API圆螺纹套管及接箍螺纹紧密距释疑.doc

API圆螺纹套管及接箍螺纹紧密距释疑卫遵义吉玲康董秋莹宋治摘要简单介绍了API圆螺纹套管及接箍螺纹紧密距检验时所使用的螺纹量规的结构特点，着重阐述了套管及接箍螺纹控制和检验紧密距参数时，易被忽视和误解的有关长圆螺纹的凸出量、紧密距P和P1的正负、手紧紧密距牙数A及短圆螺纹套管紧密距的修正等几个问题。并给出圆螺纹套管及接箍螺纹正确的检验程序，以避免检验紧密距时产生误判。主题词紧密距圆螺纹套管套管接箍量规检验Explanation of doubtful points of API round thread casing and coupling thread standoff.Wei Zunyi, Ji Lingkang, Dong Qiuying, et al.(Tubular Goods Research Center of CNPC, Xian)CPM, 1999, 27(10): 3537This article introduces briefly the design feature of thread gauges used in the inspection of API round thread casing and coupling thread standoff, and expounds some questions relating to the extending amount, the positive and negative sign of standoff P and P1, the thread number of hand tight standoff A and the revising of short round thread standoff, which may be ignored easily in the control and inspection of the casing and coupling standoff. The article also gives the right inspecting procedure of the threads of round thread casing and coupling to avoid erroneous judgement in the course of standoff inspection. Subject Concept Termsstandoffround thread casingcasing couplinggaugeinspection前言API圆螺纹套管的螺纹连接部位是最薄弱的环节。螺纹连接的质量直接影响套管柱的结构完整性和密封完整性，而螺纹加工的精度又是螺纹连接质量的重要影响因素之一。套管螺纹加工和检验依据的标准主要是文献1，其中关于螺纹质量的控制指标多达十余项。螺纹单项参数，如锥度、螺距、齿高、牙型角等用螺纹单项参数测量仪很容易测量，测量的结果直观，不需要处理数据；而综合反映各单项参数(主要是中径)及表面加工质量的最重要的一个参量是紧密距，紧密距的检验须用圆螺纹套管工作量规。由于要考虑量规的结构型式及与校对规的传递值S1、P1，以及接头螺纹的长、短，套管的壁厚、钢级等，需要对测量数据进行必要的判断和处理，才能获得所要的紧密距。因对API有关标准的某些概念理解不十分准确，同时检验使用的螺纹量规结构不尽相同，在生产控制和检验中有可能出现一些易被忽视和误解的问题而影响生产控制或产品检验，甚至造成不应有的经济损失或质量误判。因此，在实际工作中如何科学、准确、有效地控制和检验各种圆螺纹套管及接箍螺纹紧密距参量，将是笔者着重阐述的内容。API圆螺纹套管量规在文献1中，外径尺寸相同的圆螺纹套管的检验量规只有一种，且都是按照某种短圆螺纹的尺寸设计的，也就是说，量规的基本尺寸L4、L1、E1与对应的短圆螺纹套管的基本尺寸L4、L1、E1相同。