Дослідження розподілу температури у замковому різьбовому з’єднанні бурильних труб

Анотація

Вплив температури на різьбові з’єднання є одним з важливих чинників, який впливає на їх міцність, герметичність і довговічність в процесі експлуатації. При підвищених температурах матеріали різьби зазнають теплового розширення, що змінює геометричні параметри та посадки, впливає на зусилля затягування та герметичність з’єднання. Високі температури сприяють пластичній деформації поверхневих шарів різьби, пришвидшенню зносу й утворенню люфтів, що знижує надійність з’єднання. Замкове різьбове з’єднання (ЗРЗ), яке використовується у бурильних колонах, які застосовуються під час спорудження нафтових та газових свердловин, має відповідати вимогам міцності, втомної довговічності, герметичності. Для дослідження побудовано тривимірну модель ЗРЗ з різьбою NC50 відповідно до технічних умов та проведено її імітаційне моделювання методом скінченних елементів (МСЕ) для визначення розподілу температури в тілі труби та ЗРЗ при умові температури бурового розчину 20 °С всередині труби і зовні труби − 100 °С. Встановлено, що розподіл температури з тілі труби та ЗРЗ є нерівномірним. Розглядаючи розподіл температури у ЗРЗ спостерігається зниження температури із сторони упорного торця ніпеля до тіла муфти з 70 ⁰С до 47 ⁰С. Отриманий температурний градієнт у трубі та ЗРЗ використаний як вхідні дані для подальшого аналізу напружено-деформованого стану ЗРЗ. Встановлено розподіл напружень у ЗРЗ під дією моменту згвинчування та моменту згвинчування в поєднанні із температурним впливом. Результати імітаційного моделювання показали, що температура знижує величини еквівалентних напружень по впадинах витків ніпеля на 15–19%, особливо у впадинах перших двох витків ніпеля. Це зниження напружень може позитивно вплинути на втомну міцність і ресурс з’єднання. Отже, врахування температурного впливу є важливим під час проектування, виготовлення та оцінки надійності різьбових з’єднань, особливо в умовах експлуатації бурильних колон у змінних температурних режимах. Подальшим кроком є дослідження втомної міцності ЗРЗ з урахуванням температурного впливу та коректування розрахункового моменту згвинчування.