Підвищення працездатності різьбових з'єднань труб нафтового сортаменту

Abstract

Дисертаційна робота присв'ячена теоретичним та експериментальним дослідженням важливої науково-технічної задачі підвищення працездатності різьбових з'єднань обсадних та насосно-компресорних труб. Аналіз надійності кріплення та експлуатації газових свердловин показав, що втрата працездатності обсадних і насосно-компресорних колон переважно пов'язана з конструктивними і технологічними відхиленнями їх різьбових з'єднань. У зв'язку з цим обґрунтовано необхідність розроблення різьбових з'єднань у напрямку підвищення їх герметичності, удосконалення методів розрахунку параметрів працездатності. Удосконалено методику визначення осесиметричного напружено-деформованого стану циліндричної товстостінної оболонки - труби із використанням рівнянь тривимірної теорії пружності. Подано розрахунок напружень у будь-якій точці труби згідно з вибраною аналітичною моделлю та способом задання збуреного напружено-деформованого стану. Запропоновано метод оцінки сумісності НКТ зі свердловинним середовищем, особливо при видобуванні сланцевого газу, а також чотири підходи до оцінки залишкового ресурсу насосно-компресорних труб. Отримано уточнені закономірності впливу конструктивних та експлуатаційних чинників на працездатність різьбових з'єднань труб, які є найбільш відповідальним елементом колон. Проведено графоаналітичне дослідження геометричних параметрів різьбових з'єднань, зокрема зарізьбових розвантажувальних канавок, що дозволило створити варіаційну багатовимірну графоаналітичну модель для оптимізації геометричних параметрів. Розроблено і запропоновано пристрій для герметизації муфтових з'єднань обсадних труб. Пристрій захищений патентом України на корисну модель і пройшов дослідно-промислову перевірку на герметичність. За результатами лабораторних досліджень насосно-компресорних труб отримані параметри кривої втоми та запропоновано методику прогнозування залишкового ресурсу труб із заданою ймовірністю неруйнування.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям важной научно-технической задачи повышения работоспособности резьбовых соединений обсадных и насосно - компрессорных труб. Анализ надежности крепления и эксплуатации скважин показал, что потеря трудоспособности обсадных и насосно-компрессорных колонн преимущественно связана с конструктивными и технологическими отклонениями их резьбовых соединений. В связи с этим обоснована необходимость разработки резьбовых соединений в направлении повышения их герметичности, усовершенствование методов расчета параметров работоспособности. Усовершенствована методика определения осесимметричного напряженно-деформированного состояния цилиндрической толстостенной оболочки - трубы с применением уравнений трехмерной теории упругости. Подано расчет напряжений в произвольной точке грубы согласно выбранной аналитической модели и способом задания возмущенного напряженно - деформированного состояния. Предложен метод оценки совместимости НКТ со средой скважины, особенно при добыче сланцевого газа, а также четыре подхода к оценке остаточного ресурса насосно-компрессорных труб. Получены уточненные закономерности влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на работоспособность резьбовых соединений труб, которые являются наиболее ответственным элементом колонн. Проведены графоаналитические исследования геометрических параметров резьбовых соединений, в частности резьбовых разгрузочных канавок, что позволило создать вариационную многомерную графоаналитическую модель для оптимизации геометрических параметров. Разработано и предложено устройство для герметизации муфтовых соединений обсадных труб. Устройство защищено патентом Украины на полезную модель и прошло опытно - промышленную проверку на герметичность. По результатам лабораторных исследований насосно-компрессорных труб получены параметры кривой усталости и предложена методика прогнозирования остаточною ресурса труб с требуемым значением вероятности неразрушения.

Thesis is devolcd to theoretical and experimental investigation of important scientific and technical problems increase efficiency of threaded joints of casing and tubing. Reliability analysis mounting and operation of gas wells showed that disability casing and tubing mainly related to structural and technological deviations of threaded connections. In this regard, the necessity of developing threaded joints in enhancing their integrity, improved methods of calculating the parameters of efficiency. Improved method for determining the axisymmetric stress-strain state of thick-walled cylindrical shell- tube using three-dimensional equations of elasticity. A complete system of equations to determine the stress and strain in the casing and tubing, which is under complex loading. A method for assessing the compatibility of the tubing down hole environment, especially in the extraction of shale gas, and the four approaches to assessing the residual life of tubing . Retrieved refined patterns iniluence of design and operating factors on the performance of threaded pipe connections that are most responsible element columns. A graph-analytic study of geometrical parameters of threaded connections, including threaded discharging grooves, thereby creating a multi-dimensional vibrational graph-analytic model for the optimization of geometrical parameters. Developed and proposed a device for sealing joints coupling casing. The device is patented in Ukraine for utility model and was pilot tested for tightness. The results of laboratory tests tubing fatigue curve obtained parameters and the method of predicting the residual life of its essential value of probability not destruction.