圆螺纹套管量规的尺寸结构如图1所示。各种量规的结构尺寸可查阅文献1。图1圆螺纹套管量规尺寸结构示意图目前，国内使用最多且最有代表性的API圆螺纹套管工作量规主要有3种，一种是宝鸡石油机械厂生产的；一种是日本黑田精工株式会社生产的；还有一种是美国PMC公司生产的。宝鸡石油机械厂生产的量规外型结构无任何标识，使用时必须测量实际数据后才能判断紧密距是否合格；日本和美国生产的量规外型结构带有紧密距上下限识别刻线或台肩，能直观地判断紧密距是否合格，使用方便。但当量规磨损量较大时，识别标记位置须作相应调整才能继续使用。易忽视与误解的几个紧密距参量紧密距(stand-off)指在规定的扭矩或条件下，旋合的内外锥体螺纹或量规上规定的基准面之间的轴向距离，是螺纹作用中径的间接反映(螺纹单项参数偏差很小时，作用中径近似于实际中径)。套管外螺纹的紧密距P1是工作环规小端基准面至管子端面的距离，而接箍内螺纹的紧密距(S1-S)+A是工作塞规台肩面至接箍端面的距离。套管外螺纹与接箍内螺纹紧密距值允许偏差范围均为1牙(3.175mm)。测量示意图见图2。测量时，有几个易被忽视和误解的紧密距参量。图2紧密距测量示意图1.将凸出量误认为紧密距文献1指出，当用短圆螺纹环规检验长圆螺纹套管时，管子端面将凸出环规小端，凸出量基本尺寸为(L1长-L1短)-P1。实际检验时，人们易将凸出量误认为是紧密距值。其实，此时测量的凸出量不是工作环规和外螺纹接头规定的基准面之间的距离。真正的环规基准面应是环规小端面向小端方向平移L1长-L1短的距离的位置，也就是说短圆螺纹环规检验长圆螺纹套管时其环规长度不够。在量规规范里规定环规长度为L4-S，对所有规格的圆螺纹套管量规S均相同(9.525mm)，但长圆螺纹和短圆螺纹套管L4却相差较大，且L1长-L1短L4长-L4短。按道理应分别制作长短圆螺纹量规，但这样会造成不必要的浪费。美国和日本工作环规的小端面一般带有专门检验长圆螺纹套管紧密距的台肩座(已平移过)，若用该环规检验长圆螺纹套管，其台肩座上的基准面与管端的距离才是所测的紧密距。要将凸出量换算成紧密距，应将L1长-L1短值减去实测的凸出量。凸出量的大小与紧密距的大小趋势正好相反，在检验中，要么给出紧密距，要么给出凸出量，不能将两者混为一谈。2.将紧密距P和P1的正、负号颠倒无论是量规检验还是外螺纹接头检验，只要塞规或外螺纹接头小端凹于环规小端基准面，紧密距P或P1为正，反之为负1，2。对于量规，P和P1分别表示校对规小端自配紧密距和工作环规与校对塞规的传递紧密距；对于接头，P和P1分别表示用校对环规和工作环规检验外螺纹接头所得的紧密距。有少数人由于对紧密距概念理解不同，对正、负号规定截然相反，甚至在量规出厂合格证上也作此规定。因此，用户在使用国产圆螺纹套管工作量规时，一定看清证书上正、负号的规定，以免造成误判。3.忽视钢级不同手紧紧密距牙数A的不同文献1中，对于外径相同但钢级有别的圆螺纹套管，其手紧紧密距牙数A稍有差异，较高钢级比较低钢级多1/2牙，即1.588mm。人们往往对标准不仔细查照，将不同钢级的同规格套管接箍按相同的A值控制。国内某生产厂的套管螺纹加工设备、检验量规从国外某公司引进，加工主程序也由该公司编制。由于这家公司在编程时失误，对加工9LCSG长圆螺纹套管接箍螺纹的主要参数设置没有考虑N80钢级和P110钢级的区别(标准规定N80以下A3牙，P110以上A4牙)，加之紧密距检验用量规(塞规)上的上下限范围识别刻线也仅适用于N80钢级以下套管接箍螺纹，所以工厂生产P110钢级接箍时紧密距仍按N80钢级接箍控制。实质上是将P110钢级接箍螺纹紧密距公差带向下平移了1/2牙。从统计规律讲，紧密距值波动范围基本服从正态分布，也就是说紧密距中值(平均值)比设计值约小1/2牙(1.588mm)，相应螺纹中径中值(平均值)比设计值大约0.099mm(套管螺纹锥度1/16)。尽管两种钢级紧密距公差均为1牙，其公差带有3/4重合，但仍有少量P110钢级接箍紧密距可能超出下偏差。