钻具、油套管螺纹检验(讲义)

石油管螺纹检测技术人员等级评定培训班资料（一）（钻具、油套管螺纹检验部分）石油工业专用管材质量监督检验中心石油工业专用螺纹量规计量站二○○四年十月1目录一、钻具、油套管螺纹检验二、对标准中几个问题的讨论三、螺纹常见外观缺陷2钻纹检验一、具、油套管螺1概述1.1油井管简介国外将钻杆、钻铤、方钻杆、转换接头等钻具和油套管统称为油井管（OCTG），顾名思义——下入油井里的管子，我们石油行业以前将之称为“石油专用管”，其实“石油专用管”还包括管线管（输送管）。油井管和管线管总称石油专用管。油井管年需求在100万吨左右，耗资达80多亿元，近二、三年来都在近120万吨，油套管占总需求的90%左右。油井管柱也就是由所说的三柱组成：钻柱、油管柱和套管柱。油井管由锥度螺纹将单根油井管连接而成，浅则数百米，深则数千米，甚至上万米。锥度螺纹具有上卸扣速度快，连接强度高，密封性好等优点。管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环等复合应力的作用。螺纹连接部位是最薄弱的环节，失效事故80%以上发生在螺纹连接处。因此，油井管螺纹主要应具备两个特性：（1）结构完整性，就是螺纹啮合后应具备足够的连接强度，不致于在外力作用下使结构受到破坏；（2）密封完整性，就是要能够保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各种不同受力状态下承受内外压差（一般为几百个大气压）的长期作用而不泄漏。螺纹连接强度和密封性能是油井管极为重要的两个技术指标。1.2检验的意义螺纹检验的目的就是要把螺纹质量不合格的管子检查出来,防止不合格管下井,最大限度避免或减少油井管失效事故的发生。油井管螺纹失效形式主要有：丝扣断裂、粘扣、滑脱、泄漏等。处理事故少则几十万，多则几百万，甚至整口井报废，造成重大的经济损失。各油井管生产厂要经过工序检验、入库前抽检（成品库抽检）等多道工序把关；各油田还要进行到货后商检（验收）或派人赴工厂3监造或在出厂前、装船（车）前检验，有的油田则委托第三方检验机构驻厂监造。油田除螺纹参数、外观按比例抽检外，有的单位还对螺纹接头进行静水压密封性能试验。油井管下井前，作业人员还需对螺纹进行外观检查（有无损伤、变形、锈蚀等），对管体还要进行通径试验。以上检验就是要尽可能控制螺纹连接的质量。当然操作是否规范、扭矩、转速是否合适，螺纹脂性能是否符合要求也对螺纹连接质量有很大影响。如某油田下套管作业用液压钻杆大钳，夹持力过大，致使接箍严重变形，造成螺纹严重粘扣；又如某油田下油管作业作用聚乙烯锥形塑料套，未起到润滑作用，造成粘扣、牙形受损，丧失了抗拉能力导致脱扣事故。也有一些质量隐患靠现有手段、检验方法是发现不了的，如工厂接箍机紧扭矩不足的问题。井队下井时，如配有扭矩仪浮动上扣，可以弥补这一不足；如采用老办法，看余扣，极有可能导致油套管下井后无法密封、甚至滑脱。如新疆巴州商检局人员在检验时发现，某厂套管接箍手可以拧下；95年某油田使用国产套管，螺纹（按比例抽检）、水压（100%检验）都进行了检查，合格的管子下到井里，有10余井井试不住压。经我们调查分析和实物试验，发现主要是工厂扭矩不足，用控制J值的方法进行上扣，试压卸堵头时有的接箍竟被卸下。2油井管用途2.1油管：油气自井底至井口的采收通道。钢级：J55、N80、P110等，范围为1.05″～41/2″,以27/8″EU、NU为多。2.2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。分表层套管、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。42.3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。