Вплив температури на напружено-деформований стан замкового різьбового з’єднання бурильних труб

Анотація

Розглядаються особливості конструкції та експлуатації замкових різьбових з’єднань (ЗРЗ) бурильної колони, які використовуються для з’єднання бурильних труб, перевідників, долота, калібраторів тощо. ЗРЗ повинні забезпечувати високу міцність, опір втомі при дії розтягуючих, стискаючих, згинаючих навантажень та крутних моментів, а також герметичність, зносостійкість і швидкість збирання. Важливим фактором під час експлуатації ЗРЗ є правильне застосування мастила та дотримання заданого крутного моменту затягування, оскільки порушення цих умов може призвести до руйнування цього з’єднання. У роботі наведено причини відмов ЗРЗ. Під час дослідження конструкцій ЗРЗ науковці враховують широкий спектр чинників, але, зазвичай, не враховують вплив температури, яка діє на з’єднання в процесі його збирання і під час роботи колони в свердловині. Через складність та високу вартість  натурних випробувань великогабаритного та складного обладнання (зокрема ЗРЗ) широке застосування отримало моделювання його напружено-деформованого стану методом скінченних елементів (МСЕ). У роботі показано модель ЗРЗ, побудовану відповідно до стандартів API, та визначено напружено-деформований стан з’єднання при дії моменту згвинчування, осьового навантаження та температури. Моделювання ЗРЗ проведено для трьох варіантів: при однаковій  температурі ніпеля і муфти 20 °С, при температурі ніпеля 20 °С та муфти 100 °С і при  температурах ніпеля та муфти 100 °С. Результати показали, що зі збільшенням різниці температур ніпеля та муфти напруження по впадинах різьби муфти значно зростають, а максимальні напруження у ніпелі знижуються. Особливо складні умови роботи ЗРЗ виникають при температурі ніпеля 20 °С і муфти 100 °С та при дії осьового навантаження розтягу і моменту згвинчування, що характерно для ділянок бурильної колони, які розташовані ближче до устя свердловини. Подальші дослідження передбачають моделювання теплообміну між буровим розчином та ЗРЗ із урахуванням теплопередачі матеріалу і корекцію моменту згвинчування для підвищення точності оцінки напружено-деформованого стану ЗРЗ.