ISO_13679_油套管接头试验评价技术介绍

1、1会计学ISO_13679_油套管接头试验评价技术介油套管接头试验评价技术介绍绍2021-12-1422021-12-143油套管连接螺纹API螺纹非API螺纹圆螺纹偏梯形弹性密封金属密封直连型整体连接特殊结构螺纹质量评价 适用性评价设计质量、生产质量、使用工况生产质量、使用工况提高生产质量、设计水平 管材优选2021-12-144几何尺寸力学性能2021-12-1452021-12-146每英寸10牙/8牙V型螺纹API 1924每英寸8牙/10牙圆螺纹接头每英寸8牙偏梯形螺纹接头出现特殊螺纹接头法国瓦鲁瑞克等公司申请了专利 有一百多种特殊螺纹扣型国内近十家制造厂有或正在开发特殊螺纹随后二十

2、世纪四十年代目前API圆螺纹接头易发生滑脱 气密封性能不足API偏梯形螺纹接头连接强度高，密封性能不足2021-12-147偏梯形螺纹+金属密封面改进偏梯形螺纹+金属密封面楔形螺纹 +金属密封面不需螺纹脂的特殊接头特殊环境应用接头同样气密封性能下抗高拉伸、弯曲、压缩、疲劳能力提高提高可靠性、易操作性，满足特殊应用膨胀管接头双金属管特殊接头内涂层用特殊接头套管钻井用接头低应力耐腐蚀接头2021-12-1482021-12-149H2S、CO2CL-、O2021-12-1410对温度、腐蚀、密对温度、腐蚀、密封性、磨损等特殊封性、磨损等特殊因素考虑较少或考因素考虑较少或考虑时无技术依据。虑时无技术

3、依据。目前管柱设计基本上是目前管柱设计基本上是强度设计，主要是抗拉、强度设计，主要是抗拉、抗内压抗内压密封密封、抗外挤、抗外挤强强度校核度校核。导致的结果：导致的结果：一方面套管壁厚越来越厚、钢级一方面套管壁厚越来越厚、钢级越来越高，按一般安全准则几乎越来越高，按一般安全准则几乎没有套管可选；尾管固井间隙越没有套管可选；尾管固井间隙越来越小，下不到设计井深就中途来越小，下不到设计井深就中途遇阻遇卡。遇阻遇卡。 另一方面螺纹接头、管材防腐等另一方面螺纹接头、管材防腐等方面仍存在较大的事故隐患。方面仍存在较大的事故隐患。 单纯依据强度校核的单纯依据强度校核的管柱设计方法无法保管柱设计方法无法保证管

4、柱证管柱经济经济、安全可、安全可靠性。靠性。2021-12-1411管柱选择和管柱选择和验证评价验证评价是管柱设计是管柱设计的的补充和完善补充和完善，是保证管柱设计，是保证管柱设计可靠性不可缺少的环节。可靠性不可缺少的环节。管柱种类较多，性能差异很大，一些管柱种类较多，性能差异很大，一些性能性能无法通过简单力学方法无法通过简单力学方法确认，如确认，如管体的抗挤强度、接头的连接强度和管体的抗挤强度、接头的连接强度和密封性能等，只有通过验证评价才能密封性能等，只有通过验证评价才能进行确认。进行确认。标准给出的只是接头单轴强度，套管的标准给出的只是接头单轴强度，套管的复合复合承载能力承载能力（尤其是

5、接头的（尤其是接头的密封性和耐腐蚀性密封性和耐腐蚀性）一般并没有给出。一般并没有给出。对于对于特殊工况条件特殊工况条件的油、气井，需要模拟现场工的油、气井，需要模拟现场工况条件对所选套管的承载能力进行评价，以确认况条件对所选套管的承载能力进行评价，以确认设计是否安全可靠设计是否安全可靠。2021-12-1412工作压力MPa(psi)服役条件等级高中底82.74(12000)55.1682.7427.5855.16027.58在国外油公司管理体系中，具有一定强制性在国外油公司管理体系中，具有一定强制性API RP 37 (1st)API RP 37 (2nd )API RP 5C5(1st)A

