Содержание
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Введение
В настоящее время, в связи с компьютеризацией общества, существует необходимость в программной реализации расчетов, позволяющих в достаточной мере автоматизировать процесс выполнения работы и создание отчетности.
Автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций.
Автоматизация позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, оптимизировать процессы управления, отстранить человека от производств, опасных для здоровья. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи. В состав систем автоматизации входят датчики (сенсоры), устройства ввода, управляющие устройства (контроллеры), исполнительные устройства, устройства вывода, компьютеры. Применяемые методы вычислений иногда копируют нервные и мыслительные функции человека. Весь этот комплекс средств обычно называют системами.
Основная тенденция развития систем автоматизации идет в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль человека заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма (метода решения) и анализе полученных результатов. Также в подобных системах предусматривается постепенно наращиваемая защита от нестандартных событий (аварий) или способы их обхода. Однако присутствие в решаемых задачах эвристических или сложно программируемых процедур объясняет широкое распространение автоматизированных систем. Здесь человек участвует в процессе решения, например, управляя им, вводя промежуточные данные. В таких случаях принципиально экономят на защите от редких и сложных нестандартных событий, отводя её роль человеку. На степень автоматизации влияют вероятность и разнообразность нестандартных событий (аварий), продолжительность времени, отведенного на решение задачи, и её вид — типовая или нет. Так, при срочном поиске решения нестандартной задачи следует полагаться только на самого себя.
Автоматизация процесса расчета позволяет улучшить качество работы и увеличить работоспособность человека.
Целью данного дипломного проекта является разработка электронного учебного пособия для студентов нефтяных специальностей.
Исходя из вышеизложенного, при написании дипломного проекта необходимо выполнить следующее:
Разработать электронное пособие содержащее учебный материал, расчеты, контроль знаний, видеоролики.
Протестировать разработанное пособие;
Оформить техническую документацию на разработанное приложение.
Актуальность данного диплома заключается в том, что в ГАОУ СПО «Альметьевский политехнический техникум» обучаются студенты по специальности «Бурение нефтяных и газовых скважин». Они пишут курсовую работу по расчету строительства наклонно-направленных скважин. Данная программа позволит сократить время произведения расчета и количество ошибок до минимума.
Назначение и область применения
Данное пособие было разработано для студентов нефтяных специальностей и предназначено для произведения расчетов по бурению скважин в конкретных геологических условиях. Пособие обеспечивает визуализацию, навигацию по разделам.
Пособие, помимо учебного материала, видеороликов и системы тестирования имеет возможность выполнения следующих расчетов:
расчет Профилей наклонно-направленных скважин;
расчет цементирования эксплуатационной колоны;
расчет выбора типоразмеров долот и нагрузки на них;
расчет утяжеленных бурильных труб;
выбор бурильной колонны;
выбор бурильной установки, типа оснастки и талевого каната.
Электронное учебное пособие включает в себя следующие обязательные компоненты (блоки):
средства изучения теоретических основ дисциплины (информационная составляющая);
средства поддержки практических занятий;
лабораторный практикум,
средства контроля знаний при изучении дисциплины;
средства взаимодействия между преподавателем и обучаемыми в процессе изучения дисциплины;
методические рекомендации по изучению, как всей дисциплины, так и отдельных объектов в ее составе;
Вышеуказанные компоненты взаимосвязаны между собой следующим образом: пособие разбито на разделы, содержащие подразделы; каждый подраздел содержит теоретические сведения и блок самоконтроля; Структура пособия определяется тем, что в основном электронные учебники используются для организации самостоятельной работы обучающихся и должны четко определять, какие именно разделы и в какой последовательности должны быть изучены, а также взаимосвязаны между собой. Подготовленный к электронному изданию в виде электронного учебника предметный материал должен отвечать следующим требованиям:
четкая структуризация предметного материала (по разделам, темам, параграфам) и определенный порядок изучения его компонентов;
сложность и глубина структуризации предметного материала;
наличие рекомендаций по изучению дисциплины;
компактность представленного информационного материала;
краткость и ясность в изложении основных моментов;
наличие внутренних (например, словарь терминов) и внешних (например, на какую-либо используемую программу) ссылок между элементами учебного материала;
графическое оформление и наличие иллюстративного материала (поясняющие схемы, рисунки, видео- и аудиовставки и др.);
включение промежуточного и текущего контроля знаний и т.д.
2 Постановка задачи
2.1 Информационная модель задачи
В дипломном проекте была поставлена задача разработки учебного пособия для написания курсовых и дипломных работ для студентов нефтяных специальностей. Требования к пособию:
- языки веб программирование;
- наличие теоретического материала;
- наличие расчетной части;
- встроенные обучающие демо-ролики;
- система тестирования.