根据文献3，外径244.5mm、壁厚11.05mm套管的接箍连接时的最佳扭矩是P110钢级比N80钢级高2110ft-1b(2861N.m)，一方面是由于前者材料的强度水平比后者高4，另一方面是由于前者比后者设计的螺纹啮合时径向过盈量大。工厂目前普遍采用扭矩-圈数同时控制的方法上扣，圈数靠测量J值(内控公差为12.76.35mm)来控制，旋入圈数越多，J值越小。所以对所述接箍在连接时如要满足扭矩要求(即达到规定的过盈量)，J值就容易超下偏差，废品率相应增加。油田在检验时若用美制量规，也应注意上述问题，否则会造成部分产品误判。正确的办法是在塞规上另作三条刻线，即将原三条刻线向小端平移1.585mm，供检验较高钢级接箍时使用。这几种量规是9CSG、10CSG、11CSG、13CSG、20CSG。若用国产或日制量规，确定(S1-S)+A时要注意不同钢级A的区别。外螺纹接头虽然钢级不同，其L1和E1，M值稍有差别外，但经折算，即可发现其螺纹尺寸完全一致，紧密距P1检验时环规小端面的上下限识别台肩座对不同钢级均适用。4.忽视短圆螺纹套管紧密距的修正文献1中，有5种外径规格的短圆螺纹套管，对同一外径的短圆螺纹套管，根据壁厚的不同，又可分为两种不同的短圆螺纹套管，其L4、L1、L2、J等尺寸均不同。圆螺纹套管量规是按某一种规格的短圆螺纹套管尺寸制作的，环规长度为L4-S，当用环规检验这种短圆螺纹套管接头时，理论上环规小端面与管子端面平齐，两端面之间的距离是套管接头的紧密距，其允许变化范围才为P13.175mm。当用它检验另一种短圆螺纹接头时，由于套管接头的L4与量规的不同，有一差值L4，两端面的距离实际不是紧密距。此时，环规的小端面不是量规的基准面，实测的凸出(凹入)量的允许变化范围更不是P13.175mm，需经修正后才是紧密距，方可用允许变化范围P13.175mm来判定是否合格。关于这一点，标准没有明确指出，人们往往容易忽视，误以为只要是短圆螺纹套管就直接用短圆螺纹环规检验，结果可能会造成误判。若用带台肩座的进口环规，其紧密距上下限台肩识别标记也不适用，需要测量台肩座上Basic基面与管子端面的距离再修正。工厂生产控制和检验，也可制作不同的台肩座随时更换。表1列出5种特殊规格的API标准短圆螺纹套管及紧密距修正方法。其它短圆螺纹套管按正常程序检验。表15种特殊规格短圆螺纹套管紧密距修正表外径(mm)公称质量(kg/m)壁厚(mm)接头L4与量规L4之差L4(mm)管子端面凸出或凹入环规端面L4(mm)经修正后实际紧密距(mm)紧密距允许变化范围(mm)114.3除14.15以外除5.21以外15.875凸15.87515.875-实测值P13.175127.017.135.59-6.350凹6.350实测值-6.350P13.175177.825.325.87-19.050凹19.050实测值-19.050P13.175219.135.756.71-9.525凹9.525实测值-9.525P13.175273.148.787.09-19.050凹19.050实测值-19.050P13.175结论(1)短圆螺纹环规检验长圆螺纹套管时管端凸出量不等于紧密距，大小趋势与紧密距值正好相反，凸出量经修正后才是紧密距。(2)P和P1的正负号不能颠倒，管子(塞规)凹入环规小端面为正，反之为负。(3)不同钢级的244.5mm(9英寸)等几种长、短圆螺纹套管接箍手紧紧密值牙数A有差别，生产控制和检验时一定要分清楚。(4)同种外径的几种短圆螺纹套管紧密距，在生产控制和检验时要注意公称重量(壁厚)不同，对测量值进行修正，才可得到所需的紧密距。 作者单位：中国石油天然气集团公司石油管材研究所参考文献1American Petroleum Institute.API SPECIFICATION STANDARD 5B,Specification for Threading,Gauging and Thread Inspection of Casing,Tu