GBT 21267-2024 石油天然气工业 套管及油管螺纹连接试验程序标准立项发展报告

石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PetroleumandNaturalGasIndustries—ProceduresforTestingCasingandTubingThreadConnections摘要石油天然气工业中，套管与油管作为油气井的关键结构部件，其螺纹连接的完整性与密封性能直接关系到油气井的安全运行与使用寿命。随着我国油气勘探开发向深层、超深层及非常规领域深入推进，井下工况日趋复杂，对管材螺纹连接质量提出了更加严苛的技术要求。在此背景下，GB/T21267-2024《石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》的发布实施，为管材螺纹连接的试验评价提供了统一、规范的技术依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制原则、主要技术内容及其应用价值，分析了国际标准对标情况及国内行业发展需求，并对标准实施后的预期效果与后续发展方向进行了展望。该标准充分参考了ISO13679:2019国际标准的技术框架，同时结合我国油气田现场实际工况，对试验载荷谱系、评价准则及试验程序进行了适应性优化，对提升我国油套管产品设计水平、保障复杂工况下井筒完整性具有重要意义。关键词：石油天然气工业；套管；油管；螺纹连接；试验程序；标准Keywords:Petroleumandnaturalgasindustries;Casing;Tubing;Threadconnections;Testingprocedures;Standard一、引言1.1研究背景油气井套管柱和油管柱由数十至数百根单根管材通过螺纹连接而成，螺纹连接处是管柱结构中力学性能最为薄弱的环节。据国内外统计资料显示，在油气井管柱失效事故中，螺纹连接处失效所占比例高达50%以上。螺纹连接一旦发生泄漏或滑脱，不仅导致油井停产，严重时还可能引发井喷、环境污染等重大安全事故，造成巨大的经济损失和社会影响。近年来，随着我国塔里木盆地、四川盆地等地区的超深井、高温高压井以及页岩油气水平井的大规模开发，井下温度、压力及复杂受力条件已远超常规工况范畴。井筒完整性问题日益凸显，对套管及油管螺纹连接的密封性能和结构完整性提出了前所未有的挑战。在此行业背景下，建立一套科学、严谨、可操作性强的螺纹连接试验评价标准，成为保障油气井长期安全生产的迫切需求。1.2标准立项必要性GB/T21267-2024《石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》由国家标准委批准发布，替代了原有的GB/T21267-2007版本。原标准自2007年发布实施以来，为规范我国油套管螺纹连接试验工作发挥了重要作用。然而，经过十余年的工程实践和技术发展，原标准在试验载荷类型、加载序列设计、评价准则等方面已无法完全适应当前技术发展的需要：-国际标准化组织（ISO）于2019年发布了新版ISO13679《石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》，在试验方法和评价体系上进行了重大技术修订；-国内特殊螺纹接头产品开发与应用发展迅速，亟需一套与先进产品设计水平相匹配的试验评价体系；-深层超深层油气勘探开发对管柱性能提出了更高要求，需要更加严苛和全面的试验验证方法。因此，及时修订该标准，实现与国际先进标准的技术接轨，同时兼顾国内油气田现场应用的实际需求，具有重要的现实意义和战略价值。二、标准编制指导思想和编制原则2.1指导思想本标准修订工作以保障油气井管柱安全为核心目标，坚持“科学性、先进性、适用性、协调性”相统一的指导思想。在技术内容上，充分吸收ISO13679:2019的最新研究成果和试验方法，对标国际先进技术水平；在应用层面，立足我国油气勘探开发的实际工程需求，合理调整和完善相关技术条款，确保标准的可操作性和适用性。2.2编制原则（一）国际接轨原则。标准修订过程中，系统研究了ISO13679:2019《Petroleumandnaturalgasindustries—Proceduresfortestingcasingandtubingthreadconnections》的技术内容，在试验载荷类型、加载序列、试验程序框架等方面保持与国际标准的一致性，促进我国油套管产品的国际贸易和技术交流。