Одним из важных является расчет профиля скважины. Для определения проекции каждого участка профиля на вертикальную и горизонтальную оси необходимо знать радиус кривизны участка профиля, значение зенитных углов по его концам. Длину и угол наклона тангенциального участка, если он имеется.
Подготовка исходных данных. В расчетные формулы входят радиусы кривизны участков набора и спада зенитного угла. На этих участках даны интенсивности изменения зенитного угла.
Зенитный угол определяется по формуле:
(2.1)
определяем
:
определяем
:
Определяем
:
Расчет длины участков профиля и их проекции.
Участок кривизны:
длина
горизонтальная проекция
вертикальная проекция
Участок кривизны:
длина
горизонтальная проекция
вертикальная проекция
Удлинение ствола:
Следующие расчеты производятся аналогичным способом и имеют аналогичную информационную модель задачи.
В информационной модели задачи, данные представлены в виде шести производимых расчетов и строки функционального меню. Каждый расчет расположен на отдельной форме. Функциональное меню располагается в левой части окна программы.
Все произведенные замеры необходимы для расчета строительства наклонно-направленной скважины.
2.2 Организация и описание входных и выходных данных
Перед началом работы необходимо определить входные и выходные данные, необходимые для решения поставленной задачи. Входными данными для расчета строительства наклонно-направленной скважины будет являться числовая информация, вводимая вручную. Выходными данными являются результата расчета, полученные в результате анализа входных данных.
Таблица 2.1 - Данные для расчета профиля скважины
Обозначение |
Наименование |
Единица измерения |
Тип данных |
Вид данных |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
lc |
Длина (по стволу) участка стабилизации зенитного угла |
М |
Real |
Входная |
Н |
Глубина скважины по вертикали |
М |
Real |
Входная |
А |
Смещение забоя от вертикали |
М |
Real |
Входная |
h1 |
Глубина вертикального участка |
М |
Real |
Входная |
R1 |
Радиус кривизны участка набора зенитного угла при бурении с отклонителем |
М |
Real |
Входная |
R2 |
Радиус кривизны участка безоринтированного добора зенитного угла |
М |
Real |
Входная |
R3 |
Радиус кривизны участка регулируемого снижения зенитного угла |
М |
Real |
Входная |
a1 |
Угол в конце бурения с отклонителем |
◦ |
Real |
Входная |
a2 |
конец участка безориентированного добора зенитного угла |
◦ |
Real |
Выходная |
a3 |
Угол входа |
◦ |
Real |
Выходная |
l2 |
Длина |
М |
Real |
Выходная |
A |
Горизонтальная проекция |
М |
Real |
Выходная |
H |
Вертикальная проекция |
М |
Real |
Выходная |
h2 |
Вертикальная проекция |
М |
Real |
Выходная |
l3 |
Длина |
М |
Real |
Выходная |
а1 |
Горизонтальная проекция |
М |
Real |
Выходная |
h3 |
Вертикальная проекция |
М |
Real |
Выходная |
L |
Длина ствола |
М |
Real |
Выходная |
A |
Горизонтальная проекция ствола |
М |
Real |
Выходная |
Таблица 2.2 - Данные для расчета цементирования эксплуатационной колоны
Обозначение |
Наименование |
Единица измерения |
Тип данных |
Вид данных |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
L |
Проектная глубина скважины по инструменту |
М |
Real |
Входная |
d |
Диаметр эксплуатационной колонны |
М |
Real |
Входная |
Hц |
Висота подъема цементного раствора за ЭК |
М |
Real |
Входная |
rц.р |
Плотность цементного раствора |
Г/см3 |
Real |
Входная |
rб.р |
Плотность бурового раствора |
Г/см3 |
Real |
Входная |
hц |
Плотность жидкости в колонне |
М |
Real |
Входная |
D |
Диаметр долота |
Мм |
Real |
Входная |
dпк |
Диаметр промежточной колонны |
Мм |
Real |
Входная |
Hпк |
Глубина спуска предыдущей (промежуточной) колонны |
М |
Real |
Входная |
kу |
Коэффициент уширения ствола скважины |
|
Real |
Входная |
Vбж |
Объем буферной жидкости |
М3 |
Real |
Выходная |
h |
Высота столба |
М |
Real |
Выходная |
Vпр |
Объем подавочной жидкости |
М3 |
Real |
