Метою роботи є забезпечення надійної експлуатації елементів бурильної колони шляхом удосконалення методів прогнозування їх ресурсу. Для досягнення мети необхідно виконати такі завдання: 1) провести аналіз причин відмов бурильних труб та їх з'єднань у процесі буріння свердловин; 2) удосконалити методи оцінки напружено-деформованого стану різьбових з'єднань бурильних труб; 3) виконати експериментальні дослідження втомного ресурсу трубної сталі та елементів бурильної колони при блоковому навантажуванні; 4) провести корозійно-електрохімічні дослідження поведінки трубної сталі в середовищі бурового розчину та впливу поверхневої захисної плівки на корозійні процеси; 5) удосконалити методи прогнозування втомного ресурсу елементів бурильної колони; 6) впровадити методи і засоби забезпечення надійної роботи бурильної колони у виробництво. Об'єкт дослідження - напружено-деформований стан різьбових з'єднань елементів бурильної колони, втомне і корозійне їх пошкодження. Предмет дослідження - метода прогнозування ресурсу елементів бурильної колони. ЗМІСТ ст. ВСТУП 4 РОЗДІЛ 1 СТАН ПРОБЛЕМИ ТА ВИБІР НАПРЯМКУ ДОСЛІДЖЕННЯ 9 1.1 Умови роботи бурильної колони 9 1.2 Аварійність елементів бурильної колони 10 1.3 Напружено-деформований стан бурильної колони та її елементів 16 1.4 Аналіз методів прогнозування ресурсу бурильних труб та їх з'єднань 21 1.5 Використання компоновок низу бурильної колони із гнучкою ланкою для забезпечення надійності колони 26 1.6 Висновки до розділу 1 та постановка завдань досліджень 31 РОЗДІЛ 2 ОЦІНКА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ТА ВТОМНОГО РЕСУРСУ ЕЛЕМЕНТІВ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ 33 2.1 Тривимірне імітаційне моделювання різьбових з'єднань бурильних труб 33 2.1.1 Основні етапи та принципи моделювання в програмному комплексі ANSYS Workbench 34 2.1.2 Побудова геометричної моделі замкового різьбового з'єднання 36 2.1.3 Задания властивостей матеріалів 39 2.1.4 Генерування сітки скінченних елементів 40 2.1.5 Прикладання навантажень і закріплення моделі 44 2.1.6 Вибір параметрів скінченно-елементного аналізу 45 2.2 Розподіл нормальних напружень по довжині різьби 48 2.3 Удосконалення методу прогнозування ресурсу бурильних труб на основі С-критерію 57 2.4 Висновки до розділу 2 63 РОЗДІЛ З ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РОЗРАХУНКОВІ МЕТОДИ ПРОГНОЗУВАННЯ ВТОМНОГО РЕСУРСУ БУРИЛЬНИХ ТРУБ ІЗ УРАХУВАННЯМ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОГО НАВАНТАЖУВАННЯ 65 3.1 Дослідження кінетики втомних тріщин матеріалу бурильних труб з урахуванням пікових перевантажень 65 3.2 Експериментальні дослідження втомного ресурсу натурних елементів бурильної колони 76 3.3 Удосконалення методу прогнозування втомного ресурсу бурильних труб із урахуванням експлуатаційного навантажування 84 3.3.1 Визначення параметрів кривої втоми бурильних труб при мало- і багатоциклових навантажуваннях 85 3.3.2 Підсумовування втомних пошкоджень за широкого діапазону режимів навантажування 90 3.4 Висновки до розділу 3 95 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБЛЕННЯ ЗАХОДІВ ТА ЗАСОБІВ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕМЕНТІВ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ 97 4.1 Корозійно-електрохімічна поведінка трубних сталей у середовищі бурового розчину 97 4.2 Забезпечення надійної експлуатації бурильної колони за використання пружних муфт 107 4.3 Висновки до розділу 4 121 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 122 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 125 Додаток А Додаток Б 142