3螺纹型式及代号3.1油管(1)平式油管(不加厚)NU(旧:TBG或NUE)(2)外加厚油管EU(旧:UPTBG或EUE)(3)整体接头油管IJ(旧:IJTBG)3.2套管(1)长圆螺纹套管LG(旧:LCSG或LTC)(2)短圆螺纹套管STC(旧:CSG或STC)(3)偏梯形螺纹套管BC(旧:BCSG或BTC)(4)直连形螺纹套管XC(旧:XCJG)3.3钻具(1)数字型接头NC(NC10-NC77)(2)正规型接头REG(23/8REG-85/8REG)(3)内平型接头IF(23/8IF-51/2IF)(4)贯眼型接头FH(31/2FH-65/8FH)注:（1）内平型、贯眼型逐步在淘汰；（2）4FH-NC40互换；27/8IF-NC31互换；31/2IF-NC38互换；4IF-NC46互换；41/2-NC50互换。互换只是基面中径相同，不影响旋合配对，但牙型不同，使用性能也大不一样，所以不能等同。油田在标识接头螺纹型式时经常标错，在NC50扣上注411或410等。5（3）螺纹有左右旋之分。方钻杆以上螺纹连接用左旋，打捞处理事故钻具也用左旋。（4）旧式代号：41/2IF：410（母），411（公）；4IF：4A10（母），4A11（公）；41/2FH：420（母），421（公）；41/2REG：430（母）431（公）。生产厂基本不用这些旧代号，油田管子站还延用旧的习惯，希望按新代号进行标识。4牙型特点（1）油管及圆螺纹套管螺纹为圆螺纹（齿顶、齿底为圆弧状）；锥度为1：16；牙型角为60°，牙侧角为30°；螺距为3.175和2.54(8牙和10牙/吋)牙型高度:1.810(8牙/吋)、1.412(10牙/吋)。注:玻璃纤维油管采用外加厚长圆螺纹油管型式。（2）偏梯形套管133/8″以下锥度为1：16，16″以上锥度为1：12，螺距为5.08(5牙/寸);牙型高为1.575;牙侧角为3°和13°,牙型角为13°。注：133/8″以下，螺纹齿顶、齿底与母线平行；16″以上，螺纹齿顶、齿底与轴线平行。（3）直连型套管属特殊扣、很少遇到，不作介绍。（4）钻具锥度为1：6、1：4或1：8螺距为6.35(4牙/吋),5.08(5牙/吋).4.233(6牙/吋)牙型高度为3.095、3.083、2.993、3.743等,牙侧角为30°,牙形角为60°。6详见GB/T9253.1-1999,P2-P5,图1、表1、表2。5生产、检验依据的标准5.1油套管(1)APISPEC5CT(2001第7版)(2)ISO11960:2001IDT(根据API标准制定)(3)SY/T6194-2003注:等同采用ISO标准作为行业标准,即将升级为国家标准。（4）APISPEC5B（1996第14版）（5）ISO10422（根据API标准制定）（6）GB/T9253.2-1999注:等同采用API标准作为国家标准。（7）APIRP5C1（1988第16版）（8）ISO104051993（根据API标准制定）（9）GB/T17745-1999注：等同采用ISO标准作为国家标准。（10）APIRP5B1（1999第5版）（11）GB/T18052-2000（等同采用API标准）（12）APIStd5T1（1996第10版）（13）SY/T6445-2000（等同采用API标准）（14）APIRP5A5（1997第6版）（15）SY/T6474-2000（等同采用API标准）（16）APISPEC15HR（1995第2版）（17）SY/T6267-1996（等同采用API标准）（18）APISPEC15LR（1990）（19）SY/T6266-1996（等同采用API标准）（20）SY/T5990-94（套管国外订货技术条件）（21）SY/T5396-2000（石油套管现场检验与运输）7（3）、（6）、（11）、（13）4份标准为本次学习资料；（1）-（3）介绍管体钢级、重量、理化性能、无损检测、几何尺寸和外观质量等。（4）-（6）介绍螺纹参数的加工、检验方法公差要求和量规规范等。