Комплексний підхід до оцінки надійності різьбових з’єднань обсадних колон у свердловинних умовах
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-1(45)-146-158Ключові слова:
різьбове з’єднання; анаеробний герметик; горизонтальна свердловина; скінченно-елементне моделювання; напружено-деформований стан; комбіновані навантаження.Анотація
Проведено аналіз сучасних підходів до забезпечення герметичності обсадних колон, за яким виявлено, що зі зростанням складності буріння, зокрема горизонтальних свердловин, традиційні методи герметизації різьбових з'єднань обсадних колон стають неефективними. Навіть вдосконалені конструкції різьб не гарантують надійності через ризик локальної розгерметизації, зумовленої складним напружено-деформованим станом. Досліджено підходи до підвищення герметичності обсадних колон шляхом поєднання анаеробних герметиків та методів скінченно-елементного моделювання (МСЕ). Проаналізовано напружено-деформований стан контактних зон різьби за комбінованої дії експлуатаційних навантажень. Представлено 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. Роботу спрямовано на поглиблення попередніх досліджень через деталізоване моделювання роботи герметика в замкненому середовищі. На основі аналізу фізико-механічних характеристик встановлено закономірності напружено-деформованого стану з'єднань. Доведено, що анаеробні матеріали забезпечують герметизацію та водночас ефективно перерозподіляють навантаження у різьбових з’єднаннях. Застосування анаеробних герметиків підвищує надійність обсадних колон у горизонтальних свердловинах за рахунок зниження концентрації напружень, покращення стабільності контакту в різьбі та запобігання мікропротіканням у складних гірничо-геологічних умовах. 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.
Завантаження
Посилання
1. American Petroleum Institute. Specification 5CT: Casing and Tubing. Washington : API Pub-lishing Services, 2018. 250 p.
2. American Petroleum Institute. API Specification 5B: Threading, Gauging and Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads. Washington : API, 2017. 200 p.
3. International Organization for Standardization. ISO 13679:2019. Petroleum and natural gas industries – Procedures for testing casing and tubing connections. Geneva : ISO, 2019.
4. International Organization for Standardization. ISO 10400:2007. Petroleum and natural gas industries – Formulae and calculations for casing, tubing and drill pipe properties. Geneva : ISO, 2007.
5. Bourgoyne A. T. Applied Drilling Engineering. SPE, 1991.
6. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L. The Finite Element Method. Elsevier, 2005.
7. Bathe K. J. Finite Element Procedures. MIT Press, 1996.
8. Cook R. D. Concepts and Applications of Finite Element Analysis. Wiley, 2001.
9. COMSOL Multiphysics®. Thread Sealing Simulation Example. Electronic resource. Availa-ble from: https://www.comsol.com/model/thread-sealing-13971
10. International Organization for Standardization. ISO 15156. Materials for use in H₂S-containing environments in oil and gas production. Geneva : ISO, 2015.
11. Oil & Gas Systems. Thread Compounds: Technical Overview.
12. NOV Tuboscope. Thread Compound Reference Guide.
13. American Petroleum Institute. API RP 5C5: Recommended Practice for Thread Compounds for Casing, Tubing, and Line Pipe. Washington : API, 2017.
14. Henkel AG & Co. Loctite Anaerobic Adhesives and Sealants Overview. Electronic re-source. Available from: https://www.henkel-adhesives.com
15. Henkel AG & Co. Technical Data Sheet: LOCTITE® 577 Thread Sealant.
16. Baker Hughes. Thread Sealant Series. Electronic resource. Available from: https://www.bakerhughes.com
17. Logan D. L. A First Course in the Finite Element Method. Cengage Learning, 2012.
18. Belytschko T. Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures. Wiley, 2013.
19. Ansys Inc. Ansys Mechanical User’s Guide. Version 2022 R2.
20. Schlumberger. Threaded Connection Integrity in High-Deviation Wells.
21. ASTM International. ASTM A370-21: Standard Test Methods and Definitions for Mechani-cal Testing of Steel Products. ASTM International, 2021.
