Метою дисертаційної роботи є підвищення працездатності різьбових з'єднань трубних колон при експлуатації газових свердловин нетрадиційних покладів за рахунок підвищення міцності та герметичності різьбових з'єднань обсадних та насосно-компресорних труб. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні науково-технічні задачі: 1. Провести аналіз критеріїв працездатності обсадних і насосно-компресорних колон, на основі яких з'ясувати необхідність і напрямки розроблення нових конструкцій муфтових з'єднань обсадних і насосно-компресорних труб і удосконалення методів їх розрахунку. 2. Удосконалити пружно-деформаційну модель обсадних і насосно-компресорних труб та їх різьбових з'єднань. 3. Провести графоаналітичні й теоретичні дослідження конструктивних та експлуатаційних чинників працездатності різьбових з'єднань обсадних та насосно-компресорних труб, створивши варіаційну багатовимірну модель. 4. Розробити методику експериментальних досліджень удосконалених різьбових з'єднань обсадних труб на герметичність та провести їх дослідно- промислові випробування. 5. Створити алгоритм оптимізації геометричних параметрів різьбової частини НКТ. Провести втомні дослідження різьбових з'єднань НКТ з метою прогнозування їх довговічності. Об'єктом дослідження є явище втрати працездатності різьбових з'єднань обсадних і насосно-компресорних колон. Предметом дослідження є міцність і герметичність різьбових з'єднань обсадних і насосно-компресорних колон. Зміст Стор. Вступ 5 Розділ 1. Критерії працездатності обсадних та насосно-компресорних труб 10 1.1 Аналіз відмов трубних колон при бурінні та експлуатації свердловин 10 1.2 Умови експлуатації та критерії працездатності обсадних труб та їх з'єднань 16 1.3 Умови експлуатації та критерії працездатності насосно-компресорних труб та їх з'єднань 22 1.4 Залежність працездатності різьбових з'єднань від конструктивних і технологічних чинників 26 1.4.1 Розрахунок величини крутного моменту згвинчування обсадних труб 26 1.4.2 Вплив натягу на опір втомі різьбових з'єднань 29 1.4.3 Зміна напружень в різьбовому з'єднанні залежно від крутного моменту згвинчування 32 1.4.4 Вплив зарізьбових розвантажувальних канавок на працездатність різьбових з'єднань 35 Постановка задачі 39 Розділ 2. Удосконалення пружно-деформаційної моделі обсадних і насосно-компресорних труб та їх різьбових з'єднань 41 2.1 Внутрішні силові фактори, що виникають в поперечних перерізах елементів різьбового з' єднання при різних навантаженнях 41 2.1.1 Аналіз силових факторів в елементах різьбового з'єднання при розтягнутих трубі та муфті 41 2.1.2 Аналіз силових факторів в елементах різьбового з'єднання при розтягнутій трубі та стиснутій муфті 46 2.2 Аналіз напружено-деформованого стану обсадної труби 49 2.2.1 Постановка задачі 49 2.2.2 Виведення рівнянь осесиметричного напружено-деформованого стану труб 54 2.2.3 Аналіз напружено-деформованого стану труб 57 2.2.4 Часткові випадки напружено-деформованого стану обсадної труби 61 2.3 Визначення напруженого стану труби, зумовленого залишковими деформаціями 65 2.3.1 Розрахункова схема 65 2.3.2 Вихідні співвідношення для визначення напруженого стану труби, зумовленими залишковими деформаціями 69 2.3.3 Оцінення впливу залишкових деформацій на напружений стан труби 71 Висновки до розділу 2 74 Розділ 3. Графоаналітичне дослідження геометричних параметрів різьбових з'єднань труб нафтового сортаменту 76 3.1 Визначення основних параметрів конічних різьб 76 3.2 Визначення величини сумарної діаметральної компенсації похибки кроку, кута профілю і конусності різьби 80 3.3 Оптимізація геометричних параметрів різьбових з'єднань насосно-компресорних труб 87 3.3.1 Розроблення алгоритму оптимізації геометричних параметрів різьбової частини насосно-компресорних труб 87 3.3.2 Методика канонічного перетворення досліджуваної варіаційної багатовимірної графоаналітичної моделі за допомогою двовимірних перерізів 95 3.4 Розроблення графоаналітичної моделі поверхонь зарізьбових розвантажувальних канавок різьбових з'єднань 101 3.4.1 Теоретичне обгрунтування форм поверхонь зарізьбових розвантажувальних канавок 101 3.4.2 Загальний алгоритм розрахунку площ кільцевих ділянок поверхонь зарізьбових розвантажувальних канавок 112 Висновки до розділу 3 120 Розділ 4. Теоретичні дослідження впливу конструктивних та експлуатаційних чинників на працездатність різьбових з'єднань 121 4.1 Розрахунок силових факторів в елементах різьбового з'єднання прирізних способах навантаження 121 4.2 Теоретичні дослідження роботи насосно-компресорних труб у свердловинах з ускладненими умовами експлуатації 134 4.3 Оцінка залишкового експлуатаційного ресурсу насосно-компресорних труб в умовах свердловинної корозії 142 Висновки до розділу 4 146 Розділ 5. Підвищення міцності та герметичності різьбових з'єднань обсадних та насосно-компресорних колон 148 5.1 Розроблення удосконаленого муфтового різьбового з'єднання обсадних труб 148 5.2 Методика дослідно-промислових випробувань удосконалених муфтових з'єднань обсадних труб 154 5.3 Втомні дослідження різьбових з'єднань насосно-компресорних труб 163 Висновки до розділу 5 171 Загальні висновки 172 Список використаних джерел 174 Додаток 182