Удосконалення методу герметизації різьбових з’єднань обсадних труб із використанням анаеробного герметика
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/86.023Ключові слова:
обсадна колона, різьбове з'єднання, анаеробний герметик, герметичність, метод скінченних елементів, ANSYSАнотація
Мета. Метою роботи є вдосконалення способу герметизації різьбових з'єднань обсадних колон шляхом застосування анаеробних герметиків та оцінка їх ефективності в умовах експлуатації нафтових і газових свердловин із використанням чисельного моделювання та порівняльного аналізу.
Методика. Дослідження виконано із застосуванням аналітичного огляду, порівняльного аналізу сучасних герметизувальних матеріалів та чисельного моделювання різьбового з'єднання обсадної колони у програмному комплексі ANSYS Mechanical.
Результати. Встановлено, що застосування анаеробного герметика забезпечує стабільну герметичність різьбового з'єднання за осьового навантаження 250 кН та внутрішнього тиску 10 МПа. Максимальні еквівалентні напруження становили 210,11 МПа, а максимальна сумарна деформація – 0,0706 мм, що підтверджує працездатність конструкції в межах пружної деформації.
Наукова новизна. Проведено чисельну оцінку впливу полімеризованого шару анаеробного герметика на напружено-деформований стан різьбового з’єднання обсадної колони. В моделі герметик представлено як деформівний проміжний шар, що взаємодіє зі спряженими поверхнями різьби. Порівняно три розрахункові випадки: без герметика та з герметиком із модулем Юнга 3·106 і 5·106 Па та коефіцієнтом Пуассона 0,40 і 0,45 відповідно. Встановлено залежність між механічними характеристиками герметика та напружено-деформованим станом з’єднання. Максимальне еквівалентне напруження становить 210,11 МПа, сумарне переміщення – 0,0706 мм. Локальні напруження в герметику можуть перевищувати його міцність при розтягу 25–30 МПа та адгезійну міцність до 20 МПа, що вказує на можливість локального пошкодження шару.
Практична значущість. Запропонований підхід може бути використаний під час будівництва, ремонту та експлуатації нафтових і газових свердловин для підвищення герметичності різьбових обсадних з'єднань, зменшення ризику виникнення витоків і порушення цілісності свердловини, скорочення витрат на технічне обслуговування та збільшення строку експлуатації обсадних колон в умовах високого тиску й агресивних середовищ.
Посилання
1. Stavychnyi, Y. M., Femiak, Y. M., Vytyaz, O. Y., Tershak, B. A., & Veliyev, E. F. (2025). Im-proving the reliability of oil and gas well cementing with the applying of composite plugging sys-tems. SOCAR Proceedings, (3), 59–69. https://proceedings.socar.az/uploads/pdf/114/059_069_OGP20250301097.pdf
2. PJSC Ukrgazvydobuvannya. (2018). Oil and gas wells: Casing pipes: Operating procedure (SOU 09.1-30019775-258:2018).
3. OGS—Oil & Gas Systems. (n.d.). Thread compounds technical overview. NOV. https://www.nov.com/products/thread-compound-application
4. Schlumberger. (n.d.). Threaded connection integrity in high-deviation wells [White paper]. https://www.slb.com/resource-library/case-study-with-navigation/co/gas-tight-liner-tieback-north-sea-cs
5. Vallourec. (2020). VAM® premium connections running book.
6. Khomyak, O. P. (2022). Analysis of the effect of screwing forces on the tightness of threaded joints of casing pipes. Bulletin of IFNTUOG, (1), 55–61.
7. American Petroleum Institute. (2018). Specification 5CT: Casing and tubing (10th ed.). API Pub-lishing Services.
8. Derzhspozhyvstandart of Ukraine. (2003). Oil and gas wells: Terms and definitions of concepts (DSTU 4149-2003).
9. Kushnir, P. M., & Tkachuk, V. S. (2021). Analysis of the effectiveness of sealants in threaded joints of casing strings. Oil and Gas Business, 3, 68–75.
