تحلیل تنش و بهبود طراحی اتصالات لوله های حفاری دورانی با رویکرد عمر خستگی

در سال های اخیر دسترسی آسان به منابع نفت و گاز طبیعی به علت بهره برداری و استخراج مستمر به طور چشمگیری کاهش پیداکرده است. لذا بسیاری از حوزه های میادین نفتی وارد فاز تولید و بهره برداری از چاه های عمیق و استفاده از روش حفاری انحرافی و افقی شده اند. با این حال، به علت پیچیده تر بودن شرایط در این گونه چاه ها، اغلب رشته حفاری دچار شکست می شود. این شکست در ناحیه اتصال رشته ها به عنوان ضعیف ترین حلقه به وقوع می پیوندد. در این پژوهش، با درنظرگرفتن شرایط یک چاه نفت واقعی به بررسی اتصال استاندارد API NC46 پرداخته می شود. هدف، بررسی ضعیف ترین نقاط در مجموعه رشته حفاری و ارائه راه کار عملی و اقتصادی جهت افزایش طول عمر آن هاست. نتایج نشان می دهد که بیشترین تنش در اولین رزوه درگیر در پین و آخرین رزوه درگیر در باکس متمرکزشده که این نواحی را آسیب پذیرتر می کند. در ادامه با استفاده از بهینه سازی پارامترهای اساسی اتصال شامل شکل هندسی رزوه ها، میزان گشتاور محکم کردن و طرح آب بندی داخلی شانه ها در اتصالات حفاری، طرح جدیدی ارائه می شود که طول عمر خستگی بالاتری نسبت به اتصال حفاری استاندارد API مشابه خود دارد. ماکزیمم ضریب تمرکز تنش اتصالات بهبودیافته در مقایسه با اتصالات استاندارد به طور نسبی کاهش یافته و مقدار آن از 3.47 به 2.86 می رسد. تست های تجربی نیز نشان می دهند که عمر خستگی اتصالات بهبودیافته نسبت به اتصالات استاندارد به طور میانگین 2.3 برابر می شود.