（二）适用性原则。充分考虑我国油气田的地质条件和工程特点，特别是针对超深井、高温高压井、酸性腐蚀环境等特殊工况，在标准中增加了相关的试验要求和评价方法，提升了标准对国内复杂工况的覆盖能力。（三）科学性原则。标准中涉及的试验方法、载荷计算模型、评价准则等内容均建立在大量理论分析和试验验证的基础上。编制组通过系统的对比试验和数值模拟研究，确保各技术指标的科学合理性。（四）协调性原则。在技术内容上，注重与GB/T20659《石油天然气工业铝合金钻杆》、GB/T19830《石油天然气工业油气井套管或油管用钢管》等相关标准的协调配套，避免技术条款之间的冲突和矛盾。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准规定了石油天然气工业用套管及油管螺纹连接的设计评价试验程序，适用于通过螺纹连接形式将单根管材连接构成管柱的各类产品。标准的适用范围涵盖：-符合GB/T19830等产品标准要求的API标准螺纹连接（短圆螺纹、长圆螺纹、偏梯形螺纹等）；-具有独立知识产权、通过审查认可的特殊螺纹连接产品；-不同钢级、不同规格、不同螺纹类型的套管和油管产品。3.2试验条件与试样要求标准对试验设备和试验条件提出了明确规定。试验机应具备施加轴向载荷、内压/外压载荷、弯曲载荷及温度载荷的复合加载能力，各加载系统的控制精度应满足标准规定的要求。试样应选用与实际使用一致的管材和接箍，螺纹加工精度应符合相应产品标准或图纸技术要求。对于特殊螺纹接头产品，试样应取自批量生产产品，确保试样在材料、热处理状态、机加工精度等方面具有代表性。3.3试验载荷类型及加载序列标准系统规定了螺纹连接试验所需的各类载荷及其组合加载序列，主要包括：（一）轴向载荷试验。用于评价螺纹连接在拉伸和压缩载荷作用下的结构完整性和密封性能。载荷值依据管体屈服强度确定，通常要求施加至管体屈服载荷的特定百分比，以验证连接在极限轴向载荷下的承载能力。（二）内压/外压载荷试验。用于评价螺纹连接在压力作用下的密封完整性。内压试验包括气体介质试验和液体介质试验，分别模拟气井和油井的实际工况条件。外压试验则模拟管柱在外部流体压力作用下的抗挤及密封能力。（三）弯曲载荷试验。用于模拟井眼曲率对螺纹连接的影响，特别是对于定向井、水平井等弯曲井段下入的管柱。弯曲载荷试验可单独进行，也可与轴向载荷、压力载荷组合施加。（四）温度载荷试验。针对高温高压井和热采井的特殊需求，标准增加了温度循环试验内容。通过加热和冷却循环，评价螺纹连接在温度交变条件下的密封可靠性。（五）复合载荷试验。模拟井下管柱实际承受的多轴复合载荷工况，将轴向力、压力、弯曲及温度等多种载荷按特定序列组合施加，通过严苛的加载循环全面考核螺纹连接的密封性能和结构完整性。3.4试验评价准则与合格判据标准从以下几个方面规定了螺纹连接试验的合格评价指标：-结构完整性：在施加极限载荷过程中及卸载后，螺纹连接不应发生结构性失效，包括螺纹跳扣（滑脱）、断裂、严重变形等失效模式；-密封性能：在规定试验压力和介质条件下，连接处不应发生可见泄漏，密封性能须满足标准规定的泄漏判定要求；-可重复性：连接应能经受多轮加载循环而不出现性能退化，体现其在周期载荷作用下的可靠性。3.5特殊螺纹连接产品试验要求针对特殊螺纹连接产品，标准在规定基本试验要求的基础上，增加了更严苛的评价内容：-依据特殊螺纹接头的结构特点和使用定位，规定了不同的试验载荷水平和加载序列；-增加了极限载荷试验和失效试验等评价项目，用于确定连接的安全裕度和失效模式；-增加了酸性环境（H₂S/CO₂）条件下的试验要求，评价螺纹连接在腐蚀环境中的适用性；-对气密封特殊螺纹接头，规定了高于常规API接头的密封试验压力和更严格的泄漏判定标准。四、与国内外相关标准对比分析4.1与国际标准的一致性程度本标准修改采用ISO13679:2019国际标准（MOD），在技术内容上保持了与国际标准的高度协调。编制过程中，为适应我国管材生产和使用领域的特定需求，标准在以下方面进行了调整和补充：-试验载荷计算所引用的管材性能参数依据国内产品标准体系进行了协调；-增加了部分针对国内典型工况（如超深井、酸性气田等）的附加试验要求；-在标准结构编排和技术条款表述方面，遵循GB/T1.1-2020的编写规则进行了适应性调整。