ОБҐРУНТУВАННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ТОВЩИНИ ШАРУ АНАЕРОБНОГО ГЕРМЕТИКА ДЛЯ РІЗЬБОВИХ З’ЄДНАНЬ ОБСАДНИХ ТРУБ

Анотація

Досліджено вплив товщини шару анаеробного герметика на напружено-деформований стан різьбових з’єднань обсадних колон. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення механічної надійності різьбових з’єднань, які під час експлуатації свердловин зазнають дії значних осьових навантажень і внутрішнього тиску. Особливу увагу приділено впливу геометричних параметрів герметизувального прошарку на характер контактної взаємодії витків різьби, розподіл еквівалентних напружень та контактного тиску. Зміна товщини анаеробного герметика розглядається як один із чинників, що визначають механічну поведінку різьбового з’єднання. Метою дослідження статті є визначення впливу товщини шару анаеробного герметика на напружено-деформований стан різьбового з’єднання обсадної колони та обґрунтування раціональної товщини герметизувального прошарку за результатами чисельного моделювання. Дослідження виконано методом скінченних елементів (МСЕ) у середовищі ANSYS Mechanical. Для проведення розрахунків використано спрощену тривимірну модель різьбового з’єднання, яка включає обсадну трубу, муфту та шар анаеробного герметика. Проведено порівняльний аналіз шести розрахункових варіантів: без герметика та з товщиною герметизувального шару 0,02; 0,05; 0,10; 0,15 і 0,20 мм. За результатами порівняльного чисельного моделювання встановлено вплив товщини анаеробного герметика на характер розподілу еквівалентних напружень у зоні контакту витків різьби. Аналіз базової моделі без герметизувального матеріалу показав нерівномірний розподіл напружень із локальною концентрацією на окремих ділянках різьбового профілю. У моделях із герметизувальним прошарком виявлено зміни напружено-деформованого стану, пов’язані з перерозподілом навантажень між контактуючими поверхнями труби та муфти. Порівняння отриманих полів еквівалентних напружень засвідчило, що характер їх локалізації залежить від товщини полімерного шару. У межах представленого порівняльного аналізу товщину анаеробного герметика 0,10 мм визначено як раціональну серед досліджених варіантів за характером розподілу еквівалентних напружень. Для цієї розрахункової конфігурації відзначено зменшення локальної концентрації напружень та сприятливіші умови передачі навантажень між витками різьбового з’єднання. Подальше збільшення товщини герметизувального шару до0,15–0,20 мм супроводжується зміною характеру контактної взаємодії, що свідчить про необхідність ураху вання геометричних параметрів полімерного прошарку під час оцінювання механічної роботи з’єднання. Отримані результати дозволяють уточнити закономірності впливу товщини анаеробного герметика на напружено-деформований стан різьбових з’єднань обсадних колон та обґрунтувати доцільність урахування цього параметра під час розроблення герметизувальних рішень. Подальші дослідження передбачають урахування нелінійних властивостей матеріалу, нерівномірності розподілу герметика після згвинчування та кількісне оцінювання герметичності з’єднання за умов дії пластового флюїду.