її середнє значення (математичне очікування).

Етап вибору засобу чисельного рішення

Цей етап є необов'язковим і присутній лише в тому випадку, якщо виникає необхідність в чисельному рішенні отриманих диференціальних або нелінійних рівнянь із-за їх невирішуємості в інтегральній формі або складнощі.

При виборі засобу чисельного рішення треба враховувати вимоги, подані постановкою задачі і можливостями комп'ютера: точність рішення, швидкість отримання результату, складність і трудоємність складання програми. Перевага слід віддавати найбільш простим для програмної реалізації засобам (при рішенні диференціальних рівнянь це засоби Ейлера і Рунге-Кутта), або засобам, для яких тексти програм є в навчальній і довідковій літературі. Крім того, ряд задач може бути вирішений за допомогою стандартних бібліотек підпрограм, а так же з використанням наявного на кафедрі ТТГР пакету "Курс", в якому об'єднані програми рішення лінійних і нелінійних рівнянь, їх систем, а також диференційних рівнянь.

Етап розробки алгоритму рішення задачі і структури даних. Вибір мови програмування

На цьому етапі, в відповідності з поставленою задачею і засобам її рішення, описується послідовність дій при її виконанні на персональному комп'ютері.

При розробці алгоритму студентам не слід прагнути до отримання програм, найкращих по швидкодії, що вимагають мінімальний обсяг оперативної пам'яті, бо відладжування складних алгоритмів може зайняти занадто багато часу. А оскільки виконання завдання жорстко лімітовано термінами, то важливо отримати дієздатну програму якомога раніше, інколи жертвуючи при цьому вишуканістю, компактністю і швидкодією алгоритму.

Розробка алгоритму завершується поданням його в вигляді графічної схеми, що дозволяє переконатися в правильності логіки порядку розробляємого обчислювального процесу. Графічне зображення структури алгоритму (блок-схема) виконується по ГОСТ 19.002-85. ЕСКБ. "Схеми алгоритмів і програм. Позначки умовні графічні і правила виконання."

При виконанні цього етапу студентам рекомендується ознайомитися зі спеціальною літературою [8,18].

В процесі складання алгоритму студенту необхідно визначитися з мовою програмування, остаточний вибір якого затверджується керівником.

При написанні найбільш простих програм, не що вимагають зручного інтерфейсу, це переважніше BASIC. На IBM — сумісних комп'ютерах можливо використання версій QBASIC і TurboBASIC.

Для створення більш складних програм, що вимагають великої швидкодії і складного інтерфейсу рекомендується мову TurboPASCAL (версія 7.0 для IBM-286 і вище і версії 5.5, 6.0 для EC-1840, ЕС-1841).

При рішенні задач, зв'язаних з використанням баз даних, рекомендується застосовувати мову Clіpper (версії 5.01 або 5.2 для IBM-286 і вище і версії “Summer 87” для ЕС-1840,

58

ЕС-1841). В цьому випадку особливо важливим питанням є організація структури даних, яка повинна бути в обов'язковому порядку погоджена з керівником, бо від її правильності в більшості випадків залежить успіх виконання задачі.

Етап укладання програми

При укладанні програми дуже тяжко уникнути помилок. Тому рекомендується дотримувати деяких правил, що дозволяють швидко виявити і встановити помилки:

—ідентіфікатори змінних повинні нести смислове навантаження;

—для полегшення читаємості програми рекомендується робити пробіли між окремими словами і виразами;

—одному рядку в програмі повинен відповідати один оператор;

—структурні частини програми слід постачати коментарями;

—слід прагнути до наочності операції введення даних, що дозволить контролювати правильність вводимих величин при роботі програми.

Після укладання тексту програми, він разом з алгоритмом повинен бути затверджений керівником.

Етап введення програми в персональний комп'ютер

При роботі на персональних комп'ютерах різноманітних типів введення програми в пам'ять має свої особливості.

Набір програми здійснюється з клавіатури. Для переміщення в вікні редагування використовуються клавіші переміщення курсору, а для виправлення вводимих рядків — клавіші

“BACKSPACE”, “INSERT”, “DELETE” (для ЕС-1841, ЕС-1840 це “←“, “Вст”, “Удл”) і спеціальні команди редактора, перелік яких наведений нижче.

Після набору програми її текст обов'язково повинен зберігатися на магнітному диску під унікальним ім'ям, для чого використовуються пункт основного меню “Fіle” і пункт субменю

“Save”.

При програмуванні на мові Clіpper програма набирається в будь-якому з наявних текстових редакторів, (Norton Edіtor, Edіt, WD, MultіEdіt). В цих системах (за винятком WD) команди редактора відрізняються від наведених нижче, але користувач може ознайомитися з ним безпосередньо в процесі роботи, викликавши допомога натиском клавіші “F1”.

Перелік основних команд редактора систем TurboBASIC, TurboPASCAL, WD.