（7）-（9）介绍现场维护、使用（推荐最小、最佳及最大扭矩）（10）-（11）介绍推荐的螺纹检验方法、是对（1）-（3）的补充和细化。（12）-（13）介绍石油管材及螺纹常见缺陷及表达。（14）-（15）介绍平端钻杆、新油套管现场推荐的检验方法（无损检测、外观为多）。（1）-（9）最重要，是工厂生产、检验和油田检验、操作的主要依据。（16）-（17）介绍高压玻璃纤维管线管；（18）-（19）介绍低压玻璃纤维管线管；由于15HR比5B滞后，新5B里对玻璃纤维管螺纹参数极限偏差未作规定（旧5B有规定），只说见相关的标准，即15HR，15HR里又引用旧版5B。5.2钻具类(1)APISPEC7(1998第39版)(2)SY/T6407-1999(等同采用API标准)(3)GB/T9253.1-1999(在API39版及GB9253.1-1988基础上制定的)。(4)APISPEC5D(第6版)(5)ISO11961(根据API标准制定)(6)APIRP7G(1990,第14版)(7)SY/T5987-948(1)-(2)介绍旋转钻井钻柱构件规范,涉及钻杆、方钻杆、钻铤、水龙头、转换接头、稳定器、钻头等，还介绍了螺纹参数、检验方法、量规规范等。（3）主要是介绍螺纹结构、参数和公差。（4）-（5）介绍钻杆管体长度、壁厚、外径等结构尺寸和外观检验、无损检验等。（6）主要介绍钻柱设计和操作限度、涉及到对旧钻具螺纹接头的检验方法。（7）介绍国外订货的技术条件。另外还有很多SY行业标准：《钻铤》、《加重钻杆》、《钻具稳定器》、《石油钻杆接头》、《钻柱转换接头》、《方钻杆》、《提升短节》、《钻具报废》、《钻杆分级》……等。最重要的是（1）-（5）。6检测项目及公差6.1油套管外观、几何尺寸、螺纹参数等详见附表1。注：J值未列入，SY/T5987-94对圆螺纹套管要求为J±6.35mm,SY/T6474-2000即APIRP5A5提出所有规格如超出J±6.35mm要通知货主,但不一定判不合格。（5A5新版规定±2牙，旧版±3牙）。6.2钻具(主要是钻杆)主要结构几何尺寸、螺纹参数、外观等、详见附表2。7检测用量具、工具卷尺、通径规、测厚仪（超声波、机械式）、游标卡尺（长爪、普通、深度），钢板尺、卡钳、深度千分尺、内径杜杆表、座架规（鞍形规）、全套螺纹单项仪及附件、全套螺纹量规、锉刀、沙纸、油石等。9单项仪主要有：内外螺纹规及样板内外齿高规及样板，内外锥度规，凹凸缺陷规，同轴度规，轮廓显微镜，螺尾规，三表量规等。8检测量值溯源关系8.1螺纹单项参数由低到高溯源关系依次为:8.2一般几何尺寸由低到高溯源关系依次为:8.3油套管紧密距由低到高溯源关系依次为:8.4钻具紧密距由低到高溯源关系依次为:9检测前的准备（1）螺纹清洗(柴油、锯末等)，登记好规格、钢级、管号、批单项仪检验仪各省市计量测试所国家长度基准常规量具（卡尺、卷尺、千分尺等）工厂、所、中心（局检测中心）各省市计量测试所国家长度基准工作规校对规三坐标、轮廓仪、高度仪等省计量测试所国家长度基准工作规校对规地区规原始规三坐标、轮廓仪、高度仪等省计量测试所国家长度基准美国国家长度基准10号、合同号、厂名等。（2）量具的选取。触头直径、样板（齿高、螺距）、单项仪的型式，螺纹量规、卡尺等。（3）测量范围的定位。钻具螺纹为第一完整扣至最后一完整扣，圆螺纹套管外螺纹为第一完整扣至L4-12.7处,内螺纹为第一完整扣至J+1P处;油管外螺纹为第一完整扣至L4-g处,g=12.7,其实与圆螺纹套管相同;偏梯形套管外螺纹为第一完整扣至L7处,内螺纹同圆螺纹套管。（4）测量间距的确定。（a）牙型高度。测量范围大于25.4mm的产品,以25.4mm的间距进行;测量范围在12.7-25.4mm之间,以12.7mm间距进行。对于111/2牙/吋的产品,以4牙螺纹间距进行。（b）螺距/锥度。①普通螺距间距同a。任何时候除偏梯形螺纹外，锥度，牙形高度和螺距的测量接触点都不得超出最后一牙完整螺纹位置。偏梯形螺纹