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API油套管螺纹检测 西安摩尔石油工程实验室有限公司任师亮 1 目录 一 石油用管概况二 API螺纹简介三 API5B 油 套管螺纹检验 四 API5CT 油 套管螺纹相关内容 五 API螺纹失效 2 一 石油用管概况 石油管主要包括油井管和输送管两大类 油井管主要包括套管 油管 钻杆 钻铤 方钻杆及其构件 钻杆接头 转换接头和短节等 输送管主要包括输送油 气 水 矿浆等的钢管 包括不锈钢管 复合管 PV管材等 油井管贯穿钻井 完井 采油 气 和储运工程的各个环节 油井管 OCTG 油套管 钻具 油套管 管线管 钻具 石油专用管 油井管 3 1 油井管用途 油管 油气自井底至井口的采收通道 规格范围为1 05 41 2 钢级 J55 K55 N80 P110等 API5CT规定 规格大于4 1 2但小于10 3 4 代号1 的套管可由购方规定用作油管套管 防止地层塌陷 保护油管 与油管通过封隔器将油气层与环形空间隔开 可分为表层套管 生产套管 即油层套管 技术套管 异常压力用 范围为41 2 20 以51 2 7 95 8 LC STC BC为多 钢级 J55 N80 P110等 钻具 钻杆 钻铤 方钻杆 转换接头等 传递动力给钻头 破碎岩石 高压泥浆进入井底的通道 钻杆范围27 8 51 2 以5 内外加厚为多 钢级 E75 G105 S135等 4 2 油气输送管 油气输送管 输送油气的通道 油气输送管 5 3 API油套管规范 APISpec5CT 第九版 2011年7月 套管和油管规范APISpec5B 第15版 2008年4月 套管 油管和管线管螺纹的加工 测量和检验规范APIRP5C1套管和油管的维护与使用推荐作法APIRP5A3螺纹脂推荐作法APIRP5B1套管 油管和管线管螺纹的测量和检验推荐作法 6 二 API螺纹简介 APISpec5B 第15版 2008年4月 套管 油管和管线管螺纹的加工 测量和检验规范 其内容包括对API螺纹量规的尺寸和标记要求 以及用于检验管线管 圆螺纹套管和油管 偏梯形螺纹套管和直连型套管的连接螺纹和量规的仪器和方法 APISpec5B规范适用于按API标准生产的产品 螺纹的锥度 螺距 牙型高度 牙型角和牙侧角的测量方法适用于每英寸牙数不多于11 1 2牙的螺纹 所列不带公差的螺纹尺寸仅作为连接设计的依据 不须进行测量以确定产品接收或拒收 7 1 API油套管螺纹连接形式 接箍连接无接箍连接 已逐步淘汰 8 2 API螺纹类型 螺纹类型图 API螺纹 TBG UPTBG LCSG CSG BCSG LP 管线管螺纹 LC SC BC NU EU 钻具螺纹 数字型 正规型 内平型 贯眼型 NC REG IF FH 已逐步淘汰 特殊螺纹 油管螺纹 套管螺纹 油管不加厚 油管外加厚 圆螺纹 长圆螺纹 短圆螺纹 直连型 偏梯螺纹 XC 9 2 API5B定义 应 shall 用以表示规定是强制性的宜 should 用以表示规定不是强制性的 而是推荐作为好的方法 可 may 用以表示规定可供选择 缺欠 imperfection 按适用标准所提供的方法检验出的产品上的不连续处或不规则处 缺陷 defect 具有足够大尺寸的缺欠 并且按照适用标准的规定成为产品拒收的依据 10 2 API5B螺纹术语 一 锥度 圆螺纹和管线管螺纹锥度的定义是螺纹中径的增加量 偏梯形螺纹锥度的定义是沿外螺纹小径圆锥和内螺纹大径圆锥直径的变化量 所有螺纹的锥度公差按in in表示 锥度偏差也必须按此确定 螺距 螺距的定义是螺纹上某一点至相邻螺纹上对应点之间的距离 螺距公差的表示方法有 每英寸 和 累积 两种 螺距误差也必须按此确定 对于测量间距超过1in者 测得的偏差应以每英寸计算 牙型高度 齿高 牙型高度的定义是 螺纹牙顶与螺纹牙底之间垂直于螺纹轴线的距离 牙型角度 螺纹牙型角的定义是 螺纹牙型上 两牙侧面之间的夹角 