6、PI RP 5C5 (2nd )1958年年1980年年1990年年1996年年试验周期缩短 油公司，评价方法的优点试验分级规定试样长度及组合试验方法细节增加试验项目增加模拟井况针对美国南部 高压油气井API RP 5C5（油、套管接头评价方法）（油、套管接头评价方法）2021-12-14139090年代中期年代中期国际标准化组织国际标准化组织着手制定油井管柱设计验证评价标准着手制定油井管柱设计验证评价标准API RP 5C5 2API RP 5C5 2ndnd20022002年底年底石油天然气工业石油天然气工业- -套管和油管试验程序套管和油管试验程序API RP 5C5 3API RP 5

7、C5 3rdrd/ISO13679/ISO13679第第1 1版版密封包络线和强度包密封包络线和强度包络线的概念络线的概念介绍了需进行特殊检测介绍了需进行特殊检测的特殊工艺的特殊工艺强化了不同井况条件下油、强化了不同井况条件下油、套管接头性能验证套管接头性能验证修改补充修改补充ISO136792021-12-14142021-12-1415接头适用级 别A系试验（见7.3.3）四个象限循环载荷B系试验（见7.3.4）两个象限循环载荷C系热循环试验（见7.3.5）热/压力-拉伸循环烘干和热循环温 度内压介质（外压为水）级8个试样室温室温下弯曲5次室温下载荷循环50次压力/拉伸下的热循环a5次高温

8、下载荷循环50次压力/拉伸下的热循环a5次室温下载荷循环180（356 ）气体试样2、4、5、7试样1、3、6、8试样1、2、3、4级6个试样室温室温下可选弯曲5次室温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次高温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次室温下载荷循环135（275 ）气体试样2、4、5试样1、3、6试样1、2、3、4级4个试样不需要外压试验室温下可选弯曲5次室温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次高温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次室温下载荷循环135（275 ）气体试样1、2、3、4试样1、2、3、4级3个试样不需要外压试验室温下可选弯曲不需要热循环试验不需要烘干液体试样

9、1、2、3a 级套管只需要5个热循环。按附录J试验的级多级密封油管也采用5个热循环。2021-12-1416接头适用级 别A系试验（见7.3.3）四个象限循环载荷B系试验（见7.3.4）两个象限循环载荷C系热循环试验（见7.3.5）热/压力-拉伸循环烘干和热循环温 度内压介质（外压为水）级6个试样室温室温和高温和高温下弯曲5次室温下载荷循环5次次压力/拉伸下的热循环a5次高温下载荷循环5次次压力/拉伸下的热循环a5次室温下载荷循环180（356 ）气体试样1、2、3、4、5试样1、2、3、4、 6试样1、2、3、4、5级6个试样室温室温和高温和高温下（可选）弯曲5次室温下载荷循环5次压力/拉伸

10、下的热循环5次高温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次室温下载荷循环180（356 ）气体试样2、4、5试样1、3、6试样2、5级4个试样不需要外压试验室温和高温和高温下弯曲可选5次室温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次高温下载荷循环5次压力/拉伸下的热循环5次室温下载荷循环135（275 ）气体试样1、2、3、4试样1、2、3、4级3个试样不需要外压试验室温和高温和高温下弯曲可选不需要热循环试验不需要烘干和高温试验和高温试验液体试样1、2、3a 级套管只需要5个热循环。按附录J试验的级多级密封油管也采用5个热循环。2021-12-14172021-12-1418 随着新的钻完井技术和油

11、井管技术出现，接头评价随着新的钻完井技术和油井管技术出现，接头评价技术也需发展技术也需发展可膨胀管可膨胀管连续柔性管连续柔性管套管钻井套管钻井2021-12-14192021-12-1420一般过程确定油井管服役工况分析油井管可能的失效类型，即结构失效和密封失效2021-12-1421H2S、CO2CL-、O2021-12-1422分析油井管可能的失效类型，即结构失效和密封失效，包括以下类型变形：弯曲、压扁、凹陷、失稳等破裂：管体爆裂、接箍纵裂、管体断裂、错断、应力腐蚀开裂、疲劳或腐蚀疲劳断裂表面损伤：腐蚀、磨损、磨损、螺纹粘结螺纹连接失效：泄漏、滑脱、粘扣、跳扣、断裂。2021-12-142

12、3 确定油井管服役工况2021-12-14242021-12-1425l API RP 5C5/ISO 13679:2002规定的试验内容1 试验分级CAL（接头级别）（接头级别）（8个试样）：适用最苛刻的用途。 气井生产和注采用的油管、套管，使接头承受各种循环载荷，包括内压、外压，拉伸、压缩与弯曲作用。使接头经受180（356 ）高温和气体压力下的热/压力-拉伸循环。在压力-轴向力图的四个象限里都要进行极限载荷试验CAL(接头级别接头级别) （6个试样）：适用苛刻的用途。油、气井生产和注采用的油管、套管。其试验程序是使接头承受各种循环载荷，包括内压、外压，拉伸和压缩作用。弯曲作用是可选择的载

