延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心化验中心 陕西延安 716000
摘 要：讨论了在API Spec 5B第十六版和API Spec 5CT第十版实施后，5（1/2）″套管在接箍外径、壁厚、夏比冲击试验等性能参数的变化；分析了牙顶高、椭圆度、平均牙顶径等新增项目以及椭圆度对螺纹紧密距公差的影响。
关键词：夏比冲击；牙顶高；椭圆度；平均牙顶径；紧密距；变化
0 引言
最新版API Spec 5B第十六版和API Spec 5CT第十版分别于2018年7月1日和2019年7月1日正式实施。经过一段时间的勘误和调整，目前国内取证API的油套管生产企业均已执行新标准。相较API Spec 5B第十五版和API Spec 5CT第九版，新版在不少参数的要求上发生了改变。本文以油田常用的5（1/2）″套管为例，对比新旧标准的几个关键参数变化，对新参数的检测提出几点建议。
1 接箍的外径、壁厚变化
依据API Spec 5CT第十版，5（1/2）″套管接箍外径（W）为160.02±1.40mm，较第九版的W值要求增加了6.35mm，考虑到内螺纹尺寸无变化，相当于接箍壁厚增加了6.35mm/2=3.175mm。同时，接箍质量也有所增加。具体的要求变化情况见表1。在新旧版套管均有使用的阶段，通过测量接箍外径（W）来判断套管执行的新旧哪个标准是一个较为简便直观的手段。
表1 新旧版本对5（1/2）″套管接箍外径及质量要求差异
版本 | 规格 | 接箍外径Wbc(mm) | 接箍质量（kg） | |
管子外径D（mm） | 短 | 长 | ||
API 5CT第九版 | 139.70 | 153.67 | 5.23 | 6.42 |
API 5CT第十版 | 139.70 | 160.02 | 7.34 | 8.92 |
备注：b：除Q125外所有钢级：外径公差W：±1%但不大于±3.18mm c: Q125钢级:外径公差W：±1%但不大于+3.18/-1.59mm | ||||
2 接箍的夏比冲击试验变化
由于新版5（1/2）″套管接箍壁厚增加了3.175mm，根据夏比冲击试样取样原则，API 5CT第十版对冲击试样尺寸、冲击温度、最低及平均吸收能也进行了调整。具体变化见表2。
表2 新旧版本对5（1/2）″套管接箍夏比冲击试验要求差异
钢级 | 版本 | API接头类型、试样取向、尺寸、吸收能、温度降低值 | |||
特殊间隙aBC | BC | LC | SC | ||
J55/K55 | 旧版 | T-5-11-C | T-5-11-D | T-5-11-D | T-5-11-D |
新版 | T-5-11-C | T-7-16-A | T-10-20-A | T-10-20-A | |
L80(所有类型) | 旧版 | T-5-11 | T-5-11 | T-5-11 | —— |
新版 | T-5-11 | T-7-16 | T-10-20 | —— | |
C90 | 旧版 | T-5-11 | T-5-11 | T-5-11 | —— |
新版 | T-5-11 | T-7-16 | T-10-20 | —— | |
N80（所有类型）、R95、T95 | 旧版 | T-5-11 | T-5-11 | T-5-11 | —— |
新版 | T-5-11 | T-10-20 | T-10-20 | —— | |
P110 | 旧版 | T-5-11 | T-5-12 | T-5-13 | —— |
新版 | T-5-11 | T-10-25 | T-10-26 | —— | |
Q125 | 旧版 | T-5-12 | T-5-13 | T-5-14 | —— |
新版 | T-5-12 | T-10-27 | T-10-28 | —— | |
注：旧版-API 5CT（第九版）；新版-API 5CT（第十版）；T-横向试样；10-全尺寸试样（55×10×10mm）；7-3/4尺寸试样（55×10×7.5mm）；5-1/2尺寸试样（55×10×5mm）；A-不降低温度；C-降低6℃；D-降低8℃；a：此表中的信息假定特定间隙接箍是由标准接箍半成品加工的。 | |||||