螺纹牙侧角的定义是螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂面间的夹角 对于60 对称螺纹 其牙侧角等于牙型角的一半 因此 两牙侧角相等 偏梯形螺纹的引导牙侧角为10 跟随牙侧角为3 11 2 API5B螺纹术语 二 LC 从管端起全顶螺纹最小长度紧密距 1 手紧紧密距 A 是两个具有相同标称值的部件在没有产生机械过盈时的名义上紧位置 2 手紧紧密距 A 是基本机紧上扣的基本留量 L4 管端至螺纹消失点总长度A1 管端至三角形标记长度螺尾 螺纹消失点处 Q 接箍镗孔直径q 接箍镗孔深度W 接箍外径NL 接箍最小长度b 接箍承载面宽度E1 手紧面处中径 12 3 API5B螺纹牙型 圆螺纹 13 3 API5B螺纹牙型 偏梯螺纹 14 4 API5B螺纹上扣示意图 圆螺纹 15 4 API5B螺纹上扣示意图 偏梯螺纹 16 5 1 API螺纹参数 NU 17 5 2 API螺纹参数 EU 18 5 3 API螺纹参数 STC 19 5 4 API螺纹参数 LC 20 5 5 API螺纹参数 BC 21 5 6 套管长 短圆螺纹量规尺寸 22 三 API5B 油 套管螺纹检验 APISpec5B 第15版 2008年4月 套管 油管和管线管螺纹的加工 测量和检验规范 对螺纹的加工 测量和检验有详细的规定 APIRP5C1套管和油管的维护与使用推荐作法 对螺纹拧接扭矩 现场使用 运输等有详细的要求 23 1 API油套管加工工序 API油套管加工工序 外螺纹 内螺纹 螺纹加工 打印标记 螺纹加工 磁粉探伤 表面磷化 轧管 接箍拧接 管端通径 喷标刷漆 包装挂标 热处理 探伤 水压 人检 入库 24 2 单位换算 公制单位mm m 1m 1000mm美国惯用制单位in ft 1ft 12in 1in 8分公英制单位换算1in 25 4mm 1ft 304 8mm 1in 0 0254m 1ft 0 3048m 25 3 检验注意事项 所有仪器应当在校检有效期限内所有的仪器均应置于与被检验产品相同的温度条件下 并保持足够时间以消除温差 操作时应十分谨慎 以保持按本规范进行检验所要求的高准确度和精度 任何仪器若不慎被摔或受剧烈震动 就应进行重新校准或与已知精度的计量基准对比 重新确定其精度 否则不能用于检验 检验前 所有螺纹都应彻底清洗 测量位置 第一牙完整螺纹和最后一牙完整螺纹之间测量间距 以1 2in或1in为间距进行螺纹的长度应平行于螺纹轴线测量 螺纹牙型高度与圆锥直径应大致垂直于螺纹轴线测量 偏梯形内螺纹 外螺纹的螺距应大致沿中径圆锥平行于螺纹轴线测量 偏梯形外螺纹锥度应沿小径圆锥 偏梯形内螺纹锥度沿大径圆锥在其直径上测量 当使用锡或其它塑性涂层 其厚度超过0 001in 0 0254mm 时 螺纹的公差和紧密距要求仅适用于无涂层螺纹 26 4 检验工具 齿高表 环规 塞规 外锥表 内锥表 螺距表 齿高标块 螺距标块 螺尾规 卡尺 深度尺 27 5 检验工具溯源 螺纹单项参数由低到高溯源关系依次为 一般几何尺寸由低到高溯源关系依次为 油套管紧密距由低到高溯源关系依次为 28 6 仪器测头的选取 29 7 螺纹外观检查准则 在自管端的完整螺纹最小长度 Lc 范围内 以及从镗孔端面到距接箍中心J 1牙的平面或者到距整体接头油管内螺纹小端J 1牙的平面之间的间隔内 螺纹应无明显的撕裂 刀痕 磨痕 台肩或破坏螺纹连续性的任何其它缺欠 对偶然出现的表面刮痕 轻微凹痕和表面不规则 若不影响螺纹表面的连续性 可以不视为有害 由于难以确定表面刮痕 轻微凹痕和表面不规则及其对螺纹性能的影响程度 因此也不能把此类缺欠作为管子判废的依据 作为验收准则 最关键的考虑是要保证螺纹上不存在能使接箍螺纹保护涂层剥落或损伤啮合面的明显凸点 允许手工精修螺纹表面 在Lc长度与螺纹消失点之间允许存在缺欠 只要其深度不延伸到螺纹的牙底圆锥以下 或者不大于规定壁厚的12 5 从缺欠延伸处的管子表面测量 允许深度取两者中较大的 在此区域内 允许进行磨削修整以消除缺陷 磨削深度的极限与该区域的缺欠深度相同 缺欠还包括其它不连续处 如折叠 凹坑 刀痕 