4.2与原版标准的主要技术变化与GB/T21267-2007相比，新版标准的主要技术变化体现在以下方面：|对比项目|GB/T21267-2007|GB/T21267-2024||---------|-----------------|-----------------||载荷类型|轴向、内压/外压、弯曲|新增温度载荷试验类型||加载序列|加载序列相对简化|依据ISO13679:2019优化为系统化的系列试验||密封试验压力|较低，主要针对API常规接头|分级设定，特殊螺纹气密封接头采用更高标准||评价内容|以常规项目为主|增加极限载荷试验、失效模式分析、酸性环境试验等||试验装置要求|精度要求较低|各加载系统控制精度要求明确细化||特殊螺纹要求|缺少专项条款|单列条款，规定附加试验要求|上述技术变化使新标准在评价严格性和覆盖全面性方面均有显著提升，能够更好地满足当前行业对高端管材螺纹连接性能验证的需要。五、标准实施预期效益5.1经济效益本标准的发布实施将产生显著的经济效益。首先，通过统一和规范螺纹连接的试验评价方法，有助于国内油套管制造企业提升产品质量的一致性和可靠性，减少因螺纹连接失效导致的质量事故和经济损失。其次，标准与国际标准的接轨，有助于消除技术壁垒，促进国产高端油套管产品进入国际市场。据行业估算，若螺纹连接失效率降低10%，每年可为油气行业节约直接成本数十亿元。此外，标准的实施还将缩短特殊螺纹接头的研发验证周期，加快新产品的市场化进程。5.2社会效益本标准的发布实施对于保障国家能源安全、推动石油管材行业技术进步具有重要的社会效益。一方面，标准为油气井的安全运行提供了技术保障，降低了井筒失效引发的安全环保风险，对保护人民群众生命财产安全和生态环境具有积极意义；另一方面，标准对高端螺纹连接产品提出了更加严格的技术要求，有利于推动行业淘汰落后产能，促进产业结构优化升级，支撑我国非常规油气资源的大规模效益开发。六、主要起草单位介绍本标准由全国石油天然气标准化技术委员会（SAC/TC355）归口管理，主要起草单位包括中国石油集团工程材料研究院有限公司（原中国石油集团石油管工程技术研究院）、中国石油天然气集团有限公司、中国石油化工集团有限公司、中国海洋石油集团有限公司所属相关研究机构及国内主要油套管制造企业。其中，中国石油集团工程材料研究院有限公司作为本标准的牵头起草单位，在标准修订工作中发挥了核心作用。该研究院是我国石油管材及装备材料领域综合实力最强的专业研究机构之一，拥有石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室、国家石油管材质量检验检测中心等高水平的科研平台。七、结论与展望GB/T21267-2024《石油天然气工业套管及油管螺纹连接试验程序》的发布实施，是我国石油管材标准化工作中的一项重要成果。该标准在充分吸收国际先进技术经验的基础上，紧密结合我国油气工业发展的实际需求，建立了一套科学、系统、全面的螺纹连接试验评价技术体系。标准的实施对于规范油套管螺纹连接产品的质量评价、保障复杂工况下油气井的井筒完整性、提升国产油套管产品的国际竞争力具有重要而深远的意义。展望未来，随着我国油气勘探开发向深层超深层和非常规领域持续进军，以及智能井、深水油气开发等新兴技术的不断涌现，油套管螺纹连接将在更高温度、更高压力、更复杂载荷环境下服役，对螺纹连接的综合性能评价提出了更高要求。建议后续在以下方向持续开展标准化研究：-深化基于真实工况的多场耦合试验方法研究，提高试验模拟的真实性和准确性；-探索数字孪生技术和数值仿真方法在螺纹连接性能评价中的应用，推动标准从物理试验主导向“物理试验+数值仿真”协同验证模式转变；-加强油气井全生命周期螺纹连接性能演化的跟踪评价方法研究，为油套管选材和井筒完整性管理提供更加科学的技术依据；-积极参与国际标准化工作，推动我国在螺纹连接试验评价技术领域的创新成果上升为国际标准，为全球石油天然气行业的发展贡献中国方案和中国智慧。参考文献[1]ISO13679:2019,Petroleumandnaturalgasindustries—Proceduresfortestingcasingandtubingthreadconnections[S].Geneva:ISO,2019.[2]GB/T21267-2024,石油天