Підвищення герметичності різьбових з’єднань обсадних колон на ос-нові скінченно-елементного моделювання
DOI:
https://doi.org/10.31471/2304-7399-2026-22(83)-189-209Ключові слова:
обсадна колона, різьбове з’єднання, анаеробний герметик, горизонтальна свердловина, скінченно-елементне моделювання, напружено-деформований станАнотація
Аналізуючи літературні джерела та фахові видання встановлено, що буріння горизонтальних свердловин дозволяють суттєво збільшити охоплення продуктивних пластів і підвищити коефіцієнт вилучення вуглеводнів, проте водночас створюють додаткові виклики для забезпечення стійкості обсадних колон. Найбільш вразливими елементами є різьбові з’єднання, які під дією комбінованих навантажень (тиску, згинальних напружень, температурних градієнтів та вібрацій) часто втрачають герметичність, що призводить до аварійності під час експлуатації. Проаналізовано базові технологічні рішення даної проблеми - використання анаеробних герметиків, здатних полімеризуватися у безкисневому середовищі та забезпечувати щільне прилягання до металевих поверхонь навіть при мікронерівностях. Вони відзначаються високою адгезією, стійкістю до дії агресивних флюїдів і температур до 230 °C, а також зберігають свої властивості під впливом вібрацій і циклічних навантажень. На основі проведених досліджень представлено результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану різьбових з’єднань обсадних колон із застосуванням методу скінченних елементів (МСE). Встановлено, що використання анаеробних герметиків дозволяє знизити концентрацію напружень у зоні перших витків різьби, зберегти цілісність ущільнення та продовжити термін служби обсадної колони. Проведені комплексні дослідження та отримані результати свідчать про доцільність упровадження анаеробних герметиків у практику згвинчування обсадних труб як ефективного засобу підвищення надійності та безпеки експлуатації обсадних колон у горизонтальних свердловинах.
Посилання
1. Martsynkiv, O. V., Vytvytskyi, I. V., Paliichuk, I. V., Seniushko-vych, M. M., Dudych, I. M., & Luchynskyi, R. R. (2025). Rozrobka ta doslidzhennia vlastyvostei hermetyzuiuchoho mastyla dlia rizbiovykh ziednan obsadnykh trub [Development and research of properties of sealing lubricant for casing threaded connections]. Naftohazova haluz, 25(1), 19–30. https://doi.org/10.63341/pdogf/1.2025.19 (in Ukrainian)
2. Teodoriu, C., Bello, O., & Rinne, J. (2020). Experimental investiga-tions of thread compounds viscosity degradation towards long term threaded connections leak resistance. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 84, Article 103677. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2020.103677
3. American Petroleum Institute. (2023). Thread compounds for casing, tubing, line pipe, and drill stem elements (API Recommended Practice 5A3).
4. Henkel. (2025). Technical data sheet: LOCTITE® 577™. Thread sealant. https://datasheets.tdx.henkel.com/LOCTITE-577-en_GL.pdf
5. American Petroleum Institute. (2017). Threading, gauging and in-spection of casing, tubing, and line pipe threads (API Specification 5B). https://energy-steel.com/wp-content/uploads/2024/11/API-Spec-5B.pdf
6. Ansys Inc. (2022). Ansys Mechanical user’s guide (Version 2022 R2). https://ru.scribd.com/document/717217119/Ansys-Mechanical-Users-Guide
7. International Organization for Standardization. (2007). Petroleum and natural gas industries — Formulae and calculations for casing, tubing, drill-pipe and line-pipe properties (ISO Standard No. 10400:2007).
8. International Organization for Standardization. (2019). Petroleum and natural gas industries — Procedures for testing casing and tubing connec-tions (ISO Standard No. 13679:2019).
9. International Organization for Standardization. (2009). Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production (ISO Standard No. 23936-1:2009).
10. Tenaris. (n.d.). Premium connections for OCTG: Product catalog. https://www.tenaris.com/en/products/oil-country-tubular-goods/connections/
11. Schlumberger. (n.d.). Threaded connection integrity in high-deviation wells [White paper]. https://www.slb.com/resource-library/whitepaper/co/threaded-connection-integrity
12. Baker Hughes. (n.d.). Drilling products — Thread sealant series. https://www.bakerhughes.com/drilling/products/thread-sealants
13. International Organization for Standardization. (2004). Evaluation and testing of thread compounds for use with casing, tubing and line pipe (ISO Technical Specification No. 14998:2004).