压痕和搬运损伤等 还可能遇到微坑和污渍 但不一定是有害的 由于微坑和污渍及其对螺纹性能的影响程度也难以确定 因此也不能把此类缺欠作为管子判废的依据 作为验收准则 最关键的考虑是要去掉螺纹表面的任何腐蚀产物而不存留泄漏通道 不允许采用磨锉方法来消除凹坑 30 8 内 外倒角 管端外倒角 60 应如图1 3 5和8所示 必须保证在管端360 圆周上完整 倒角直径的选择应使螺纹牙底凹槽在倒角面上而不是在管子端面上消失 并且不能出现刀口状的棱边 88年以前5B对内倒角未作要求 88年以后才有箭头说明 要求倒角 31 9 锥度测量 锥度测量步骤 固定的球形测头应置于末牙完整螺纹的牙槽内 活动测杆上的球形测头置于直径对侧同一螺纹的牙槽内 固定测头保持不动 活动测头作小圆弧摆动 调节指示表 使零位与最大读数重合 以同样的方法 沿同一条圆锥母线在完整螺纹全长范围内按规定的间距进行连续测量 连续测量值之差值即为该段螺纹的锥度 锥度的表示方法 单位不同 表示方法不同1 16 0 0625 3 4 62 5 in in in ft mm mm mm m 32 10 螺尾测量 仅用于偏梯型螺纹 螺尾量规的指示表应先设置零位 对于规格不大于13 3 8者 应以平面作为校正基准 对于规格不小于16者 应以完整螺纹牙底作为校正基准 在校正量规前 应检验这些完整螺纹牙底的锥度是否合适 如果最后一螺纹牙槽不大于从管端至上紧三角形顶点的距离 A1 0 375 in 那么此处螺纹必须是真实的螺尾螺纹 螺纹的螺尾应在螺纹终止处或上紧三角形顶点处测量 取两者中较短者 测量方法是 将螺尾螺纹规测头置于螺纹终止之前90 或三角形顶点之前90 沿圆周方向1 4圆周 处的牙槽内 然后顺时针方向旋转该量规 直至测头离开螺纹牙槽或者超过三角形标记的顶点 如果指示表读数不大于 0 005in 则螺尾螺纹视为合格 33 11 螺距测量 使用前 安装和调整固定测头 使测头间距等于待测螺纹的间距 当用标准样板检查量规时 应将量规指示表调零 当使用螺距量规测偏梯型螺纹样板时 必须细心操作 保证测头接触在牙底和3 牙侧面上 量规的球形测头应置于相应的螺纹槽内 并以固定测头为轴心在测量线的两侧旋转一小圆弧 最小的正读数 或最大的负读数 就是螺距误差 在偏梯形套管螺纹上 应对量规施加一轻微的力 使固定测头在测量时同时接触螺纹的3 牙侧面和牙底 施力的方向应朝着外螺纹的小端方向或内螺纹的大端 螺距的表示方法 mm in mm 25 4m in in 34 12 牙型高度的测量 管线管和圆螺纹高度量规测头应呈锥形 最大锥角50 且不得与螺纹牙侧接触 偏梯形螺纹牙型高度量规的测头可以使用锥形测头或球形测头 但直径不能大于0 092in 且测头不得接触螺纹牙侧 量规应根据所测螺纹的型式采用相应U型槽校正 量规测头置入相应槽内时 应将确定牙型高度偏差的指示表调整到零位 将确定牙型实际高度的量规指示表示值调整到螺纹牙高对应的数值 对于V型螺纹和圆螺纹 量规还应根据所测螺纹类型置入相应的V型槽内比对 量规在校对块的V型槽与U型槽校的读数变动不得超过0 0005in 如果不是这样 测头可能已磨损 应予以更换 35 13 牙型高度及校对块槽深 36 14 螺纹牙型角 螺纹牙型角的定义是 螺纹牙型上 两牙侧面之间的夹角 螺纹牙侧角的定义是螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂面间的夹角 对于60 对称螺纹 其牙侧角等于牙型角的一半 因此 两牙侧角相等 偏梯形螺纹的引导牙侧角为10 跟随牙侧角为3 牙型角应使用角度光学比对显微镜或其它更为精密的仪器装置测量 作为替代方法 可使用经过适当校准的 配备了已知准确度的标准轮廓投影纸和记录曲线图的精密螺纹轮廓测量仪进行测量 37 15 螺纹综合检验 紧密距 任何一家制造厂 只要其产品使用API5B规范规定的任何一种螺纹 就应拥有相应规格和类型的螺纹校对量规 检查产品螺纹时 应尽量少用校对量规 用校对量规检查产品螺纹 应该仅限于用其复验工作量规后仍不能解决争议的情况下 