13、荷。温度和温度/压力-拉伸循环试验条件不如CAL 那么严格，在135（275 ）高温和气体压力下试验5个h。在压力-轴向力图的四个象限里都要进行极限载荷试验。2021-12-1426l API RP 5C5/ISO 13679:2002规定的试验内容1 试验分级CAL （接头级别）（接头级别）（4个试样）：适用较不苛刻的用途。适用于油、气井生产和注采并承受有限外压的油管、套管及技术套管。其试验程序是使接头承受各种循环载荷，包括内压、拉伸和压缩作用（无外压）。弯曲可选。 135（275 ）高温和气体压力下试验。只在内压-轴向力图的两个象限内进行极限载荷试验。CAL(接头级别接头级别) （3个试样

14、）：适用最不苛刻的用途。适用于油井。其试验程序是使接头承受各种循环载荷，包括内压，拉伸和压缩作用 （无外压） ，用液体做试验压力介质，弯曲可选，室温。只在内压-轴向力图的两个象限内进行极限载荷试验2021-12-1427l API RP 5C5/ISO 13679:2002规定的试验内容2 试样准备：接头按规定极限公差加工。试样1试样2试样3试样4试样5试样6试样7试样8螺纹及密封过盈高-低低-低高-高低-高高-低高-低低-高低-高螺纹锥度外小内大外小内大标准值外大内小外小内大 外小内大 外大内小外大内小检测目的密封性螺纹抗粘扣密封性螺纹抗粘扣密封面抗粘扣密封性螺纹抗粘扣密封性螺纹抗粘扣密封面

15、抗粘扣密封面抗粘扣1 槽口最小0.2mm（0.008in）深，两个互成180度角 2 对两个槽口进行打磨以防粘扣发生，槽口不能穿过金属密封面。标准值试样1、5、6试样2试样3试样4、7、82021-12-14282 试样准备：a) 管体应来自同一批材料；b) 接箍应来自同一批材料；c) 整体接头所有材料应来自同一批；d) 所有材料均应满足相应材料规范的要求；e)管体实测最小壁厚应不大于试样管体的名义壁厚。3 Dt3DDt1 夹持固定端 2 弯曲用应变片 3 应变片与接头间距离：应变片与夹持端距离：）4 外螺纹 5 内螺纹 管体最小无支撑长度Lpj6pjLDDt2021-12-14292 试样准

16、备： 试样长度及应变片位置3 Dt3DDt1 夹持固定端 2 弯曲用应变片 3 应变片与接头间距离：应变片与夹持端距离：）4 外螺纹 5 内螺纹 管体最小无支撑长度Lpj6pjLDDt2021-12-1430试样说明螺纹脂扭矩现场端上/卸扣条件CAL IV级评价试验CAL级评价试验CALII级评价试验I级评价试验试样号公差螺纹密封面MUM/BFMUMUM/BFMU2-4级1级A系B系C系LLA系B系C系LLB系C系LLB系LL工厂端现场端工厂端现场端1HLHHLLFMUFMUBCLP1BCLP1BCLP1BLP12LLHLHHHHRRGFMUACLP2ACLP2BCLP6BLP63HHHLHH

17、HHRRGMBGBCLP3BCLP3BCLP3BLP34LHHLHHHHMBGACLP4ACLP4BCLP55HLHLHLHLRRGALP5ALP56HLHLHHHHRRGBLP6BLP67LHHLHLHLMBGALP78LHHLHLHLMBGBLP8MU：上扣 L：制造厂推荐最小值M/B：上/卸扣 LL：极限载荷试验MBG：抗粘扣上/卸扣 SL由局部或整体密封接触压力决定的密封过盈量FMU：最终上扣 RRG：抗粘扣循环上/卸扣试验 H：制造厂推荐最大值 对带螺纹和接箍接头，所有工厂端应和现场端几何外形相同，且应按规定仅进行一次上扣。3 每根试样的试验内容2021-12-14313如果上述部分

