水下井口和采油树

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水下井口及采油树讲义PPT

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防止渔网拖挂及落物保护
1. 水下设备远离固定平台，并处于捕鱼作业区。水下井口的上方水面没有任何设施，渔船很容易闯入该区域而用渔网拖挂坏在海底的水下生产设备。水下生产系统的防落物和渔网拖挂的整体保护结构主要由采油树基座框架、采油树整体框架结构和采油树顶盖组成。采油树系统顶部落物保护的设计参数为50千焦 /0.012平方米。在设计控制脐带缆分配盒安装位置时考虑了把分配盒安装在采油树基座的下面，从而节约了额外对分配盒的保护及相关费用。
惠州26-1北油田水下开发项目
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惠州26-1北油田水下开发项目
惠州26-1油田生产平台
扫线管线
气举管线
生产管线
控制脐带缆采油树基座控制管线分配盒
水下采油树
ROV操作面板
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惠州26-1北油田水下开发项目
项目在设计阶段采用了技术创新，包括扫线回路、防止渔网拖挂及落物保护等是措施，使油田在8年的生产期间水下设施没有发生任何事故而影响生产，节省了大量的作业费。
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2.
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扫线回路的设计
1. 惠州26－1北油田油品性质差，属高比重、高含蜡和低油气比原油。而油田处于台风高发区，经常需要关井撤离，关井期间存在着原油凝固而堵塞管线的风险。为了解决这个技术难题，项目组在研究了几个方案后选择了扫线回路的设计，即在生产管线和气举管线的基础上再铺一条4英寸的扫线管线，并在采油树基座上和生产管线形成回路。需要扫线时，从平台泵水通过扫线管线，再经过采油树基座的回路管线把生产管线的原油顶回平台，这样就可以安全关井。另外，本项目把联通扫线管线和生产管线的回路短接安装在采油树基座里，从而大大简化了制造和海上安装的界面。

水下生产系统-课件

通过压力对管子的压力的计算，就可以对管汇系统的钢框架进行设计。
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三、管汇
主要的连接的目的是保证管子内部密封，对于深水，所有的密封试验，水压应该是双向的。下面主要介绍连接方式：
夹具连接的套筒螺栓连接的法兰的横断面
一组筒夹连接装置
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三、管汇
连接器的设计：连接器的设计：应该主要考虑水深、连接的位置、安装方法。此外连接器的选择和设计也受以下因素影响：
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二、采油树
采油树类型采油树主要有两种类型：一种为传统型也称作直立型的，另一种为水平型的，水平型的采油树从1992年以后开始普遍应用。这两种类型的采油树都包括一个在钻井后能牢固地附着在油井顶端井口构架中的卷线筒，还包括由阀门组成的阀门组，阀门组主要用来在测试和闭井时调节出井油量。此外，油嘴对出井油量也可进行调节。水平型采油树由阀门放置的位置而得名，除此之外，水平采油树的油管悬挂器是安装在采油树上而不是安装在井口头上。另外，由于水平采油树的顶端设计使防喷器（BOP）可以直接安装在采油树上。目前，甚至已经普遍认为水平型是唯一用于海底的采油树类型。
水平采油树的油管悬挂器
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二、采油树
悬挂器可以是滑动的或者是心轴形式。滑动形式的悬挂器用齿固定在油管上，由于油管的重量施加在悬挂器上，齿和油管咬合，滑动型悬挂器拉住下部的锥体的后面，产生向内的力。夹紧的压力随着管子的重量的增加而增加。心轴形悬挂器通过连接最后的接头和底部悬挂的线而放置在油管上，通过螺丝固定。
阀门：阀门：
阀门的选择主要由应用范围决定。门阀一般应用于BOP组件、采油树和管汇。球阀在水下使用中，从操作和价钱角度要优于门阀。由于球阀目前使用非金属的密封和涂料，使得球阀的应用水深更深。门阀应用尺寸要比球阀的小，球阀的应用尺寸在10英寸或者更大的范围。

钻井基础知识-井口装置及采油树讲座PPT课件

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井口装置及采油树讲座
4、垂直通径
垂直通经：
是指能够通过工具或井下没备的最小垂直孔径。 API 要求井口本体垂直通径应比本体上的套管通径约大0.8mm（1/32in）。符合这个要求的井口本体称为全开孔径。
本体最小垂直全开通径与下部所接套管的最大尺寸应符合表3 的对应关系。
表3 本体最小垂直全开通径和套管最大尺寸
图2 典型井口装置
图2 为典型的井口装置，其主要由套管头、油管头及其它配套部件构成。
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井口装置及采油树讲座
1、套管头
1、套管头 2、套管悬挂器 3、油管头 4、油管悬挂器 5、转换连接和转换法兰 6、悬挂器的固定螺丝。 7、测试孔和控制管线入口
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1类 70000(483) 36000(248) 22 30 ③ ③ ③
2类 90000(621) 60000(414) 18 35 ③ ③ ③ ③
3类 100000(690) 75000(517) 17 35 ③ ③ ③ ③
4类 70000(483) 45000(310) 19 32 0.35 0.90 0.05 0.05
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井口装置及采油树讲座
表1 井口装置钢材特性的说明：
①1、2、3、4类这些名称是API井口设备和阀门标准化委员选定的命名方法，用以鉴别属于表列抗张强度范围的材料。 ②用4类钢制成的法兰认为是易于焊接的，然而经验证明，在各种情况下最好适当预热，而且在 40°F(4℃)以下的大气温度电焊时，必须预热。 ③指在这一规范中没有列出1、2、3类材料的化学分析数据是有意的，以使制造厂商有充分的自由去研制适合这一重要服务领域所遇到的多种要求的钢材。