在产品螺纹上直接使用校对量规时需十分谨慎小心 产品螺纹的制造厂还应具备符合要求的用于测量产品螺纹的工作量规 并应将所有的工作量规保持在这样的状态 即确保按要求测量合格的产品螺纹符合本规范 制造厂应制定一整套用于测量API螺纹生产的每件工作环规和塞规磨损 工作量规与校对量规互换紧密距 的程序 这套程序应包括详细的操作过程 磨损的测量频度以及工作环规和塞规不能再作任何进一步使用的报废准则 工作环规和塞规每项要求的测量结果都须记录 每一量规在最末一次使用后 操作过程和测量结果记录至少须保存3年 根据制造过程的控制 制造厂还必须制定用工作量规测量产品螺纹的频率 38 16 紧密距公差 39 17 紧密距计算 圆螺纹 API5B推荐公式 凸出量 L1长 L1短 P1 1P 长圆螺纹 4 1 2 标称4 5lb ft以外的短圆螺纹套管 当用短环规检验该种短套管外螺纹接头时 管子端面也会伸出环规端面一个基本尺寸 5 标称5 0lb ft 7 标称质量7 0lb ft 8 5 8 标称8 62lb ft 10 3 4 标称10 7lb ft四种特殊规格的短圆螺纹套管 当用短环规检验这四种规格短套管外螺纹接头时 管子端面也会凹入环规端面一个基本尺寸 因此建议使用以下公式来计算圆螺纹紧密距H凸 L4长 短 L4量规 P1 长圆螺纹和比量规长的短圆螺纹 H凹 L4量规 L4短 P1 比量规短的短圆螺纹 40 18 紧密距图示 41 19 Lc L4 圆螺纹及油管螺纹Lc长度须符合API5B标准要求长度 且Lc范围内 不允许出现黑皮扣 L4长度须符合API5B标准要求长度 公差为 1p 一般走负偏差 避免接箍拧接后出现外漏扣 偏梯形螺纹Lc长度须符合API5B标准要求长度 在Lc长度范围内允许出现2牙黑顶螺纹 但黑顶螺纹其长度总和不超过管子螺纹一个圆周的1 4认为合格 偏梯形螺纹L4 API5B标准中规定外螺纹全长L4 由于螺纹类型原因 公差无规定 而标准开篇1 1范围内容中明确要求 所列不带公差的螺纹尺寸仅作为连接设计的依据 不须进行测量以确定产品接收或拒收 偏梯型螺纹L4的长度 可以反映一个生产厂的油套管生产水平 包括钢管的外径均匀度 椭圆度 直度 机床精度 加工技术水平等 42 20 三角形标记 偏梯型套管位于管子上距离管子端部A1长度处的打一个高为3 8in的等边三角形标记 有助于达到手紧紧密距 A 所规定的机紧状态 对于钢级为H J K 规格为16 18 5 8和20的套管 应在距离每一端面 L4 1 16 in处打上一个高为3 8in的等边三角形冲模标记 43 21 螺纹的处理 所有规格的套管和油管接箍螺纹都应进行镀锌 镀锡或磷化处理 以便减少磨损并提高接头的抗泄漏性能 当使用锡或其它塑性涂层 其厚度超过0 001in时 螺纹的公差和紧密距要求仅适用于无涂层螺纹 在某些情况下 仍然会采用厚度超过0 001in的涂层 此时 精确的测量是不现实的 镀锡涂层的最大厚度不得超过0 006in 机紧上扣可能会影响锥度 紧密距和外径尺寸 机紧后 这些尺寸可能会偏离规定的公差值 PSL 2等级要求所有钢级 44 22 上卸扣试验 螺纹加工应具有一定的牙型 尺寸精度及粗糙度 以便在采用高级螺纹脂机紧后 能做到紧密连接 套管和油管用螺纹脂应满足或高于APIRP5A3的性能要求 油管的连接应能经受四次机紧和卸开操作而不发生螺纹粘扣损伤 不能期望机紧后螺纹接头检验结果非常理想 因此 与规定的公差间存在微小差异可以接受 油管使用后的再检验 应按APIRP5C1 套管和油管的维护与使用推荐作法 与螺纹相关的部分 进行 在APIRP5C5油套管螺纹连结性能评价方法中 要求套管接头能经过3次上 卸扣而不发生粘扣 油管接头能经过10次上 卸扣不发生粘扣 45 23 机紧上扣及管端通径 确保拧接设备正常 并在有效校检期限内 将接箍手紧至拧不动为止 大约手紧面位置 上扣速度不应超过25r min 圆螺纹及油管拧接扭矩须符合API5C1标准要求 拧接曲线正常 无异常情况 J值或偏梯型螺纹拧接后接箍端面与三角形标记位置须符合API5B要求 拧接合格后 