Выходная |
Vв |
Объем воды |
М3 |
Real |
Выходная |
Pk |
Давление в конце цементирования |
Мпа |
Real |
Выходная |
P |
Давление гидравлических сопротивлений |
Мпа |
Real |
Выходная |
tц |
Продолжительность цементирования обсадной колоны |
|
Real |
Выходная |
Таблица 2.3 - Данные для расчета выбора типоразмеров долот и нагрузки на них:
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
H |
Проектная глубина скважины |
М |
Real |
Входная |
D |
Диаметр долота |
Мм |
Real |
Входная |
Pшт |
Твердость породы по штампу |
Н/мм2 |
Real |
Входная |
Fk |
Площадь контакта зубьев шарошек долота |
Мм2 |
Real |
Выходная |
n |
Коэффициент перекрытия зубьями шарошек забя |
|
Real |
Выходная |
б |
Притупление зубьев |
|
Real |
Выходная |
Pдоп |
Эффективная осевая нагрузка на долото |
|
Real |
Выходная |
Таблица 2.4 – Расчет УБТ:
Обозначение |
Наименование |
Единиц измерения |
Тип данных |
Вид данных |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
D |
Диаметр долота |
См |
Real |
Входная |
Рб.р |
Вес 1м УБТ |
Кг/м3 |
Real |
Входная |
Pдол |
Нагрузка на долото |
|
Real |
Входная |
dвн |
Внутренний диаметр УБТ |
См |
Real |
Входная |
Q |
Подача насоса |
М3/мин |
Real |
Входная |
|
Способ бурения |
|
Real |
Входная |
dутб |
Диаметр УБТ |
См |
Real |
Выходная |
L |
Длина УБТ |
М |
Real |
Выходная |
Pкр |
Осевая критическая нагрузка |
|
Real |
Выходная |
E |
Модуль упругости стали |
См2 |
Real |
Выходная |
F0 |
Суммарная площадь отверстий долота |
См2 |
Real |
Выходная |
Q |
Искривление ствола скважены |
|
Real |
Выходная |
a |
Расстояния между опорами |
|
Real |
Выходная |
Таблица 2.5 - Выбор бурильной колонны:
-
Обозначение
Наименование
Единиц измерения
Тип данных
Вид данных
1
2
3
4
5
H
Проектная глубина скважины по инструменту
М
Real
Входная
D
Диаметр долота
Мм
Real
Входная
б.р.
Плотность бурового раствора
Кг/м3
Real
Входная
Lбт
Длина труб
М
Real
Выходная
Lдоп
Допускаемая глубина спуска колоны
М
Real
Выходная
Qр
Допускаемая нагрузка
МН
Real
Выходная
G
Вес забойного двигателя
Кг
Real
Выходная
Продолжение таблицы 2.5
-
1
2
3
4
5
L2
Длина второй секции
М
Real
Выходная
Lдоп
Общая длина колоны
М
Real
Выходная
L3
3-я секция
Real
Выходная
Pn
Перепад давления
МПа
Real
Выходная
Таблица 2.6 - Данные для выбора класса буровой установки:
Обозначение |
Наименование |
Единиц измерения |
Тип данных |
Вид данных |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Толщина стенки |
Мм |
Real |
Входная |
|
Толщина стенки |
Мм |
Real |
Входная |
|
Толщина стенки |
Мм |
Real |
Входная |
|
Толщина стенки |
Мм |
Real |
Входная |
|
Толщина стенки |
Мм |
Real |
Входная |
б.р. |
Плотность бурового раствора |
Кг/м3 |
Real |
Входная |
Qт.с. |
Вес талевой системы |
Кг |
Real |
Входная |
Qэк |
Вес эксплуатационной колонны |
Кг |
Real |
Входная |
|
Конструкция скважины |
|
Real |
Входная |
|
Направление |
|
Real |
Входная |
|
Кондуктор |
|
Real |
Входная |
|
Техническая колонна |
|
Real |
Входная |
|
Эксплуатационная колонна |
|
Real |
Входная |
|
Бурильный инструмент |
|
Real |
Входная |
Qн |
Вес колонны |
Кг |
Real |
Выходная |
Qраб |
Рабочая нагрузка |
|
Real |
Выходная |
Qmax |
Максимальная нагрузка |
|
Real |
Выходная |
nрасч |
Число рабочих струн |
шт |
Real |
Выходная |
Pфак.ч.к |
Натяжение ходового конца каната |
|
Real |
Выходная |
Рразв.факт |
Разрывное значение каната |
|
Real |
Выходная |
3 Алгоритм решения задачи и его описание
Нет
Да
Рисунок 3.1 Алгоритм решения задачи
4 Состав программных средств
Для написания дипломного проекта было использовано следующее программное обеспечение.
HTML (HyperText Markup Language) – это язык разметки гипертекста. Он предоставляет браузеру необходимые инструкции, позволяющие отображать тексты и другие элементы web – страниц на мониторе. Язык разметки не является языком программирования. Различные браузеры и даже различные версии браузеров могут отображать HTML код по – разному.