18、试验内容，不必整套试验，已足以验证接头对特定用途的适用性；或者其它规格试样的经验和相关的试验数据可以利用，实际操作中可对标准规定的试验做改动：预计的改动已预先清楚地记录在案；相关各方一致同意；在试验研究报告中，要清楚地说明这些变动。2021-12-1432盈量较大的试样应用来检测接头对粘扣的敏感性。2021-12-14335上/卸扣试验试验的上/卸方法及螺纹脂宜和油田现场作业一致试验设备必须能记录扭矩-圈数关系曲线分为抗粘扣上/卸扣试验、循环上/卸扣试验、最终上扣制造厂推荐最大及最小螺纹脂用量最小扭矩：设计最大扭矩的95%上扣速度：制造厂推荐最大速度的90% 宜垂直上扣2021-12-1434

19、2021-12-14352021-12-14362021-12-1437刻度0.1cm3或更小刻度的量筒 2021-12-143860min保压15min保压2021-12-14392021-12-14402021-12-14416 气（液）密封性试验2021-12-14421 95% VME管体屈服强度包络线（和接头效率有关） 2 推荐试验载荷路径按逆时针、顺时针、再逆时针方向进行3次循环加载。 2a2021-12-14431 95% VME管体屈服强度包络线 2 试验时，按逆时针、顺时针、再逆时针方向进行3次循环加载；2a2021-12-14445次常温内压/拉伸循环试验(95%)高温下6

20、0分钟保载(80%)载荷稳定 温度循环5次高温内压/拉伸循环试验(80%) 2021-12-1445拉伸至失效拉伸条件下内压至失效高内压拉伸至失效低内压拉伸至失效外压挤毁压缩条件下外压挤毁内压条件下压缩至失效外压条件下压缩至失效2021-12-14462021-12-14472021-12-1448工况模拟试验ISO 13679与实际工况脱节2021-12-14492021-12-14502021-12-1451材料的选材料的选择与评价择与评价化学成分化学成分力学性能力学性能金相组织金相组织材料与环境作用：材料与环境作用：腐蚀腐蚀点蚀、缝隙、应力（硫化物、点蚀、缝隙、应力（硫化物、氯化物）、疲

21、劳、振颤、电化学、氯化物）、疲劳、振颤、电化学、冲蚀冲蚀磨损磨损涂镀层老化与损伤涂镀层老化与损伤2021-12-14522021-12-1453接头的选接头的选择与评价择与评价接头拉伸接头拉伸/ /压缩效率压缩效率接头内压密封效率接头内压密封效率接头与环境作用：接头与环境作用：腐蚀腐蚀缝隙、应力（硫化物、氯化缝隙、应力（硫化物、氯化物）、电化学、冲蚀、磨振腐蚀物）、电化学、冲蚀、磨振腐蚀磨损磨损内表面涂镀层在接头台肩内表面涂镀层在接头台肩处理处理2021-12-14542021-12-14552021-12-14562021-12-1457概念范围概念范围概念范围深井3500 m 6000 m

22、高温135177中高压30MPa 50MPa超深井6000 m超高温177高压50MPa 105MPa中曲率半径20/30m30/30m小曲率半径30/30m超高压105 MPa2021-12-1458工况试验项目1超深、超高压、超高温气井1 接头内表面骤冷对密封面的影响模拟试验2 接头低于屈服扭矩10%的过扭矩评价试验、长时间高温后卸扣试验，并进行卸扣扭矩与上扣扭矩比值的分析。3 振动疲劳（弯曲旋转）评价管柱接头的疲劳模拟4 API 5C5的IV级试验a,b5 弯曲条件下的外压挤毁评价试验6 接头过载性能试验（内压介质为气体）2深井、高压、高温气井1 接头内表面骤冷对密封面的影响模拟试验2

23、接头低于屈服扭矩10%的过扭矩评价试验、长时间高温后卸扣试验，并进行卸扣扭矩与上扣扭矩比值的分析。3 振动疲劳（弯曲旋转）评价管柱接头的疲劳模拟4 IV级试验a5 弯曲条件下的外压挤毁评价试验3深井、高压气井（井底温度小于135）1 接头低于屈服扭矩10%的过扭矩评价试验、长时间高温后卸扣试验，并进行卸扣扭矩与上扣扭矩比值的分析。2 振动疲劳（弯曲旋转）评价管柱接头的疲劳模拟3 III级试验a4 弯曲条件下的外压挤毁评价试验2021-12-1459工况试验项目4中高压气井1 接头低于屈服扭矩10%的过扭矩评价试验、长时间高温后卸扣试验，并进行卸扣扭矩与上扣扭矩比值的分析。2 II级试验a,c3