应将接箍外漏扣及后边多余的螺纹脂清除掉 拧接后 用相应的通径规进行管端通径检验 通径棒尺寸须符合标准要求或客户特殊要求 46 24 静水压试验 标准静水压试验压力是根据下列公式计算的 其数值圆整到最接近的0 5MPa 100psi 其最大值限于69 0MPa 10000psi p 2 f YSmin t D式中 p 静水压试验压力 MPa lb in2 f 系数 规格 代号1 大于9 5 8的H40 J55和K55钢级为0 6 0 6 其它钢级和规格为0 8 0 8 YSmin 管体规定最低屈服强度 MPa lb in2 D 规定外径 mm in t 规定壁厚 mm in 例如5 1 2 20lb ft N80 1 2 0 8 552 9 17 139 7 57 97 58MP 平端钢管 带螺纹和接箍管子的静水压试验压力按上式计算 但为避免因接箍强度或管子与接箍螺纹之间接触压力不足造成泄漏而要求较低压力者除外 带螺纹和接箍管子的较低压力应根据ISO10400或APIBul5C3所给公式计算 计算公式比较复杂 锡钢目前对带螺纹钢管要求全部按照平端水压值进行静水压试验 47 25 螺纹脂 套管和油管用螺纹脂应满足或高于APIRP5A3的性能要求 外观 稠化剂类型 滴点 逸气量 防水性 流体类型 蒸发量 分油量 密度等 摩擦性能 摩擦系数 抗粘着性能 密封性能 涂敷 粘附性能 防腐蚀性能 螺纹脂稳定性等 48 26 螺纹保护器 完全完成加工的螺纹应装上外蜾纹和内螺纹保护器 螺纹保护器的设计 材料和机械强度应能保护螺纹和管端避免在正常装卸和运输中受损 外螺纹保护器应覆盖管子螺纹全长 内螺纹保护器应覆盖等于螺纹总长度的内螺纹 在运输与正常的库存期间 螺纹保护器的设计和材料应能保证在正常装卸和运输中使螺纹隔绝脏物和水 正常的库存时间应约为一年 螺纹保护器的螺纹形状应不损伤产品的螺纹 对于短节和附件 若其包装能保护螺纹 则不要求使用螺纹保护器 除以上要求外 对保护器的设计 须经过几何尺寸稳定性试验 扭矩和验证试验 轴向冲击试验 倾斜冲击试验 腐蚀试验 脱开试验 仅对外螺纹端护帽 可钩挂 可提升 试验 API5CT附录I有明确规定 49 27 钢管涂层和保护 除订单上另有规定外 管子和接箍应有外涂层 以防止运输过程中生锈 宜采取措施使涂层光滑 致密 并尽可能不脱落 涂层的等级应具保护管子至少3个月的能力 除订单上另有规定外 所供应的接箍毛坯可以无外涂层 裸露 在模印标记上可能使用的保护涂层除外 如果要求裸管或特殊涂层时 宜在订单上注明 对要求特殊涂层的 订单上宜进一步注明 管子全长涂层还是距管端一定距离内不涂层 除另有规定外 未涂层的管端通常涂上一层油 以防止运输中生锈 经购方与制造厂协商 对长期贮存 尤其在海洋环境中贮存的管子可要求内 外保护涂层 以防止腐蚀 下列各项应适用 a 在购方和制造厂商定的长期贮存海洋环境中 涂层的防腐蚀保护应是有效的 长期贮存海洋环境中 较小的表面褪色应是可接受的 b 在管子下井之前 不必将保护涂层去掉 c 正确地涂覆涂层很重要 应对下列参数进行评价 管子的干燥度 管子的清洁度 涂覆温度 涂膜厚度 50 四 API5CT 油 套管螺纹相关内容 APISpec5CT 第九版 2011年7月 套管和油管规范 主要规定了套管和油管的轧制 热处理 无损探伤 水压 通径 理化试验 尺寸检验 交货长度 喷标等内容 APISpec5B主要规定了螺纹加工和检验 其余未涉及钢管制造及包装标识等的均在APISpec5CT中予以规定 两者相辅相成 因此对于油套管加工来说 细致的了解APISpec5CT 必不可少 51 1 API油套管产品规范等级 API5CT定了钢管 套管 油管 平端套管衬管和短节 接箍毛坯及附件的交货技术条件 并建立了三个产品规范等级 PSL 1 PSL 2 PSL 3 的要求 PSL 1的要求是本国际标准的基础 PSL 2和PSL 3的要求是对PSL l要求的补充 PSL 1要求是API5CT际标准的基础 除了PSL 3要求所表示的其他要求外 PSL 3的所有要求是对PSL 2要求的补充 