1.Праворуч на слово УПР+→ або Ctrl+→

2.Ліворуч на слово УПР+← або Ctrl+←

3.В почало рядки або Home

4.В кінець рядка КОН або End

5.Вверх на сторінку або PgUp

6.Вниз на сторінку або PgDn

7.Почало файлу УПР або Ctrl+PgUp

8.Кінець файлу УПР або Ctrl+PgDn

9.Вставити рядок УПР + N або Ctrl + N

10.Усунути рядок УПР + Y або Ctrl + Y

11.Відновити усунені символи УПР + U або Ctrl + U

12.Позначити блок: почало УПР + KB або Ctrl + KB кінець УПР + KK або Ctrl + KK

13.Копіювати блок УПР + KC або Ctrl + KC

14.Перенести блок УПР + KV або Ctrl + KV

15.Усунути блок УПР + KY або Ctrl + KY

16.Зробити блок невидимим УПР + KH або Ctrl + KH

17.Запис програми на диск F2

Етап відладжування і іспит програми

Цей етап є найбільш трудомістким, на ньому виявляються всі наявні помилки і усуваються їхні причини.

Враховуючи різноманітність джерел помилок, останні ділять на два типу: синтаксичні - помилки в запису конструкцій мови програмування і семантичні — зв'язані з невірним змістом дій і використанням неприпустимих значень величин.

В план відладжування звичайно входять наступні етапи:

59

1.Порівняння програми зі схемою алгоритму.

2.Візуальний контроль тексту програми на дісплею або по лістінгу.

3.Інтерпретація або трансляція програми на машинну мову.

4.Виконання програми.

5.Тестування програми.

Перші два етапи відладжування здатні усунути велику кількість помилок, як синтаксичних (що не так важливо), так і семантичних (що дозволяє виключити їхній трудомісткий пошук в процесі подальшої відладжування). На третьому етапі виявляються синтаксичні помилки.

При роботі в середовищах QBASIC, TurboBASIC, TurboPASCAL компіляція програми проводиться при виконанні пункту меню Compіle. В випадку відкриття помилки транслятор вертає курсор в вікні редагування на її місце в тексті програми, а в другому рядку дісплею висвітлює стисле повідомлення про характер помилки. Для отримання більш повної інформації про помилку необхідно натиснути клавішу F1. Після внесення виправлень в текст програми компіляція повторюється.

Ввипадку успішного завершення компіляції на екран видається повідомлення типу “Succes: Press any key!", що свідчить про відсутність в тексті програми синтаксичних помилок.

При програмуванні на мові Clіpper компіляція здійснюється після виходу з текстового редактора і запуску файлу make. bat (він запускається автоматичні з програми Norton Commander натиском клавіші ENTER при положенні курсору на файлі тексту програми — для цього файл NC.EXT повинен мати рядок prg: make.bat !.!).

При викритті невірного оператора на екран видається повідомлення про характер помилки і номер помилкового рядка. Слід мати зважаючи на, що при структурних помилках, наприклад, відсутності або наявності зайвого оператора закриття циклу, (ENDDO, NEXT), або операторів ENDIF і ENDCASE, компілятор може видати повідомлення про декілька помилок в тексті програми, вказуючи в якості помилкових рядків всі заголовки циклів, оператори IF і CASE, в той час як в програмі може бути тільки одна помилка. Для усунення таких помилок необхідно перевірити структуру програми.

По закінченню компіляції, якщо в тексті програми немає синтаксичних помилок, то створюється файл виконуємої програми з розширенням exe. В противному випадку відбувається повернення в Norton Commander і тоді можна внести виправлення в текст програми, після чого повторити компіляцію.

На четвертому етапі переходять до виконання програми:

—при програмуванні на мові Clіpper — шляхом запуску файлу ,що виконується;

—в інших випадках — при виборі пункту меню “RUN”. В Усіх випадках появи помилки

впроцесі роботи веде до переривання виконання програми і видавання діагностичного повідомлення. В випадку виникнення ускладнень в виявленні помилки має сенс перейти до виконання відладочних дій.

При роботі на IBM-сумісних комп'ютерах для відладжування програм є надто широкі можливості

—трасировка;

—виконання до курсору;

—установка крапок зупинки;

—перегляд значень змінних;

—комбінація вище наведених функцій.

Вусіх системах, за винятком Clіpper, відладжувальні дії можна проводити, ввійшовши в пункт основного меню DEBUG, або використовуючи функціональні клавіші в відповідності з вказівками, наведеними в статус-рядку систем.

Для відладжування програм на мові Clіpper використовується спеціальна утиліта Cld.exe, що надає програмісту зазначені вище можливості.

Відсутність повідомлень про помилки при виконанні не означає їх фактичну відсутність. Тому відладження необхідно завершити тестуванням програми, при якому виконується контрольні приклади спеціально вибрані задачі, результати яких заздалегідь відомі або легко можуть бути підраховані. Якщо приклади вирішуються правильно, то іспити припиняються, в противному же випадку проводять додаткову відладження з використанням даних контрольних задач і переглядом проміжних результатів.

60