14. Femiak, Ya. M., Chudyk, I. I., & Sudakov, A. K. (2021). Praktych-ne vykorystannia kavitatsiinykh protsesiv u burinni sverdlovyn: Monohrafiia [Practical use of cavitation processes in well drilling: A monograph]. Posvit. http://elar.nung.edu.ua/handle/123456789/8944 (in Ukrainian)
15. Paliichuk, I. I. (2010). Pidvyshchennia hermetychnosti rizbiovykh ziednan obsadnykh trub naftovykh i hazovykh sverdlovyn [Improving the tight-ness of casing threaded connections of oil and gas wells] [Doctoral disserta-tion, Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas]. https://repo.nung.edu.ua/items/642409f5-204a-480d-b883-104ca6f231e8 (in Ukrainian)
16. Yang, B., Xu, H., Xiang, S., Zhang, Z., Su, K., & Yang, Y. (2023). Effects of make-up torque on the sealability of sphere-type premium connec-tion for tubing and casing strings. Processes, 11(1), Article 256. https://doi.org/10.3390/pr11010256
17. Chen, W., Di, Q., Zhang, H., Chen, F., & Wang, W. (2018). The sealing mechanism of tubing and casing premium threaded connections under complex loads. Journal of Petroleum Science and Engineering, 171, 724–730. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.07.079
18. Femiak, Ya. M., & Zelinskyi, A. A. (2024, May). Zabezpechennia hermetychnosti obsadnykh kolon u hazovykh sverdlovynakh shliakhom vy-korystannia anaerobnykh hermetykiv [Ensuring the tightness of casing strings in gas wells through the use of anaerobic sealants]. Paper presented at the III International Conference "Modern Research in World Science", Lviv, Ukraine. (in Ukrainian)
19. Femiak, Ya. M., & Zelinskyi, A. A. (2024). Vdoskonalennia her-metychnosti obsadnykh kolon u hazovykh sverdlovynakh za dopomohoiu an-aerobnykh hermetykiv [Improving the tightness of casing strings in gas wells using anaerobic sealants]. Scientific Research and Innovation. (in Ukrainian)
20. Vallourec. (n.d.). VAM® connections catalog. https://www.vallourec.com/en/products/oil-gas/connections
21. ASTM International. (2021). Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products (ASTM Standard No. A370-21).
22. American Petroleum Institute. (2018). Performance properties of casing and tubing (API Technical Report 5C3).
23. Mezhgosudarstvennyy Sovet po Standartizatsii, Metrologii i Sertif-ikatsii. (2022). Ziednannia rizbiovi trub obsadnykh. Zahalni tekhnichni umovy [Threaded connections of casing pipes. General specifications] (GOST Standard No. 12414-2022). (in Ukrainian)
24. DP "UkrNDNTS". (2016). Systemy upravlinnia yakistiu. Vymohy [Quality management systems. Requirements] (DSTU ISO Standard No. 9001:2015). (in Ukrainian)
25. Mezhgosudarstvennyy Sovet po Standartizatsii, Metrologii i Sertif-ikatsii. (2013). Prokat sortovyi i lystovyi iz konstruktsiinykh vuhletsevykh i le-hovanykh stalei [Rolled bar and sheet of carbon and alloyed structural steel] (GOST Standard No. 1050-2013). (in Ukrainian)
26. ASTM International. (2019). Standard test method for apparent shear strength of single-lap-joint adhesively bonded metal specimens by tension loading (ASTM Standard No. D1002-10).
27. Gosudarstvennyy Komitet SSSR po Standartam. (1986). Kontrol neruinuivnyi. Ziednannia rizbiovi. Metody kontroliu [Non-destructive testing. Threaded connections. Control methods] (GOST Standard No. 14782-86). (in Ukrainian)
28. Aadnøy, B. S., & Looyeh, R. (2019). Petroleum rock mechanics: Drilling operations and well design (2nd ed.). Gulf Professional Publishing.
29. American Petroleum Institute. (2017). Methods of testing coupling creep resistance (API Technical Report 5C6).
30. Henkel. (2022). Loctite® 270 anaerobic adhesive: Technical data sheet. https://www.henkel-adhesives.com
31. International Organization for Standardization. (2004). Petroleum and natural gas industries — Pipeline transportation systems — Test methods for resistance of pipeline coatings to cathodic disbondment (ISO Standard No. 21329:2004).
32. American Petroleum Institute. (2019). Specification for cements and materials for well cementing (API Specification 10A).
33. ASTM International. (2021). Standard test methods for tension test-ing of metallic materials (ASTM Standard No. E8/E8M-21).
34. DNV GL. (2017). Pipe and riser fatigue (DNVGL-RP-F119).
35. International Organization for Standardization. (2005). Petroleum and natural gas industries — Pipeline transportation systems — Subsea pipe-line integrity management (ISO Standard No. 18164:2005).
36. Zhai, H., Chang, X., Wang, Y., Lei, X., & Xue, Z. (2019). Sealing performance of premium threaded connections under complex loading condi-tions. Journal of Petroleum Science and Engineering, 178, 662–671. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.03.052
37. International Organization for Standardization. (2020). Petroleum and natural gas industries – Materials for use in H₂S-containing environments in oil and gas production (ISO Standard No. 15156-1:2020).
38. International Well Control Forum. (2020). Well integrity guidelines.
39. Schlumberger. (2021). Integrity of threaded premium connections in extended reach wells [Technical report].
40. Tenaris. (2020). Blue® and Wedge series premium connections: Technical catalog.
41. Vallourec. (2021). VAM® HT premium connection for HP/HT wells.
42. Henkel. (2022). Loctite® 574 gasket sealant: Technical data sheet.
43. Baker Hughes. (2020). Integrity of tubular connections under HP/HT [White paper].
44. International Organization for Standardization. (2015). Petroleum and natural gas industries — Design of thread seal systems (ISO Standard No. 12835:2015).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 А. А. Зелінський, Я. М. Фем'як
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
