ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ДВООПОРНОГО ЗАМКОВОГО РІЗЬБОВОГО З’ЄДНАННЯ ОБВАЖНЕНИХ БУРИЛЬНИХ ТРУБ
DOI:
https://doi.org/10.31471/2304-7399-2025-21(79)-457-468Ключові слова:
бурильна колона, замкове різьбове з’єднання, напружено-деформований стан, напруження, витки різьби, температураАнотація
У статті представлено результати дослідження впливу температури на напружено-деформований стан згвинченого двоопорного замкового різьбового з’єднання обважнених бурильних труб. Встановлено, що температура суттєво впливає на геометричні параметри, точність посадок і міцність різьбових з’єднань, оскільки під дією теплових розширень змінюються сили затягування, що визначають герметичність та довговічність з’єднання. Для дослідження побудовано тривимірну модель двоопорного з’єднання типу NC50, у якій враховано дію градієнта температури (від 20°С усередині до 100°С ззовні) та момент згвинчування. Проведено моделювання у середовищі Solid Works Flow Simulation із подальшим експортом отриманих результатів у Simulation для визначення напружено-деформованого стану. Показано, що розподіл температури у з’єднанні є нерівномірним. Порівняльний аналіз розподілу еквівалентних напружень у впадинах витків ніпеля з урахуванням градієнта температури та моменту згвинчування показав як їх зростання, так і зниження відносно випадку дії лише моменту згвинчування на двоопорне ЗРЗ. Це підтверджує суттєвий вплив температурного поля на напружено-деформований стан з’єднання. Найбільше зменшення напружень спостерігається у перших та останніх витках ніпеля, що може сприяти підвищенню довговічності та втомної міцності різьбового з’єднання, водночас існує ймовірність погіршення його герметичності. Отримані результати узгоджуються з відомими експериментальними даними та підтверджують доцільність урахування термомеханічних факторів при розрахунку міцності бурильних колон. Використаний метод моделювання може бути адаптований для аналізу інших типів з’єднань нафтогазового обладнання, зокрема насосно-компресорних і обсадних труб, які працюють у високотемпературних умовах з метою їх подальшого вдосконалення для підвищення надійності, довговічності та безпечності експлуатації.
Посилання
1. Каталог продукції компанії TMK Преміум [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://tmk-premium.tmk-group.ru/prem_zam_tds.
2. Каталог труб та послуг по трубній продукції компанії DRILCO – [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://www.slb.com/-/media/files/smith/catalogs/tubulars-tubular-services-catalog.ashx.
3. Каталог продукции компании Sumitomo Metals [Електронний ре-сурс] – Режим доступу: http://www.tubular.nssmc.com/ru/product-services/octg/connection/list.
4. Каталог продукції компанії NOV® GrantPrideco [Електронний ре-сурс] – Режим доступу: https://www.nov.com/products/drill-pipe.
5. Faflei O. Ya., Mykhailiuk V. V., Deineha R. O., Melnyk V. O., Shatan M. V., Pryhorovskyi O. V. Doslidzhennia vplyvu rozmishchennia osnovnoi ploshchyny rizby na napruzheno-deformovanyi stan zamkovoho rizbovoho ziednannia elementiv burylnoi kolony. Naukovyi visnyk Ivano-Frankivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu nafty i hazu. 2021. № 2(51). S. 66–72. URL: https://doi.org/10.31471/1993-9965-2021-2(51)-66-72.
6. Guangjie Y., Yao Z., Wang Q. Numerical and experimental distribution of temperature and stress fields in API round threaded connection // Engineering Failure Analysis. – 2006. – Vol. 13, No. 8. – P. 1275–1284. – DOI: 10.1016/j.engfailanal.2005.11.006.
7. Zhang T., Yang L., Bai F., Zhu C. Gas Tightness Evaluation of Threaded Connections for Deep Oil and Gas Wells at High Temperature // Energies. – 2025. – Vol. 18, No. 17. – Article 4539. – DOI: 10.3390/en18174539.
8. Xie J., Tao G. Analysis of Casing Connections Subjected to Thermal Cycle Loading. – IMECHANICA / C-FER Technologies, 2010. – Available at:https://imechanica.org/files/analysis-casing-connections-thermal-cycle-loading-2010.pdf.
