石油天然氣工業套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計算 現行
Petroleum and natural gas industries—Equations and calculations for the properties of casing,tubing,drill pipe and line pipe used as casing and tubing
標準號：GB/T 20657-2011
本標準給出了各種管材性能必要的計算公式和模板,包括:———管體性能,如軸向強度、內壓抗力和外壓擠毀抗力;———最小物理指標;———上扣扭矩;———產品試驗壓力;———與試驗檢測標準相關的產品臨界尺寸;———試驗設備的臨界尺寸;———試樣臨界尺寸。對管材性能計算公式,提供了與其發展和使用相關的大量背景資料。本標準的公式可用于根據ISO11960或APISpec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L生產的管材,根據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應謹慎。制造過程中有冷加工(如冷矯直管)的產品也包括在本標準范圍內。成品管再進行冷加工的,如膨脹管和連續油管就超出了本標準的范圍。管線管和其他管材使用本標準中的性能計算公式時僅限于這些管材用作套管/油管或試驗室使用,并需對其熱處理過程、矯直過程和屈服強度等與最接近的套管/油管產品謹慎對應。這些公式用于鉆桿性能計算時也應保持同樣的謹慎。通過輸入管材幾何、生產工藝及材料參數,本標準公式可計算出ISO11960或APISpec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L中管材預期性能。本標準公式計算結果不能理解為生產過程的保證。制造廠根據包括產品尺寸和理化性能的生產規范要求可生產石油管材。本標準設計公式為用戶了解管材性能提供了一個參考數值,可用于進行井身設計或研究。本標準不是設計規程,它只提供用于下井使用的管材性能計算的公式和模板。本標準不提供任何關于管材可能會遇到的載荷或者可接受的設計必須的安全裕量。用戶確定合適的設計載荷和選擇足夠的安全系數以進行安全有效的設計。設計載荷和安全系數應基于歷史經驗、當地法規要求和特定井況選擇確定。本標準中所有的公式和所列管材性能數據均假定處于良好環境,材料性能滿足ISO11960或API Spec5CT,ISO11961或APISpec5D,ISO3183或APISpec5L要求。其他環境可能需要另外的分析,如附件D中所列的那樣。本標準不包括管材接頭密封強度和動載荷作用下的管材性能。本標準中所有的拉伸應力都是正值。
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本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。 本標準代替了GB/T20657—2006《石油天然氣工業套管、油管、鉆桿和管線管性能公式及計算》。 本標準與GB/T20657—2006相比,主要技術變化如下: ———修訂了標準名稱,明確了該標準適用于套管、油管和鉆桿; ———增加了三軸應力屈服設計公式; ———增加了考慮缺欠尺寸的延性斷裂強度公式; ———增加了沖擊試樣加工所需接箍或管體臨界壁厚計算公式; ———附錄中增加了抗擠毀強度延性斷裂公式的更新研究成果。 本標準使用翻譯法等同采用ISO/TR10400:2007《石油天然氣工業套管、油管、鉆桿和用作套管或油管的管線管性能公式及計算》。由于ISO/TR10400:2007中部分公式的推導是在統計基礎上由回歸分析方法得到的,公式中的參數(包括有量綱參數及無量綱參數)在從英制向國際單位制轉化過程中相對變化較大,從而導致原公式變形;而且,ISO/TR10400:2007也采用英制單位,因此,本標準同ISO/TR10400:2007保持一致,此類公式也采用英制單位。為便于使用,本標準做了下列編輯性修改: a) 刪去了國際標準表頭中的數字序號; b) 刪除國際標準的前言和通則。 本標準由中國石油天燃氣集團公司提出。 本標準由全國石油天然氣標準化技術委員會(SAC/TC355)歸口。 本標準起草單位:中國石油集團石油管工程技術研究院。 本標準主要起草人: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 規范性引用文件 1 2.2 計量單位 2 3 規范性引用文件 2 4 術語和定義 2 5 符號和縮略語 5 6 管體三軸應力屈服設計 12 6.1 通則 12 6.2 假設條件和適用范圍 12 6.3 計算所需參數 12 6.4 管體三軸應力屈服設計公式 12 6.5 管線管三軸應力屈服設計公式使用 13 6.6 計算示例 13 7 管體延性斷裂 15 7.1 通則 15 7.2 假設條件和適用范圍 16 7.3 計算所需參數 16 7.4 封堵管端延性斷裂設計公式 18 7.5 軸向拉伸和外壓作用下延性斷裂設計公式修正 18 7.6 計算示例 20 8 外壓擠毀 21 8.1 通則 21 8.2 假設條件和適用范圍 22 8.3 計算所需參數 22 8.4 管體擠毀壓力設計公式 22 8.5 經驗系數 26 8.6 擠毀壓力公式在管線管的應用 27 8.7 計算示例 27 9 接頭連接強度 28 9.1 通則 28 9.2 API套管接頭拉伸連接強度設計公式 28 9.3 API油管接頭拉伸連接強度 30 9.4 管線管連接強度 31 10 接箍抗內壓性能 31 10.1 通則 31 10.2 圓螺紋和偏梯形螺紋接箍內屈服壓力 32 10.3 圓螺紋或偏梯形螺紋接箍的內壓泄漏強度 32 11 質量 32 11.1 通則 32 11.2 名義質量 32 11.3 平端管質量 33 11.4 管端加工管子質量 33 11.5 螺紋和接箍質量 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量 34 11.7 端部加厚質量 34 11.8 接箍質量 35 11.9 螺紋加工損失質量 37 11.10 端部加厚質量 41 12 伸長率 44 13 壓扁試驗 44 13.1 套管和油管的壓扁試驗 44 13.2 管線管壓扁試驗 45 14 靜水壓試驗 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 45 14.2 帶螺紋和接箍管子的靜水壓試驗壓力 46 15 圓螺紋套管和油管上扣扭矩 46 16 埋弧焊管線管導向彎曲試驗 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) 內壓破裂試驗程序 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擠毀公式發展討論 100 附錄F(資料性附錄) 擠毀強度可靠性研究發展 110 附錄G (資料性附錄) 由外壓擠毀試驗數據計算抗擠毀強度設計值 142 附錄H (資料性附錄) 根據產品數據確定抗擠毀強度 145 附錄I(資料性附錄) 外壓擠毀試驗程序 157 附錄J(資料性附錄) 接頭連接強度公式討論 162 附錄K (資料性附錄) 國際單位制計算性能表格列表 166 附錄L (資料性附錄) 美國慣用單位制性能列表 260 |
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