Территория Нефтегаз 1-2.2024

Научная статья

УДК 621.22.018.8
(UDK 621.22.018.8)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ БЕЗМУФТОВОГО РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ВНЕШНИХ (ПЛАСТОВЫХ) ДАВЛЕНИЙ

(MODELLING OF OPERATION OF STREAMLINE THREADED JOINT FOR CASING UNDER CONDITIONS OF HIGH EXTERNAL (FORMATION) PRESSURES)

В данной статье рассмотрено комплексное моделирование условий эксплуатации труб нефтегазового сортамента в скважине с применением камеры наружного давления, имитирующей зависимость давления от глубины залегания углеводородов и плотности вышележащих пород. Произведен конечно-элементный расчет с определением опасных сечений и критических напряжений, возникающих во время работы камеры, подобрана оптимальная комбинация уплотнительных элементов. Доказано, что подобное специальное исследовательское оборудование способно воспроизводить и поддерживать на определенном заданном значении требуемые эквивалентные нагрузки с высокой точностью. В то же время оно обладает рядом важнейших показателей, таких как функциональность, надежность и безопасность. Проведена процедура проверки работоспособности предложенного варианта конструкции с построением графика кривой зависимости давления от времени выдержки при трех различных шагах нагружения с интервалом 40–50 МПа. Изготовлены полноразмерные исследовательские образцы для проведения квалификационных испытаний по стандарту API RP 5C5:2017 с предварительным спеканием резьбоуплотнительной смазки. Оценена герметичность резьбового соединения ТМК UP MOMENTUM FL 193,68×10,92 мм группы прочности Q125 при комнатной и повышенной температурах.

This article reviews comprehensive modelling of operating conditions of oil and gas pipes in a well using an external pressure chamber simulating the pressure dependence on hydrocarbon depth and density of overlying rocks. Finite element calculation with determination of dangerous sections and critical stresses occurring during the chamber operation was performed, and an optimal combination of sealing elements was selected. It has been proven that such specialized research equipment is capable of reproducing and maintaining the required equivalent loads with high accuracy at a specified set point/value. At the same time, it has a number of critical characteristics such as functionality, reliability and safety. The procedure for checking the operability of the proposed design variant was carried out, with plotting of a diagram of pressure dependence on holding time at three different loading steps with an interval of 40–50 MPa. Full-size research samples have been fabricated for conducting qualification tests according to the API RP 5C5:2017 standard with pre-sintering of the thread sealing lubricant. The tightness of the threaded joint of TMK UP MOMENTUM FL 193.68×10.92 mm with the strength category Q125 has been evaluated at room and elevated temperatures.

ПРЕМИАЛЬНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, КАМЕРА НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ, КОМБИНИРОВАННОЕ НАГРУЖЕНИЕ, ГЕРМЕТИЧНОСТЬ, УПЛОТНЕНИЕ, КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

PREMIUM THREADED CONNECTION, EXTERNAL PRESSURE CHAMBER, COMBINED LOADING, TIGHTNESS, SEALING, FINITE ELEMENT MODELING

И.Ю. Пышминцев1, e-mail: igor.pyshmintsev@tmk-group.com;

Д.В. Домов1, e-mail: denis.domov@tmk-group.com;

А.В. Андреев1, e-mail: aandreev@tmk-group.com


1 ООО «Исследовательский центр ТМК» (Москва, Россия).

I.Yu. Pyshmintsev1, e-mail: igor.pyshmintsev@tmk-group.com;

D.V. Domov1, e-mail: denis.domov@tmk-group.com;

A.V. Andreev1, e-mail: aandreev@tmk-group.com


1 TMK R&D Centre (Moscow, Russia).

Пышминцев И.Ю., Домов Д.В., Андреев А.В. Моделирование работы безмуфтового резьбового соединения обсадных труб в условиях высоких внешних (пластовых) давлений // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2024. № 1–2. С. 56–61.

Pyshmintsev IYu, Domov DV, Andreev AV. Modelling of operation of streamline threaded joint for casing under conditions of high external (formation) pressures. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2024; (1–2): 56–61. (In Russian)

Эдер Л.В., Конторович А.Э. Необходимость смены парадигмы развития нефтегазового комплекса в России // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017: сб. материалов XIII Междунар. науч. конгр.: в 2 т. / М-во образования и науки Российской Федерации и др. Новосибирск: СГУГиТ, 2017. Т. 1. С. 16–23.

Короткевич А.И. Энергоэффективность в условиях падающей добычи // Деловой журнал Neftegaz.ru. 2018. № 6 (78). С. 53–57.

Дуркин С.М., Хасанов А.И. Разработка трудноизвлекаемых запасов – основная задача будущего // Известия Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. 2016. № 1 (25). С. 74–79.

Даньшина А.П., Харин В.А. Перспективы нетрадиционных источников углеводородов Оренбургской области // Актуальные проблемы науки и образования в условиях современных вызовов: сб. материалов XIII междунар. науч.-практ. конф. / отв. ред. М.М. Сулейманов. М.: Печатный цех, 2022. С. 12–18.

Рекин С.А., Нургалеев А.Р., Агишев А.Р. и др. Конструкция резьбовых соединений для заканчивания горизонтальных скважин // Бурение и нефть. 2020. № 9. С. 38–41.

Крылов П.В., Ширяев А.Г., Чикалов С.Г. и др. Разработка марок стали для труб повышенной и высокой прочности, стойких к углекислотной коррозии, в хладостойком исполнении // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 12. С. 48–53.