因此这个国际标准的主体上 给出附加的PSL 3要求的条款和分条款仅以PSL 3加以识别 给出附加的PSL 2要求的条款和分条款则同时以PSL 2和PSL 3加以识别的 52 2 API油套管产品适用接头 API5CT标准适用于符合APISpec5B的下列接头 短圆螺纹套管 SC 长圆螺纹套管 LC 偏梯形螺纹套管 BC 直连型套管 XC 不加厚油管 NU 外加厚油管 EU 整体接头油管 IJ 53 3 API油套管产品钢级 API5CT标准适用的4组产品包括下列钢级管子 第1组 H J K N R钢级的所有套管和油管 H40 J55 K55 N80 1 N80Q R95 第2组 C L M T钢级的所有套管和油管 C90 L80 1 L80 9Cr L80 13Cr M65 T95 第3组 P钢级的所有套管和油管 P110 第4组 Q钢级的所有套管 Q125 54 4 计量和记录 用于验收或拒收的所有测量设备的精度每班至少应校验一次 螺纹环规 塞规和称重器具除外 对于诸如卡规和通径棒等测量器具精度的校验 应包括磨损检验和规定尺寸的符合性检验 直尺 长度测量卷尺和其它不能调校的测量器具精度的核查应包括标记清晰度的外观检查和固定校准点的普通磨损检查 对制造厂使用的可调校和不可调校的测量器具的名称应作书面记录 螺纹工作环规和塞规的验证程序应有文件规定 所有称重器具的精度应按国家标准和技术学会 NIST 标准或按本国际标准生产产品的制造厂所在国的等效规程规定 在不超过制造厂文件程序所要求的周期进行检定 试验机应配备保证满足规定的试验压力和时间间隔要求的装置 试验压力测量装置应在每次试验前4个月内 用固定静载压力试验机或等效设备进行校准 校准和验证记录应按13 5规定保存 标准要求理化性能试验和水压试验及曲线 各种校验记录等 应由制造厂负责保存 并且从购买之日起三年内 购方若有要求从制造厂应能获取这些记录 55 5 记录保存 56 6 可追溯性 对于要求按炉批号和 或批号进行试验并证实其符合规范要求验收时 制造厂应制定并遵循一套保持炉批号和 或批号识别系统的程序 C90 T95和Q125钢级系列 每根管子编号应是唯一的 以使试验数据可与每根管对应起来 每根接箍毛坯 接箍 短节或附件材料编号应是唯一的 以使试验数据可与每根管对应起来 当它们取自全长热处理的材料时 应按全长热处理的管子序号标记 当它们是按接箍半成品或单件热处理时 每个热处理批次编号应是唯一的 另外 当接箍 短节或附件材料按接箍半成品或单件在一套设备上连续热处理时 一个批次内的各个管件应按其热处理的顺序编号 炉批控制试验记录购方应能获取 根据购方要求 制造厂应向购方提供一份合格证书 说明材料按本国际标准要求进行制造 取样 试验和检验 并且证实符合这些要求 57 7 尺寸 重量及数据 在API5CT标准的尺寸表中 管子是用代号和规格 外径 命名的 外加厚管子的外径规格是指管体外径 而不是加厚部分外径 在API5CT标准中数据是以国际单位制 SI 和美国惯用单位制 USC 两种单位制表示的 对于某一特定的订货项目 只要使用一种单位制 不需给出用其它单位制表示的数据 采用国际单位制时 直径的测量 对于规格 代号1 大于6 5 8应精确至一位小数 本国际标准采用两位小数是出于确保互换性的设计目的 采用美国惯用单位制时 直径应被圆整至三位小数 每根成品管的长度应测量以确定其满足长度要求 长度测量值应以米表示并精确至百分之一米 以英尺表示并精确至十分之一英尺 对于长度小于30m 100ft 的管子 其长度测量器具的精度应为 0 03m 0 1ft 在对最小直径要求有争议时 应采用千分尺进行测量 在对最大直径有争议时 应采用卷尺 皮尺 进行测量 当采用千分尺测量时 在不符合要求的部位应测量3次 并取其平均值 这3个读数的平均值应被用于确定直径是否符合要求 有争议时 壁厚应采用机械式测径仪测量 规格 代号1 为1 660和更大规格的每根套管和每根油管应单独称重 规格 代号1 小于1 660的油管应逐根称重或以合适的捆称重 58 8 通径及标准通径棒尺寸 每根成品或半成品套管和油管都应进行全长通径试验 