Навчальний посібник присвячений вивченню надійності буро-вого і нафтогазопромислового устаткування. У посібнику подано математичні основи теорії надійності, основи математичної стати-стики, основи надійності нафтогазового обладнання, описано випробування на надійність, охарактеризовано види руйнувань деталей бурового і нафтогазопромислового обладнання при експлуатації, розглянуто економічні аспекти забезпечення надій-ності та детально розглянута надійність об'єктів нафтогазового обладнання. У кожному розділі подано приклади для закріплення теоретичного матеріалу та питання для самоконтролю. Навчальний посібник призначений для студентів бакалаврів і може бути корисним для магістрів та аспірантів відповідного профілю. ЗМІСТ ВСТУП 13 1 МАТЕМАТИЧНІ ОСНОВИ ТЕОРІЇ НАДІЙНОСТІ 16 1.1 Основні поняття та терміни теорії надійності…….. 16 1.2 Теореми додавання і множення ймовірностей……. 18 1.3 Графи можливих результатів……………………….. 20 1.4 Формула повної ймовірності……………………….. 21 1.5 Поняття випадкової величини……………………… 24 1.6 Поняття про закон розподілу випадкової величини. Ряд розподілу, функція розподілу і її властивості… 26 1.7 Короткі відомості із комбінаторики……………….. 36 1.8 Закони розподілу випадкових величин……………. 38 1.8.1 Нормальний закон розподілу………………………. 38 1.8.2 Зрізаний нормальний закон…………………………. 40 1.8.3 Логарифмічний закон……………………………… 41 1.8.4 Закон розподілу Вейбула……………………………. 41 1.8.5 Експоненціальний закон розподілу………………… 43 1.8.6 Гіпергеометричний закон…………………………… 43 1.8.7 Біноміальний закон розподілу……………………… 44 1.8.8 Закон розподілу Пуасcона………………………….. 45 2 ОСНОВИ МАТЕМАТИЧНОЇ СТАТИСТИКИ……. 47 2.1 Задачі математичної статистики…………………… 47 2.2 Статистична сукупність. Генеральна сукупність та вибірка……………………………………………….. 48 2.3 Статистичний аналіз надійності бурового обладнання……………………………………………49 2.4 Розрахунки параметрів надійності бурового обладнання…………………………………… 56 2.5 Статистичний ряд. Статистична функція розподілу 60 2.6 Графічне зображення статистичних розподілів. Полігон та гістограма……………………………….. 63 2.7 Числові характеристики статистичного розподілу.. 64 2.8 Вирівнювання статистичних розподілів…………… 65 2.9 Критерії згідності……………………………………. 66 2.9.1 Критерій згідності Пірсона…………………………. 68 2.9.2 Критерій Колмогорова ……………………………… 70 2.10 Статистична оцінка параметрів розподілу. Властивості оцінок……………………… 72 2.11 Оцінки математичного очікування і дисперсії…… 73 2.12 Інтервальна оцінка параметрів розподілу. Довірчий інтервал. Довірча ймовірність……………………… 74 2.12.1 Вибір меж інтервалу………………………………… 75 2.12.2 Довірчий інтервал для математичного очікування і дисперсії нормального розподілу………………….. 76 2.12.3 Визначення об'єму вибірки за заданої точності і надійності оцінки для визначення математичного очікування нормального розподілу……….……….. 79 2.13 Довірчий інтервал для дисперсії…………………… 79 2.14 Перевірка статистичних гіпотез……………………. 81 2.14.1 Про зв'язок статистичної перевірки гіпотези і довірчих інтервалів…………………………………. 83 2.14.2 Побудова довірчих інтервалів для параметру експоненціального закону………………………….. 84 3 ОСНОВИ НАДІЙНОСТІ НАФТОГАЗОВОГО ОБЛАДНАННЯ………………………………………86 3.1 Основні поняття і терміни в галузі надійності……. 86 3.2 Класифікація відмов у машинобудуванні…………. 87 3.3 Показники надійності……………………………….. 88 3.3.1 Показники надійності невідновлюваних об'єктів… 88 3.3.2 Поняття інтенсивності відмов……………………… 90 3.3.3 Інтенсивність відмов для різних законів розподілу.. 93 3.3.4 Середній наробіток до відмови…………………….. 95 3.4 Показники безвідмовності відновлюваних об'єктів 96 3.4.1 Аналітичні визначення параметра потоку відмов… 100 3.4.2 Про ергодичну властивість потоку відмов………… 100 3.4.3 Наробіток до відмови……………………………….. 102 3.5 Програма забезпечення надійності………………… 103 3.6 Аналіз надійності при проектуванні………………. 108 3.7 Показники довговічності…………………………… 110 3.7.1 Властивості довговічності………………………….. 110 3.7.2 Середній і гамма-відсотковий ресурс……………… 111 3.7.3 Визначення гамма-відсоткового ресурсу за результатами випробувань…………………………. 113 3.7.4 Оптимальний термін служби машини…………….. 115 3.8 Ремонтопридатність………………………………… 116 3.8.1 Ремонтопридатність у системі технічного обслуговування і ремонту техніки………………… 117 3.9 Показники збережуваності…………………………. 