22. Bickford J. H. An Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints. CRC Press, 2007.
23. Johnson K. L. Contact Mechanics. Cambridge University Press, 1985.
24. Dowson D. Elastohydrodynamic Lubrication. Elsevier, 1998.
25. American Petroleum Institute. API RP 5C1: Care and Use of Casing and Tubing. Washing-ton : API, 2016.
26. American Petroleum Institute. API TR 5C3: Technical Report on Casing and Tubing Per-formance. Washington : API, 2018.
27. Lysak O. V. Sealing of threaded casing connections: current state and prospects. Oil and Gas
Industry. 2022. No. 2. P. 59–67.
28. Hrytsenko I. I., Kovalenko A. S. Strength modeling of threaded connections using the finite element method. Scientific Bulletin of IFNTUOG. 2021. No. 3. P. 77–84.
29. Zelinskyi A. A. Improvement of casing string tightness in gas wells : Master’s thesis. Ivano-Frankivsk : IFNTUOG, 2022. 85 p.
30. Zelinskyi A. A. Industrial internship report: Oil and Gas Engineering specialty. Ivano-Frankivsk : IFNTUOG, 2020. 42 p.
31. Stavychnyi Ye. M., Rudyi S. M., Femiak Ya. M. et al. Influence of acid systems on bot-tomhole zone decolmatization and set cement stability. Journal of Physics and Chemistry of Solid State. 2024.
Vol. 25, No. 3. P. 664–674. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.664-674
32. Stavychnyi Ye. M., Femiak Ya. M., Vytyaz O. Yu. et al. Improving the reliability of oil and gas well cementing using composite plugging systems./ SOCAR Proceedings. 2025. No. 3. P. 59–69. DOI: https://doi.org/10.5510/OGP20250301097
33. Stavychnyi Ye. M., Femiak Ya. M. et al. Research of cement stone permeability. Journal of
Physics and Chemistry of Solid State. 2025. Vol. 26, No. 3. P. 480–488. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.26.3.480-488
34. DSTU 4149-2003. Oil and gas wells – Terms and definitions. Kyiv : Derzhspozhyvstandart of Ukraine, 2003.
35. DSTU B V.2.7-212:2009. Sealing materials – General specifications. Kyiv : Ministry of Regional Development of Ukraine, 2009.
36. Tenaris. Premium Connections for OCTG. Electronic resource. Available from: https://www.tenaris.com
37. Vallourec. VAM® Connections Catalog. Electronic resource. Available from: https://www.vallourec.com/en/products/oil-gas/connections
38. Nippon Steel Corporation. Oilfield Tubular Goods Catalog. Tokyo, 2021. 110 p.
39. Femiak Ya. M., Zelinskyi A. A. Ensuring the tightness of casing strings in gas wells using
anaerobic sealants. Proceedings of the III International Conference “Modern Research in World Science”. Lviv, 2024.
40. Femiak Ya. M., Zelinskyi A. A. Improvement of casing string tightness in gas wells using anaerobic sealants. Scientific Research and Innovation. Dnipro, 2024.
41. Zelinskyi A. A., Femiak Ya. M. Features of sealing threaded casing connections in direc-tional wells. Modern Research in World Science. Lviv, 2024.
42. Budynas R., Nisbett J. Shigley’s Mechanical Engineering Design. McGraw-Hill, 2015.
43. Timoshenko S. Strength of Materials. McGraw-Hill, 1955.
44. Stavychnyi Ye. M., Femiak Ya. M., Vytyaz O. Yu., Ziaja J. Features of drilling and improv-ing the quality of well cementing in conditions of abnormally low reservoir pressures. Nauka–Technika–Technologia. 2024. DOI: https://doi.org/10.7494/978-83-68219-19-7
45. Stavychnyi Ye. M., Romaniv M. V., Femiak Ya. M. et al. Complex units for sectional cas-ing of oil and gas wells. Naftogazova Energetyka. 2024. No. 2(42). P. 85–98. DOI: https://doi.org/10.31471/
1993-9868-2024-2(42)-85-98
46. Stavychnyi Ye. M., Mykhailiuk V. V., Femiak Ya. M. et al. Application of cement plugs in well construction. Prykarpatskyi Visnyk NTSh. 2024. No. 19(73). P. 155–174. DOI: https://doi.org/10.31471/
2304-7399-2024-19(73)-155-174.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
