石油天然氣工業(yè)套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計(jì)算 現(xiàn)行
Petroleum and natural gas industries—Equations and calculations for the properties of casing,tubing,drill pipe and line pipe used as casing and tubing
標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 20657-2011
本標(biāo)準(zhǔn)給出了各種管材性能必要的計(jì)算公式和模板,包括:———管體性能,如軸向強(qiáng)度、內(nèi)壓抗力和外壓擠毀抗力;———最小物理指標(biāo);———上扣扭矩;———產(chǎn)品試驗(yàn)壓力;———與試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的產(chǎn)品臨界尺寸;———試驗(yàn)設(shè)備的臨界尺寸;———試樣臨界尺寸。對(duì)管材性能計(jì)算公式,提供了與其發(fā)展和使用相關(guān)的大量背景資料。本標(biāo)準(zhǔn)的公式可用于根據(jù)ISO11960或APISpec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L生產(chǎn)的管材,根據(jù)具體情況選用合適的公式。這些公式和模板用于其他管材時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。制造過(guò)程中有冷加工(如冷矯直管)的產(chǎn)品也包括在本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。成品管再進(jìn)行冷加工的,如膨脹管和連續(xù)油管就超出了本標(biāo)準(zhǔn)的范圍。管線管和其他管材使用本標(biāo)準(zhǔn)中的性能計(jì)算公式時(shí)僅限于這些管材用作套管/油管或試驗(yàn)室使用,并需對(duì)其熱處理過(guò)程、矯直過(guò)程和屈服強(qiáng)度等與最接近的套管/油管產(chǎn)品謹(jǐn)慎對(duì)應(yīng)。這些公式用于鉆桿性能計(jì)算時(shí)也應(yīng)保持同樣的謹(jǐn)慎。通過(guò)輸入管材幾何、生產(chǎn)工藝及材料參數(shù),本標(biāo)準(zhǔn)公式可計(jì)算出ISO11960或APISpec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L中管材預(yù)期性能。本標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算結(jié)果不能理解為生產(chǎn)過(guò)程的保證。制造廠根據(jù)包括產(chǎn)品尺寸和理化性能的生產(chǎn)規(guī)范要求可生產(chǎn)石油管材。本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)公式為用戶了解管材性能提供了一個(gè)參考數(shù)值,可用于進(jìn)行井身設(shè)計(jì)或研究。本標(biāo)準(zhǔn)不是設(shè)計(jì)規(guī)程,它只提供用于下井使用的管材性能計(jì)算的公式和模板。本標(biāo)準(zhǔn)不提供任何關(guān)于管材可能會(huì)遇到的載荷或者可接受的設(shè)計(jì)必須的安全裕量。用戶確定合適的設(shè)計(jì)載荷和選擇足夠的安全系數(shù)以進(jìn)行安全有效的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)載荷和安全系數(shù)應(yīng)基于歷史經(jīng)驗(yàn)、當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求和特定井況選擇確定。本標(biāo)準(zhǔn)中所有的公式和所列管材性能數(shù)據(jù)均假定處于良好環(huán)境,材料性能滿足ISO11960或API Spec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L要求。其他環(huán)境可能需要另外的分析,如附件D中所列的那樣。本標(biāo)準(zhǔn)不包括管材接頭密封強(qiáng)度和動(dòng)載荷作用下的管材性能。本標(biāo)準(zhǔn)中所有的拉伸應(yīng)力都是正值。
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本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。 本標(biāo)準(zhǔn)代替了GB/T20657—2006《石油天然氣工業(yè)套管、油管、鉆桿和管線管性能公式及計(jì)算》。 本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T20657—2006相比,主要技術(shù)變化如下: ———修訂了標(biāo)準(zhǔn)名稱,明確了該標(biāo)準(zhǔn)適用于套管、油管和鉆桿; ———增加了三軸應(yīng)力屈服設(shè)計(jì)公式; ———增加了考慮缺欠尺寸的延性斷裂強(qiáng)度公式; ———增加了沖擊試樣加工所需接箍或管體臨界壁厚計(jì)算公式; ———附錄中增加了抗擠毀強(qiáng)度延性斷裂公式的更新研究成果。 本標(biāo)準(zhǔn)使用翻譯法等同采用ISO/TR10400:2007《石油天然氣工業(yè)套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計(jì)算》。