24、弯曲条件下的外压挤毁评价试验（根据实际工况可选）5低压气井、油井II级试验a,d6热采井1 材料的高温长时试验2 超高温条件下的弯曲（可选）、拉伸/压缩、内压循环试验b3 极限载荷试验：内压、外压、拉伸、压缩、弯曲等载荷7腐蚀环境1 接头全尺寸带腐蚀介质的振动疲劳（弯曲旋转）评价2 材料耐环境腐蚀模拟试验3 根据井深、温度、压力等选择相应的试验项目4 实物接头超高内压、高温、高速冲蚀试验8中曲率、小曲率气井 根据井深、压力、温度选择相应工况的试验项目，并根据实际工况选择弯曲度。9中曲率、小曲率油井1 推荐扭矩上/卸扣试验2 接头低于屈服扭矩10%的过扭矩评价试验。3 极限载荷试验：内压、拉伸、

25、压缩、弯曲等载荷a. 详细试验内容参照GB/T 21267；b. 试验温度应根据实际工况确定；c. 根据实际工况选择是否有弯曲；d. 根据实际工况，可选择I级试验。接头的选择与评价 气密封试验 2021-12-1460管柱设计管柱设计与评价与评价管柱结构管柱结构（管体与接头的强度与密封）（管体与接头的强度与密封）设设计计管柱损伤预测管柱损伤预测管柱与环境作用：管柱与环境作用：管柱整体振动管柱整体振动管柱管柱强度、密封强度、密封与地层作用时效与地层作用时效性性2021-12-1461管柱工况分析管柱工况分析屈曲和弯曲行为分析屈曲和弯曲行为分析摩阻和扭矩计算摩阻和扭矩计算损伤预测及剩余强度评损伤预

26、测及剩余强度评价价管柱振动分析管柱振动分析钻完井技术对管柱影响分钻完井技术对管柱影响分析析环境变化对管柱影响分环境变化对管柱影响分析析采气作业对管柱影响分采气作业对管柱影响分析析管柱与地层长期作用分管柱与地层长期作用分析析2021-12-1462管柱损伤、应力、变形、开采工艺管柱损伤、应力、变形、开采工艺与地层、环境之间的与地层、环境之间的长期长期作用。作用。可靠的管柱可靠的管柱设计除进行设计除进行强度设计外，强度设计外，还应进行密还应进行密封与防腐设封与防腐设计的全寿命计的全寿命设计设计强度设计对管体和接头都要进行校强度设计对管体和接头都要进行校核。一般管体强度采用核。一般管体强度采用三轴三

27、轴VMEVME方法方法校核。校核。预测到有腐蚀介质的井要进行预测到有腐蚀介质的井要进行防腐防腐设计，包括管材的选择、应力腐蚀设计，包括管材的选择、应力腐蚀评价及必要的工艺选择评价及必要的工艺选择；对于天然气井和高压井，必须进行对于天然气井和高压井，必须进行密封设计，不仅要保证每根套管螺密封设计，不仅要保证每根套管螺纹的密封性，而且要保证纹的密封性，而且要保证整个管柱整个管柱（包括附件）的密封性。（包括附件）的密封性。2021-12-1463API 5C5/ISO 13679检测接头设计与生产否管柱强度与密封设计是普通工况井复杂工况井、探井经济优化与可靠性分析管柱全寿命管理在役状态检测损伤预测可

28、靠性分析剩余寿命预测接头工况模拟试验评价是否2021-12-14642021-12-1465油套管连接螺纹API螺纹非API螺纹圆螺纹偏梯形弹性密封金属密封直连型整体连接特殊结构螺纹质量评价 适用性评价设计质量、生产质量、使用工况生产质量、使用工况提高生产质量、设计水平 管材优选2021-12-14662021-12-1467管柱选择和管柱选择和验证评价验证评价是管柱设计是管柱设计的的补充和完善补充和完善，是保证管柱设计，是保证管柱设计可靠性不可缺少的环节。可靠性不可缺少的环节。管柱种类较多，性能差异很大，一些管柱种类较多，性能差异很大，一些性能性能无法通过简单力学方法无法通过简单力学方法确认，如确认，如管体的抗挤强度、接头的连接强度和管体的抗挤强度、