121 3.10 Комплексні показники надійності………………….. 122 3.11 Регламентація вимог до надійності в нормативно-технічній документації……………………………… 125 3.12 Класифікація чинників, що впливають на вибір номенклатури показників надійності……………… 126 3.13 Вибір показників надійності відновлюваних виробів………………………………………………..129 3.14 Про показники надійності функціональних і комплектувальних виробів…………………………. 132 3.15 Вибір норм надійності………………………………. 133 3.16 Розрахунок схемної надійності машин як складних систем………………………………………………… 134 3.17 Види резервування…………………………………... 135 3.17.1 Структурне резервування…………………………… 136 3.18 Особливості розрахунку надійності у разі поступових відмов………………………………141 3.19 Математичне моделювання при аналізі надійності створюваних машин…………………………………. 143 3.20 Розрахунок гарантійних строків……………………. 146 4 ВИПРОБУВАННЯ НА НАДІЙНІСТЬ……………… 151 4.1 Планування випробувань на надійність……………. 153 4.2 Випробування при нормальному законі розподілу.. 154 4.3 Плани випробувань на надійність………………….. 155 4.4 Обробка результатів багатократно усічених випробувань………………………………………158 4.5 Обробка дослідних даних при невідомому законі розподілу……………………………………………… 161 4.6 Прискорені випробування на надійність…………… 164 4.7 Вибір режимів випробувань…………………………. 166 4.8 Нормування витрат запасних частин………………. 169 4.9 Розрахунок середньої очікуваної необхідності в запасних частинах……………………………………. 171 4.10 Розрахунок гарантованого запасу запасних частин.. 173 5 ВИДИ РУЙНУВАНЬ ДЕТАЛЕЙ БУРОВОГО І НАФТОГАЗОПРОМИСЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ………………………………. 175 5.1 Специфіка умов експлуатації обладнання для буріння і видобутку нафти і газу…………………… 175 5.2 Загальна фізична картина процесів тертя і зношування……………………………………………177 5.3 Класифікація видів руйнувань деталей…………….. 179 5.3.1 Деформації і зломи…………………………………… 180 5.3.2 Хіміко-теплові пошкодження……………………….. 182 5.3.3 Види зношування…………………………………….. 183 5.4 Методи вимірювання зношування………………….. 190 6 ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ………………………………………… 193 6.1 Економічна ефективність підвищення надійності продукції………………………………… 193 6.2 Основні принципи розрахунку економічної ефективності………………………………………….193 6.3 Розрахунок економічного ефекту підвищення надійності та якості продукції……………………… 195 6.4 Визначення потреби в обладнанні, виробничих площах та капітальних вкладеннях…………………. 197 6.5 Якість виконання робіт з випробувань на надійність…………………………………………. 199 6.6 Розрахунок економічного збитку в результаті порушення надійності виробів……………………… 200 6.7 Оцінка економічної ефективності розвитку нових видів випробувань на підприємствах………………. 200 6.8 Розрахунок витрат на випробування при різних методах контролю надійності……………………….. 203 7 НАДІЙНІСТЬ ОБ'ЄКТІВ НАФТОГАЗОВОГО ОБЛАДНАННЯ………………………………………204 7.1 Аналіз параметрів надійності насосних штанг……. 204 7.2 Прогнозування ресурсу насосних штанг…………… 214 7.2.1 Оцінка ресурсу насосних штанг за параметрами кривих втоми…………………………………………. 215 7.2.2 Прогнозування ресурсу насосних штанг за швидкістю росту тріщин в докритичному періоді… 222 7.2.3 Прогнозування ресурсу насосних штанг за швидкістю росту тріщин…………………………….. 225 7.2.4 Прогнозування ресурсу насосних штанг за G-критерієм………………………………………… 231 7.3 Надійність та прогнозування залишкового ресурсу високоміцних бурильних труб……………………… 235 7.4 Надійність високоміцних бурильних труб при бурінні глибоких свердловин……………………….. 240 7.5 Аналіз експлуатаційної надійності дизельних двигунів бурових установок………………………… 249 7.6 Використання "Дерева відмов" як методу структурного аналізу свердловинної штангової насосної установки…………………………………… 258 7.7 Вибір стратегій технічного обслуговування газоперекачувальних агрегатів на основі комп'ютерних баз даних і аналізу АВС…………….. 271 7.8 Надійність цементувальних агрегатів ЦА-320А та оптимізація об'єму їх запасних частин…………….. 285 7.8.1 Надійність цементувальних агрегатів ЦА-320А 285 7.8.2 Оптимізація об'єму запасних частин в тампонажному цеху бурового підприємства……… 288 7.9 Cтратегія оновлення елементів колони насосних штанг на основі теорії ланцюгів Маркова………… 294 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ НА ДЖЕРЕЛА 299