由非管子制造厂进行螺纹加工的套管和油管 应在距套管装接箍端0 6m 24in 范围内及距油管装接箍端1 1m 42in 范围内进行通径检验 通径棒尺寸 长度和直径 应符合标准要求 当购方规定 替代性通径管子 时 应用替代性通径规检验 并按要求标识 59 9 螺纹加工 管端不允许用锤子锤圆来满足螺纹加工要求 所有管子端部的内外棱边都不应有毛刺 所有外露螺纹都应涂上螺纹脂 螺纹表面都应清洁而无水分和切削液 不应用扩径的方法使接箍达到对API螺纹接箍要求的锥度 所有成品接箍内表面不应有破坏螺纹连续性的各种缺欠 所有接箍在最终加工之后 内或外表面电镀之前应进行内 外表面检查 应采用ISO13665或ASTME709的环向磁场湿荧光磁粉法检查表面纵向缺欠 或采用已向购方证明具有相同灵敏度的其它无损检验方法进行检查 记录应按规定予以保存 接箍承载面的内外棱边应是圆角或倒角 但不能过分减小承载面的宽度 尺寸b 以保证有足够的厚度 能安全地支撑吊卡下的管子重量 接箍的两端面应与轴线严格垂直 60 10 接箍种类 标准接箍 特殊间隙接箍 特殊倒角油管接箍 组合接箍 缩颈接箍 带密封环接箍 同规不同螺纹类型 异径接箍 不同或相同螺纹 61 11 接箍替换性钢级或替换性热处理 若订单上未规定热处理 则H40钢级管子应用轧制态的 或经正火或正火加回火 或淬火加回火的H40 J55或K55钢级接箍供应 若订单上未规定热处理 则J55钢级管子应用轧制态的 或经正火或正火加回火 或淬火加回火的J55或K55钢级接箍供应 若订单上未规定热处理 则K55钢级管子应用轧制态的 或经正火或正火加回火 或淬火加回火的K55钢级接箍供应 当订单上有规定时 则J55钢级外加厚油管应用L80钢级1类特殊间隙接箍供应 当订单上有规定时 则J55和K55钢级偏梯形螺纹套管应用L80钢级1类接箍供应 M65钢级产品应用L80钢级1类接箍供应 经正火的N80钢级1类管子应以N80钢级1类或N80Q钢级接箍供应 经正火加回火的N80钢级1类管子应用经正火加回火的N80钢级1类接或N80Q钢级接箍供应 若订单上有规定 则N80钢级1类和N80Q外加厚油管应用P110钢级特殊间隙接箍供应 若订单上有规定 则N80钢级1类和N80Q偏梯形螺纹套管应用P110钢级接箍供应 若订单上有规定 则P110钢级偏梯形螺纹套管应用Q125钢级接箍供应 62 12 接箍尺寸 63 13 接箍外表面缺欠允许深度 64 14 钢级色标 对8m 6ft 或更长的产品应使用下列一种或多种方法 a 对于螺纹管 短节和附件 在距接箍或内螺纹端不大于0 6m 24in 的距离 环绕产品涂一条漆印色带 b 对于平端管或 外螺纹 外螺纹 管产品 在距任一端不大于0 6m 24in 的距离 环绕产品涂一条漆印色带 c 接箍 在接箍的整个外表面上涂漆 包括相应的接箍色带 d 若管子与特殊间隙接箍一起供货或管子与接箍钢级不同 除9 2 1允许使用的H40 J55和K55钢级外 应按上述a b 和c 规定对管子和接箍涂漆 65 15 标记及顺序 由制造厂选择 产品应采用模印标记 或同时采用模印和锤压印标记 但下列两种情况除外 经购方与制造厂协议 锤压印标记能够要求 在此情况下 锤压印和模印标记应同时采用 由制造厂选择 可用管子和接箍上的热滚压印或热锤压印标记代替模压印标记 并允许沿管子全长间隔标记 66 16 成品长度 67 五 油套管螺纹失效 粘扣 泄露 滑脱 管柱是由单个管子依靠螺纹连接而成 在井下要承受复杂的外载和环境的考验 管柱可以看成柱状 压力容器 所以螺纹连接要保证结构完整性和密封完整性 螺纹连接处往往成为管柱的薄弱环节 经常发生粘扣 泄漏 滑脱 断裂等失效事故 油 套管的螺纹加工质量对油 套管的性能影响非常大 粘扣 腐蚀 开裂 冲蚀 68 1 粘扣 影响螺纹粘扣主要因素有方面 生产质量和现场操作 每一方面又涉及多种因素 粘扣的机理 1 摩擦磨损观点 内 外螺纹配合面金属由于摩擦干涉 表面温度急剧上升达到了焊接相变温度 使内 外螺纹表面发生粘结 由于上卸扣过程中内 