由于ISO/TR10400:2007中部分公式的推導(dǎo)是在統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上由回歸分析方法得到的,公式中的參數(shù)(包括有量綱參數(shù)及無(wú)量綱參數(shù))在從英制向國(guó)際單位制轉(zhuǎn)化過(guò)程中相對(duì)變化較大,從而導(dǎo)致原公式變形;而且,ISO/TR10400:2007也采用英制單位,因此,本標(biāo)準(zhǔn)同ISO/TR10400:2007保持一致,此類公式也采用英制單位。為便于使用,本標(biāo)準(zhǔn)做了下列編輯性修改: a) 刪去了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)表頭中的數(shù)字序號(hào); b) 刪除國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的前言和通則。 本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)石油天燃?xì)饧瘓F(tuán)公司提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC355)歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)起草單位:中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:申昭熙、王建軍、林凱、徐婷、許曉峰。 |
| 前言 Ⅴ 1 范圍 1 2 一致性 1 2.1 規(guī)范性引用文件 1 2.2 計(jì)量單位 2 3 規(guī)范性引用文件 2 4 術(shù)語(yǔ)和定義 2 5 符號(hào)和縮略語(yǔ) 5 6 管體三軸應(yīng)力屈服設(shè)計(jì) 12 6.1 通則 12 6.2 假設(shè)條件和適用范圍 12 6.3 計(jì)算所需參數(shù) 12 6.4 管體三軸應(yīng)力屈服設(shè)計(jì)公式 12 6.5 管線管三軸應(yīng)力屈服設(shè)計(jì)公式使用 13 6.6 計(jì)算示例 13 7 管體延性斷裂 15 7.1 通則 15 7.2 假設(shè)條件和適用范圍 16 7.3 計(jì)算所需參數(shù) 16 7.4 封堵管端延性斷裂設(shè)計(jì)公式 18 7.5 軸向拉伸和外壓作用下延性斷裂設(shè)計(jì)公式修正 18 7.6 計(jì)算示例 20 8 外壓擠毀 21 8.1 通則 21 8.2 假設(shè)條件和適用范圍 22 8.3 計(jì)算所需參數(shù) 22 8.4 管體擠毀壓力設(shè)計(jì)公式 22 8.5 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 26 8.6 擠毀壓力公式在管線管的應(yīng)用 27 8.7 計(jì)算示例 27 9 接頭連接強(qiáng)度 28 9.1 通則 28 9.2 API套管接頭拉伸連接強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式 28 9.3 API油管接頭拉伸連接強(qiáng)度 30 9.4 管線管連接強(qiáng)度 31 10 接箍抗內(nèi)壓性能 31 10.1 通則 31 10.2 圓螺紋和偏梯形螺紋接箍?jī)?nèi)屈服壓力 32 10.3 圓螺紋或偏梯形螺紋接箍的內(nèi)壓泄漏強(qiáng)度 32 11 質(zhì)量 32 11.1 通則 32 11.2 名義質(zhì)量 32 11.3 平端管質(zhì)量 33 11.4 管端加工管子質(zhì)量 33 11.5 螺紋和接箍質(zhì)量 33 11.6 端部加厚和帶螺紋的整體連接油管和直連型套管的質(zhì)量 34 11.7 端部加厚質(zhì)量 34 11.8 接箍質(zhì)量 35 11.9 螺紋加工損失質(zhì)量 37 11.10 端部加厚質(zhì)量 41 12 伸長(zhǎng)率 44 13 壓扁試驗(yàn) 44 13.1 套管和油管的壓扁試驗(yàn) 44 13.2 管線管壓扁試驗(yàn) 45 14 靜水壓試驗(yàn) 45 14.1 平端管子、直連型套管和整體接頭油管的靜水壓試驗(yàn) 45 14.2 帶螺紋和接箍管子的靜水壓試驗(yàn)壓力 46 15 圓螺紋套管和油管上扣扭矩 46 16 埋弧焊管線管導(dǎo)向彎曲試驗(yàn) 47 16.1 通則 47 16.2 背景 49 17 API接箍和管體最小沖擊試樣規(guī)格確定 49 17.1 臨界厚度 49 17.2 接箍半成品壁厚 51 17.3 橫向沖擊試樣壁厚 53 17.4 縱向沖擊試樣壁厚 54 17.5 API接箍最小試樣尺寸 56 17.6 管體沖擊試樣尺寸 57 17.7 更大尺寸試樣 57 17.8 參考信息 57 附錄A (資料性附錄) 管體三軸屈服公式討論 58 附錄B(資料性附錄) 延性斷裂公式的討論 66 附錄C (資料性附錄) 內(nèi)壓破裂試驗(yàn)程序 93 附錄D (資料性附錄) 破裂公式討論 95 附錄E (資料性附錄) API擠毀公式發(fā)展討論 100 附錄F(資料性附錄) 擠毀強(qiáng)度可靠性研究發(fā)展 110 附錄G (資料性附錄) 由外壓擠毀試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算抗擠毀強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 142 附錄H (資料性附錄) 根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)確定抗擠毀強(qiáng)度 145 附錄I(資料性附錄) 外壓擠毀試驗(yàn)程序 157 附錄J(資料性附錄) 接頭連接強(qiáng)度公式討論 162 附錄K (資料性附錄) 國(guó)際單位制計(jì)算性能表格列表 166 附錄L (資料性附錄) 美國(guó)慣用單位制性能列表 260 |
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