由表2可知：常用139.70×7.72mm LC套管的冲击试样由旧版的55×10×5mm的半尺寸试样调整为55×10×10mm的全尺寸试样；冲击试验温度根据不同钢级亦有所调整，如J55钢级的试验温度由13±3℃调整为21±3℃；吸收能要求随尺寸增加相应提高，但总体的调整比例遵循尺寸试样和吸收能降低系数。
3 新增检测的螺纹参数
3.1牙顶高
API 5B第十六版对于圆螺纹套管增加了牙顶高公差的要求，为±0.0015in（±0.038mm）。牙顶高指中径圆锥到牙顶的径向距离，如图1所示。牙顶高相比牙型高距离更短，两者的测量仪结构相似，前者为球形头，后者为锥形头；两者的校准块结构相似，V型槽校准相同，U型槽校准有异，校准时要注意两者的不同。
图1 圆螺纹牙顶高示意图
3.2平均牙顶径和椭圆度
API 5B第十六版增加了平均牙顶径和椭圆度的公差要求。规定所有规格套管（圆螺纹和偏梯形），规格≥4″的不加厚油管，规格大于等于2（3/8）″外加厚油管需要进行平均牙顶径和椭圆度的测量。平均牙顶径指在规定的测量截面处最大值和最小值的算术平均值。公螺纹牙顶径的位置（大径圆锥）C10定义在距端面L10长度处，接箍牙顶径的位置（小径圆锥）C12定义在距端面M12长度处。当牙顶径的测量不在L
10和M12长度处时，相应的牙顶径的设定值应做适当的调整。椭圆度指测得螺纹直径的最大值和最小值的差值。故此，测量要在内外螺纹多个位置进行，找出螺纹直径的最大和最小值。
4 螺纹椭圆度对紧密距的修正
在API 5B第十六版中，考虑了螺纹椭圆度对紧密距值上偏差增大的影响。根据平均牙顶径和最大牙顶径的定义可以得到公式(1)，应用紧密距公差和螺纹椭圆度计算最大允许紧密距，得到公式(2)。
螺纹最大顶径=平均顶径+螺纹椭圆度OV/2……（1）
最大SO=紧密距公差+[OV/(锥度×2)]……（2）
式中OV表示测得的螺纹椭圆度（in）；最大SO表示最大允许紧密距上偏差（in），锥度是螺纹规定的锥度（in/in）。最大SO由紧密距公差和受螺纹椭圆度影响的紧密距相加取得。故此椭圆度越大，螺纹的最大允许紧密距越大。相较旧版，紧密距上偏差增大，而下偏差不变。
以139.70×7.72mm LC套管为例，旧版5B要求紧密距上偏差为+0.125in，下偏差为-0.125in。新版5B要求管子的最大椭圆度为0.017in，带入公式2中，可得最大紧密距上偏差为SO=0.125+[0.017/(0.0625×2)]=0.261in，下偏差仍为-0.125in，所以考虑椭圆度对紧密距上偏差的影响之后，实际上扩大了紧密距的公差范围。由于每组螺纹的椭圆度不同，均需带入公式(2)进行计算，以确定紧密距的上偏差，故此也增加了计算量。
5 结语
5.1 API 5CT第十版对多个规格（包括5（1/2）″）套管接箍外径、厚度进行了重新修订。厚度增加有利于提高接箍的连接强度，外径增大需要使用方在下套管作业时予以考虑。同时，接箍的夏比冲击试样尺寸、试验温度、吸收功大小也因此调整。
5.2 API 5B第十六版新增了牙顶高、椭圆度、平均牙顶径等检测项目，考虑椭圆度对紧密距上偏差产生的影响，这些改变使得内外螺纹的参数描述更加详尽，有利于进一步控制产品质量。
参考文献
[1]API Spec 5CT套管和油管规范（第九版）.2011
[2]API Spec 5CT套管和油管规范（第十版）.2018
[3]API Spec 5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（第十五版版）. 2008
[4]API Spec 5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（第十六版版）. 2017
[5]API Spec 5B第16版相关技术内容探讨[J]. 艾裕丰,冯娜,马春莉,白小亮,李光峰,郭涛,张娟.石油管材与仪器. 2018(04)
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