外螺纹有相对位移 粘扣常伴有金属迁移 粘扣通常表现为粘着磨损 但是如果有沙粒 铁屑夹在内外螺纹之间 也会形成磨料磨损 2 接触应力观点 即认为接触应力过大是引起螺纹粘扣的根本原因 油 套管在上卸扣过程中 上扣扭矩和几何约束过盈的联合作用使得管螺纹局部点的接触应力过大 进而造成螺纹接触界面的摩擦力增大 产生宏观粘扣现象 69 1 1 螺纹参数的影响 螺纹之间合理的匹配可以减少粘扣现象的发生 螺距 锥度 中径 紧密距等参数的不匹配 造成粘扣 表面粗糙度高对粘扣有促进作用 70 1 2 镀层的类型及厚度的影响 不同镀层的抗粘扣的性能不同 电镀层比磷化层的抗粘扣性能要好 从镀层工艺解决粘扣是一种比较容易实现的途径 镀层的厚度 耐高温性 耐摩擦性能影响螺纹的抗粘扣性能 71 1 3 螺纹脂影响 螺纹脂作为在上扣前涂抹到油田管子连接螺纹上的一种物质 它可以在上卸扣时起润滑作用 并且在服役时可对高内 外压力起密封作用 也有防锈功能 从螺纹脂的产品特性来看 它在上扣中的主要作用有两点 一是利用其润滑作用降低摩擦系数 防止螺纹粘结 二是利用螺纹脂中的固体含量 如石墨 铅粉 锌 铜鳞片等 来堵塞存在于螺纹啮合间的通道 提高密封性 72 1 4 上扣控制的影响 上扣设备和操作过程本身也有许多不确定性 上扣设备 上 卸扣的主要设备有 猫头绳 B型大钳 套管液压大钳甚至钻杆液压大钳上扣控制方法 现场上扣一般采用位置控制的上扣方法 要求没有外露扣 没有按扭矩上扣 由于螺纹脂 螺纹配合不同 这种上扣条件常会出扭矩过大 上扣扭矩变化也比较大 常会引起套管螺纹粘扣 上扣速度 上扣时 一般先采用高速机紧 上扣速度太快 而导致的套管螺纹粘扣 上扣过程 许多油田在送到井台的套管以发生了螺纹碰伤 表面有沙石 不清洁等 下套管操作条件也比较刻苛 有时遇到大风 会引起错扣 单纯控制扭矩或位置均不科学 必须扭矩和位置同时控制 73 2 泄露 一般地 流体 包括液体和气体 的泄漏 需要一个泄漏通道及存在压力差 对于油 套管螺纹而言 在一定的扭矩作用下 内 外螺纹啮合的 紧密程度 决定了螺纹的密封性能 而事实上螺纹完全紧密啮合是不可能的 总存在一定的缝隙 即绝对密封一点儿都不泄漏是不可能的 密封仅仅是相对某种泄漏速率而言 目前所谓 密封 在试验室条件下的要求有以下几种 15分钟内没有可见的水滴3分钟内没有可见的氮气泡氦气在一个大气压下泄露速率低于10 5cm3 sAPI螺纹密封机理 采用锥度螺纹密封 依靠螺纹过盈啮合产生的接触压力来获得 啮合螺纹螺纹间存在泄漏通道 借助螺纹脂加强密封 74 2 1 螺纹公差的影响 API螺纹公差对螺纹密封性产生影响 不同螺纹公差配合对螺纹配合过盈量有一定的影响 从而影响螺纹的接触压力 其次齿高 牙形角和锥度 中径公差的变化可导致螺纹间隙的增大 从而增大了泄漏通道 从这点也不难看出 API螺纹规范并不能保证每个螺纹具有相同的密封性能 75 2 2 上扣控制的影响 螺纹配合的最佳过盈量能否实现 接触压力能否达到最佳 主要取决于上扣控制 尤其是当螺纹处于松配合时 将严重影响螺纹的密封性 从密封性而言 上扣上得越紧 对密封性越好 但过紧得上扣 有可能导致螺纹发生粘扣 反到影响螺纹得密封性 目前 上扣控制有许多方法 如采用余扣数 标记 扭矩 扭矩 圈数及扭矩 位置等方法 其控制的参数主要有两个 扭矩和位置 机紧圈数 无论单独采用扭矩控制 还是采用位置控制 其可靠性均不高 都不能保证螺纹的最佳啮合 只有同时控制扭矩和位置 才能保证螺纹连接的可靠性 所以扭矩 圈数和扭矩 位置是目前世界上较先进的方法 尤其是后者是EXXON公司专为提高螺纹密封性而发明的一种上扣方法 76 2 3 螺纹脂的影响 螺纹脂作为螺纹连接中的一种必不可少的物质 其主要作用不仅可提供润滑性 防止螺纹粘结的发生 更重要是用来提高螺纹的密封性 通常使用的API螺纹脂 这种螺纹脂除含有一定的油基脂外 还含有占总重量64 的固体填料 如铜 铅 锌和石墨等 这些固体填料中的软金属在螺纹接触压力的挤压下 形成固体填料颗粒的聚结 并堵塞了存在于啮合螺纹间的泄漏通道而形成密封 A