Аналіз сучасних конструкцій замкових з’єднань обважених бурильних труб

Abstract

Замкові з’єднання обважнених бурильних труб є відповідальними елементами під час спорудження свердловин, оскільки на ліквідацію аварій з ними витрачаються значні кошти та час. Проведений аналіз відмов елементів бурильних колон показав, що, не зважаючи на постійне вдосконалення конструкції їх різьбових з’єднань, процент відмов по різьбах не зменшується. Сьогодні світовими виробниками розроблені нові конструкції двоопорних з’єднань, які містять додаткову опору ніпеля та муфти. За рахунок цього покращується розподіл навантажень у різьбовому з’єднанні. Це, в свою чергу, збільшує момент згвинчування до 70% порівняно із стандартним одноопорним з’єднанням. Однак, викликає сумнів те, що збільшений момент згвинчування двоопорних з’єднань не призведе до такого перерозподілу напружень, при якому виникне ймовірність швидкого руйнування конструкції як ніпеля, так і муфти у зоні додаткового опорного торця. Для перерозподілу напружень у двоопорному з’єднанні, очевидно, застосовуються конструктивні методи, які не вказуються в жодних інформаційних джерелах. Тому з метою визначення розподілу напружено-деформованого стану двоопорних замкових з’єднань застосовано імітаційне моделювання. Згідно з результатами використання додаткового торця покращується розподіл напружень по впадинах витків з’єднання. Але величина перекриття торців повинна бути строго регламентована. Визначено, що оптимальною величиною перекриття основного опорного торця - 0,1, а додаткового - 0,2 мм. Величина перекриття додаткового торця - 0,3 мм призведе до руйнування з’єднання по тілу муфти або додатковий торець ніпеля буде здеформований і не виконуватиме призначеної функції. Його перекриття на 0,1 мм призводитиме до руйнування ніпеля по першому його витку. Отже, для використання розглянутої конструкції двоопорного з’єднання обважнених труб слід жорстко контролювати величину його натягу.

Замковые соединения утяжеленных бурильных труб являются ответственными элементами при сооружении скважин, так как на ликвидацию аварий с ними тратятся значительные средства и время. Проведенный анализ отказов элементов бурильных колонн показал, что, не смотря на постоянное совершенствование конструкции, их резьбовых соединений процент отказов по резьбе не уменьшается. Сегодня мировыми производителями разработаны новые конструкции двухупорных соединений, которые содержат дополнительную опору ниппеля и муфты. За счет этого улучшается распределение нагрузок в резьбовом соединении. Это, в свою очередь, увеличивает момент свинчивания до 70% по сравнению со стандартным одноопорным соединением. Однако, вызывает сомнение то, что увеличенный момент свинчивания двухопорных соединений не приведет к такому перераспределению напряжений, при котором возникнет вероятность быстрого разрушения конструкции как ниппеля, так и муфты в зоне дополнительного упорного торца. Для перераспределения напряжений в двухопорном соединении, очевидно, применяются конструктивные методы, которые не указываются в каких-либо информационных источниках. Поэтому с целью определения распределения напряженно-деформированного состояния двухопорных замковых соединений применено имитационное моделирование. Согласно результатам использования дополнительного торца улучшается распределение напряжений по впадинах витков соединения. Но величина перекрытия торцов должна быть строго регламентирована. Определено, что оптимальная величина перекрытия основного опорного торца - 0,1 мм, а дополнительного - 0,2 мм. Величина перекрытия дополнительного торца - 0,3 мм приведет к разрушению соединения по телу муфты или дополнительный торец ниппеля будет деформироваться и не будет выполнять предназначенной функции. Его перекрыте на 0,1 мм приводит к разрушению ниппеля по первому его витку. Итак, для использования рассматриваемой конструкции двухопорного соединения утяжеленных труб необходимо жестко контролировать величину его натяжения.

The analysis of failures of the drill columns elements showed that, despite the constant improvement of the design of their thread connections, the percentage of thread failures does not decrease. Today, world-wide manufacturers have developed new designs of double shoulder joints, which contain additional support of pin and box. According to it, the distribution of loads in the thread connection is improved. In its turn, it increases the make-up torque up to 70% compared to the standard single shoulder connection. However, there is a doubt that the increased make-up torque of double shoulder joints will not lead to such redistribution of stresses, at which the probability of rapid destruction of the structure of both the pin and the box in the area of the additional thrust face. The constructive methods, which are not indicated in any information sources, are used for the redistribution of stresses in a double shoulder joint. That`s why, the imitation modeling is used to determine the distribution of the stress-strain state of double shoulder joints. According to the results of the use of the additional end face, the distribution of stresses in the cavities of the threads is improved. But the value of the overlap of the ends should be strictly regulated. It is determined that the optimal value of the overlap of the main end face is 0.1 mm, and the additional one is 0.2 mm. If the value of the overlap of the additional end is 0.3 mm, it will lead to the destruction of the joint on the body of the box. Otherwise the additional end of the pin will be deformed and will not perform the intended function. Its overlap on 0.1 mm will lead to the destruction of the pin in its first thread. Thus, it is necessary to control strictly the magnitude of its tension for the use of the considered construction of the double shoulder joint of drill collar.