10. NOV Tuboscope. (n.d.). Thread compound reference guide. https://www.nov.com/products/thread-compounds
11. COMSOL. (n.d.). Thread sealing simulation example. COMSOL Multiphysics Application Gal-lery. https://www.comsol.com/model/thread-sealing-13971
12. voestalpine Tubulars. (2021). Premium connections VAGT® technical catalogue.
13. Ansys, Inc. (n.d.). Simulating threaded connections with nonlinear contact. https://www.ansys.com/blog/simulating-threaded-connections
14. Fedorenko, I. V. (2020). Calculation of tightness of threaded pipe joints under varying pressure. Technical Mechanics, (2), 17–23.
15. International Organization for Standardization. (2019). Petroleum and natural gas industries—Procedures for testing casing and tubing connections (ISO Standard No. 13679:2019).
16. Femyak, Y. M. (2021). Well drilling technology and techniques: A tutorial. IFNTUOG.
17. Baker Hughes. (n.d.). Drilling products: Thread sealant series. https://www.bakerhughes.com/drilling/products/thread-sealants
18. Femyak, Y. M., & Zelinsky, A. A. (2024). Improving the tightness of casing columns in gas wells with the help of anaerobic sealants. In Proceedings of the III International Scientific and Practical Internet Conference “Scientific Research and Innovation” (April 18–19, 2024, Dnipro, Ukraine).
19. DNV GL. (2019). Design of seal systems for subsea use (DNV-RP-F112).
20. Stavychnyi, Y. M., Femiak, Y. M., Vytyaz, O. Y., Tershak, B. A., Plytus, M. M., Klymyuk, M. M., & Kindrat, V. V. (2025). Research of cement stone permeability based on composite plug-ging material for oil and gas wells. Journal of Physics and Chemistry of Solid State, 26 (3), 480–488. https://doi.org/10.15330/pcss.26.3.480-488
21. Smith, A., & Patel, R. (2019). Enhancing threaded connection integrity using advanced sealants. Journal of Petroleum Science and Engineering, 178, 112–120.
22. Ansys, Inc. (2022). Ansys Mechanical user’s guide (Version 2022 R2).
23. Nguyen, T., et al. (2021). Finite element analysis of thread engagement in high-pressure oilfield applications. SPE Journal, 26(3), 276–284.
24. Collection of normative documents of IFNTUOG on well fastening. (2023). IFNTUOG.
25. International Organization for Standardization. (2004). Evaluation and testing of thread com-pounds for use with casing, tubing, and line pipe (ISO/TS mass:2004).
26. Bondarenko, A. I., & Kovalchuk, S. V. (2021). Modern methods of increasing the tightness of threaded pipe joints. Oil and Gas Industry of Ukraine, (4), 43–49.
27. International Organization for Standardization. (2020). Petroleum and natural gas industries—Steel pipes for use as casing or tubing for wells (ISO Standard No. 11960:2020).
28. Kysil, A. Y. (2020). Sealing of threaded pipe joints: An overview of modern methods. Bulletin of the Oil and Gas Industry, 4(60), 45–50.
29. Henkel. (n.d.). LOCTITE® 577 thread sealant [Technical data sheet]. https://www.henkel-adhesives.com/sg/en/product/thread-sealants/loctite_577.html
30. Piatkivskyi, S., Stavychnyi, Y., Femiak, Y., Tershak, B., Ahafonov, D., & Kovbasiuk, M. (2024). Well rehabilitation is a promising area for increasing hydrocarbon production. Strojnícky časopis – Journal of Mechanical Engineering, 74(1), 141–158. https://doi.org/10.2478/scjme-2024-0015
31. American Petroleum Institute. (2017). API Specification 5B: Threading, gauging, and inspection of casing, tubing, and line pipe threads.
32. 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).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