Изначально, язык HTML разрабатывался для обмена научной и технической документацией, подходящий для использования людьми, которые не являются специалистами в области вёрстки, красиво оформить документ. Язык появился на свет приблизительно в 1986 – 1991 годах в Женеве в Европейском Центре Ядерных исследования, и был разработан Тимом Бернерсом – Ли. HTML является приложением SGML (англ. Standard Generalized Markup Language — стандартный обобщённый язык разметки). SGML был разработан в 1969 году, и широко использовался в издательской сфере и для создания машинно-читаемых документов. Но он был очень сложным, что затрудняло его распространение для повседневного использования. HTML же успешно справился со сложностью путём определения небольшого набора структурных и семантических элементов, называемых дескрипторами или тегами.
При помощи HTML легко создаются сравнительно простые и при этом красиво оформленные документы. Кроме упрощения структуры документа, HTML также поддерживает гипертекст.
Язык HTML был создан для форматирования и структурирования документов без привязки к средствам отображения. В идеале, разметка HTML должна воспроизводиться на разнообразных устройствах с различной технической оснащенностью, без стилистических и структурных искажений, будь то монитор современного компьютера, монохромный экран, небольшой дисплей мобильного телефона или даже программа голосового воспроизведения текстов. Однако, использование современного HTML далеко ушло от первоначальной задумки. Со временем основная идея языка – платформонезависимость, была заменена на потребности в мультимедийном и графическом оформлении. Сегодня HTML преимущественно используется для верстки web – сайтов.
CSS (Cascading Style Sheets — каскадные таблицы стилей) — формальный язык описания внешнего вида документа, состоящий из набора параметров форматирования, которые применяются к элементам документа написанного с использованием языка разметки.
CSS используется как средство оформления внешнего вида web – страниц, написанных языком разметки HTML или XHTML, но также может применяться к любым XML документам.
С помощью CSS можно задавать цвета, шрифты, расположение блоков и других элементов страницы. Основная цель CSS – это разделение описания HTML кода (который описывает структуру документа) от описания внешнего вида этого документа. При таком разделении увеличивается доступность документа, появляется большая гибкость и возможность быстрого изменения внешнего его внешнего вида, посредством изменения правил оформления. А также это уменьшает сложность и повторяемость кода HTML. Помимо этого, используя CSS можно представлять один и тот же документ совершенно по-разному, просто используя другой файл стилей. Ведь все параметры стилей хранятся в определенном месте и легко задаются для любого тега документа. CSS предлагает несравнимо больше возможностей, чем обычный HTML.
Итого, CSS – это мощная система, расширяющая возможности дизайна и верстки web – страниц.
«JavaScript – это интерпретируемый язык программирования с объектноориентированными возможностями. С точки зрения синтаксиса базовый язык JavaScript напоминает C, C++ и Java такими программными конструкциями, как инструкция if, цикл while и оператор &&. Однако это подобие ограничивается синтаксической схожестью. JavaScript – это нетипизированный язык, т. е. в нем не требуется определять типы переменных. Объекты в JavaScript отображают имена свойств на произвольные значения. Этим они больше напоминают ассоциативные массивы Perl, чем структуры C или объекты C++ или Java. Механизм объектно – ориентированного наследования JavaScript скорее похож на механизм прототипов в таких малоизвестных языках, как Self, и сильно отличается от механизма наследования в C++ и Java. Как и Perl, JavaScript – это интерпретируемый язык, и некоторые его инструменты, например регулярные выражения и средства работы с массивами, реализованы по образу и подобию языка Perl.
Ядро языка JavaScript поддерживает работу с такими простыми типами данных, как числа, строки и булевы значения. Помимо этого он обладает встроенной поддержкой массивов, дат и объектов регулярных выражений.
Обычно JavaScript применяется в веб браузерах, а расширение его возможностей за счет введения объектов позволяет организовать взаимодействие с пользователем, управлять веббраузером и изменять содержимое документа, отображаемое в пределах окна веб браузера. Эта встроенная версия JavaScript запускает сценарии, внедренные в HTML код веб страниц. Как правило, эта версия называется клиентским языком JavaScript, чтобы подчеркнуть, что сценарий исполняется на клиентском компьютере, а не на вебсервере.
В основе языка JavaScript и поддерживаемых им типов данных лежат международные стандарты, благодаря чему обеспечивается прекрасная совместимость между реализациями. Некоторые части клиентского JavaScript формально стандартизированы, другие части стали стандартом дефакто, но есть части, которые являются специфическими расширениями конкретной версии браузера. Совместимость реализаций JavaScript в разных браузерах зачастую приносит немало беспокойств программистам, использующим клиентский язык JavaScript.
Этот язык использовался для создания динамического интерфейса пользователя разрабатываемого в данном дипломном проекте.