Метою роботи є підвищення герметичності різьбових з'єднань обсадних колон при спорудженні та експлуатації нафтових і газових свердловин за умов високих тисків і температури. Поставлена мета досягається шляхом вирішення таких задач: 1. Розробка удосконаленої конструкції герметизуючого вузла безупорних різьбових муфтових з'єднань обсадних труб. 2. Розробка математичної моделі напружено-деформованого стану ділянок обсадної труби, муфти і герметизуючого елемента, з'єднаних з натягами. 3. Аналітичні дослідження впливу конструктивних та експлуатаційних чинників на герметичність удосконаленого з'єднання обсадних колон. 4. Експериментальні дослідження герметичності муфтових з'єднань обсадних труб з герметизуючим вузлом під впливом експлуатаційних чинників. 5. Розробка нового ущільнюючого мастила для різьбових з'єднань з високими експлуатаційними властивостями. 6. Розробка методики проектування параметрів герметизуючого вузла муфтових з'єднань для заданих умов експлуатації обсадних колон. ЗМІСТ Вступ 4 Розділ 1 Сучасний етап досліджень поліпшення герметичності різьбових з'єднань обсадних колон 10 1.1. Класифікація причин та аналіз промислових даних про пошкодження обсадних колон при бурінні нафтових і газових свердловин 10 1.2. Вплив конструктивних і технологічних факторів на герметичність різьбових з'єднань обсадних труб 12 1.3. Оцінка основних методів підвищення герметичності різьбових з'єднань обсадних колон 21 1.4. Сучасний стан проблеми із застосування ущільнюючих мастил....27 1.5. Аналіз сучасних методів аналітичних досліджень герметичності та міцності муфтових різьбових з'єднань обсадних труб 32 1.6. Постановка задач дослідження 36 Розділ 2 Аналітична модель пружно-деформованого стану елемен тів муфтового з'єднання обсадних труб з герметизуючим вузлом 38 2.1. Особливості конструкції муф ового різьбового з'єднання обсадних труб із герметизуючим вузлом 38 2.2. Розрахункові схеми навантаження та взаємодії ділянок муфти, труби і герметизуючого елемента в з'єднанні 42 2.3. Залежність кільцевих вигинів стінок ділянок труби від умов навантаження і крайового опирання 46 2.4. Радіальні деформації ділянок муфти, труби і герметизуючого елемента у з'єднанні 58 2.5. Урахування впливу експлуат?'дійних чинників на з'єднання 63 2.6. Методика розрахунку контак, чого тиску 70 Висновки до розділу 2 73 Розділ 3 Аналітичні дослідження впливу експлуатаційних чинників на герметичність муфтового з'єднання обсадних труб 74 3.1. Радіальні натяги різьби і ущільнення при згвинчуванні з'єднання...74 3.2. Вплив внутрішнього тиску на деформації герметизуючого елемента і контактний тиск в ущільненні 81 3.3. Вплив зовнішнього тиску на герметичність з'єднання 86 3.4. Сумісна дія внутрішнього і зовнішнього тисків на ущільнення 90 3.5. Вплив температури на герметичність з'єднання 94 3.6. Вплив осьового навантаження на герметичність ущільнення 100 3.7. Сумісна дія осьової сили, внутрішнього і зовнішнього тисків.. 104 Висновки до розділу 3 109 Розділ 4 Експериментальні дослідження герметичності муфтових з'єднань обсадних труб з герметизч ючим елементом 112 4.1. Мета і завдання досліджень. Вибір дослідних взірців 112 4.2. Обгрунтування матеріалу дослідного герметизуючого елемента.. 113 4.3. Розробка пластичного мастила для герметизації різьб 116 4.4. Забезпечення заданих радіальних натягів у з'єднанні 119 4.5. Обладнання для експериментальних досліджень 122 4.6. Методика проведення експериментальних досліджень герметичності та аналіз їх результатів , 127 Висновки до розділу 4 134 Розділ 5 Методика проектування конструктивно-експлуатаційних параметрів герметизуючого вузла 135 5.1. Проектування геометричних параметрів ущільнення 135 5.2. Проектування конструкції герметизуючого вузла 137 5.3. Визначення натягів ущільнення для заданих умов експлуатації... 142 5.4. Розрахунок параметрів герметизуючого вузла для заданих експлуатаційних умов 157 Висновки до розділу 5 165 Висновки 167 Список використаних джерел 169 Додатки 181