API RP 5C5:2017. Procedures for testing casing and tubing connections. Washington, DC, USA: API, 2017. 197 p.

ISO 13679:2019. Petroleum and natural gas industries – procedures for testing casing and tubing connections // ISO: офиц. сайт. URL: https://www.iso.org/standard/75965.html (дата обращения: 14.01.2024). Режим доступа: после приобретения.

Мозговой Г.С., Милькова С.Ю., Индерейкин М.А. Причины негерметичности обсадных колонн и их соединений и методы их устранения // Булатовские чтения: сб. материалов V междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т. / отв. ред. О.В. Савенок. Краснодар: Издательский Дом – Юг, 2022. Т. 1. С. 410–416.

Yongqiang Z., Li L., Jinfu L., et al. Development of gas-tight threads based on API round threads and its evaluation // Natural Gas Industry B. 2017. Vol. 4, No. 6. P. 463–469. DOI: 10.1016/j.ngib.2017.09.008.

ASTM A370–23. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products // ASTM: офиц. сайт. URL: https://www.astm.org/standards/a370 (дата обращения: 14.01.2024). Режим доступа: после приобретения.

ASTM E21-20. Standard test methods for elevated temperature tension tests of metallic materials // ASTM: офиц. сайт. URL: https://www.astm.org/standards/e21 (дата обращения: 14.01.2024). Режим доступа: после приобретения.

Пышминцев И.Ю., Зиновьев М.В., Домов Д.В. и др. Моделирование условий эксплуатации премиальных резьбовых соединений труб нефтегазового сортамента. Часть 1. Комбинированное нагружение по нормативному документу API RP 5C5 // Газовая промышленность. 2023. № 9 (854). С. 122–132.

Eder LV, Kontorovich AE. The need for change of the paradigm of the oil and gas complex development in Russia. In: Ministry of Education and Science of the Russian Federation Interexpo GEO-Siberia-2017: Proceedings of the XIII International Scientific Congress, Vol. 1, 17–21 April 2017, Novosibirsk, Russia. Novosibirsk, Russia: Siberian State University of Geosystems and Technologies; 2017. p. 16–23. (In Russian)

Korotkevich AI. Energy efficiency in conditions of decreasing production. Business Magazine “Neftegaz.ru” [Delovoy zhurnal Neftegaz.ru]. 2018; 78(6): 53–57. (In Russian)

Durkin SM, Khasanov AI. Development of hard-to-recover reserves – the main task of the future. Proceedings of the Komi Science Centre Ural Branch Russian Academy of Sciences [Izvestiya Komi nauchnogo tsentra Ural’skogo otdeleniya Rossiyskoy akademii nauk]. 2016; 1(25): 74–79. (In Russian)

Danshina AP, Kharin VA. Prospects of unconventional hydrocarbon sources in the Orenburg region. In: Suleymanov MM (ed.) Current problems of science and education in conditions of modern challenges: Proceedings of the XIII International Scientific and Practical Conference, 15 August 2022, Moscow, Russia. Moscow: Print Shop [Pechatnyy tsekh]; 2022. p. 12–18. (In Russian)

Rekin SA, Nurgaleev AR, Agishev AR, Yakunin SA, Slobodin VV. Thread connection design for completion in horizontal well. Drilling and oil [Burenie i neft]. 2020; (9): 38–41. (In Russian)

Krylov PV, Shiryaev AG, Chikalov SG, Pyshmintsev IYu, Chetverikov SG, Rekin SA. Development of steel grades for low-temperature pipes with increased and high strength, resistant to the carbon dioxide corrosion. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2017; (12): 48–53. (In Russian)

API. API RP 5C5:2017. Procedures for testing casing and tubing connections. Washington, DC, USA: API; 2017.

ISO. ISO 13679:2019. Petroleum and natural gas industries – procedures for testing casing and tubing connections. Available from: https://www.iso.org/standard/75965.html [Accessed: 14 January 2024]. (Available upon purchase)

Mozgovoi GS, Milkova SYu, Indereykin MA. Causes of leakage of casing strings and their connections, and methods of their elimination. In: Savenok OV (ed.) Readings of A.I. Bulatov: Materials of V International Scientific and Practical Conference, Vol. 1, 31 March 2022, Krasnodar, Russia. Krasnodar, Russia: Publishing House – South [Izdatel’skiy Dom – Yug]; 2022. p. 410–416. (In Russian)

Yongqiang Z, Li L, Jinfu L, Yin Z, Wang K, Liu J, et al. Development of gas-tight threads based on API round threads and its evaluation. Natural Gas Industry B. 2017; 4(6): 463–469. https://doi.org/10.1016/j.ngib.2017.09.008.

ASTM International. ASTM A370–23. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products. Available from: https://www.astm.org/standards/a370 [Accessed: 14 January 2024]. (Available upon purchase)

ASTM International. ASTM E21-20. Standard test methods for elevated temperature tension tests of metallic materials. Available from: https://www.astm.org/standards/e21 [Accessed: 14 January 2024]. (Available upon purchase)

Pyshmintsev IYu, Zinoviev MV, Domov DV, Stanislavskiy AS, Oreshko EI. Simulation of operating conditions of premium threaded connections for oil and gas pipes. Part 1. Combined loading according to API RP 5C5:2017. Gas Industry [Gazovaya promyshlennost’]. 2023; 9(854): 122–132. (In Russian)
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57