井口和采油树培训资料

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阀门面封
面密封阀座面密封也是一种截面较小的lip seal，主要用于在低压情况下，阀体与阀座的密封。弹簧金属与杆密封相同，密封材料用的是填充聚醚醚酮树脂PEEK。 PEEK最高适应温度在 480℉，填充适当物质可以提高其温度性能。磨阻系数低，稳定性好，特别适合做面密封一类的静密封。 PTFE和PEEK都是可以直接暴露在NACE 酸性环境中的非金属材料。
阀门结构特点
力学性能：摩擦系数极小，是全氟表面的重要特征，又由于氟-碳链分力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性；聚四氟乙烯在-196-260 ℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能；
7、提供最可靠的安全保障－－金属对金属密封的阀杆后座能允许阀体在容纳压力的情况下更换盘根。
8、阀盖与阀体采用金属对金属密封,密封钢圈采用300系列的不锈钢制造，有些密封钢圈的外形结构设计，可以使密封钢圈重复使用多次，而无需进行更换。
3、阀板与阀座之间采用金属对金属密封。 4、绝对闭合－阀座与阀板的表面经过精密磨和手工研磨
确保平面度，保证相互之间相互吸合，使密封更加可靠。 5、阀座与阀体的密封采用PEEK +Incoloy弹性骨架,该 PEEK材料具有优良的密封性能，能够在超低温和超高温条件下正常工作, 抗各类酸的腐蚀，该密封使阀门实现进口端密封。 6 、阀杆与阀盖的密封采用进口盘根，其材料为 777PTFE+Incoloy弹性骨架，该U形盘根最大可承受 20000Psi的压力，可以耐低温-120℃, 耐高温288℃ ,并能抗各类酸的腐蚀。
金属材料的化学成分分析，热处理硬度控制（按照NACE要求）是重要的试验内容。

水下井口装置与采油树应力计算与分析方法应用

2 许用应力的选择方法2.1 材料许用应力的选择2.1.1 标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，对于承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(1)和公式(2)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体一次薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度：T y y 50.836S S S == (1)m y y 20.673S S S == (2)式中：S y 为材料规定的最小屈服强度。

2.1.2 非标准材料根据ASME BPVC ：2004以及2005和2006增补，第Ⅷ卷第2册附录4所述，应用于非标准材料承压装置的设计计算，设计的许用应力分别按公式(3)、(4)和(5)中的准则进行限定，S T 为静水压试验压力下的最大许用的总体初始薄膜应力强度，S m 为额定压力下的设计应力强度，S s 为初始应力和次应力的最大合成强度：T y m,min 52min(,)63S S R = (3)m y m,min 21min(,)32S S R = (4)s y m,min min(2,)S S R = (5)式中：R m 为材料规定的极限抗拉强度。

0 引言在水下井口装置与采油树的设计过程中，存在除了承载紧固件和钢结构外，大量为控压或承压设备，这些设备的零部件存在各种类型的非标设计。

为了保证它们在试验和使用过程中的安全性，需要进行大量的力学计算。

在进行初步计算时，需要综合材料、工况等条件，并合理选用许用应力和应力准则[1-2]。

在进行有限元分析复验时，还需要对这些工况条件下的应力进行应力分类和线性化，严格按照不同类型的应力进行强度校核[3-4]。

本文着重介绍了水下井口装置与采油树所常用的应力计算与分析方法。

1 标准材料与非标准材料在进行设计计算分析时，我们需要初步知悉所使用材料的机械性能。

关于标准材料与非标准材料，其应力计算与分析过程是有所区别的。

浅谈采油井口装备技术现状及发展方向

浅谈采油井口装备技术现状及发展方向摘要：海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代，水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。

本文概述了海洋水下井口和采油装备的技术现状，同时阐述了海洋水下井口和采油装备发展方向。

关键词：采油井口装备技术现状发展方向前言水下井口和采油装备是海洋油气田开发中的重要单元装备，也是水下生产系统的关键设备。

一般来说，海洋水下生产系统由多套水下井口和采油装备构成，水下井口和采油装备作为海底油气输送通道中的关键节点，其主要功能是有效控制来自海底井口的工作压力，保证海底油气按照设定的流速和流量输送到海底油气集输处理系统，并最终输送到采油平台及海岸线上。

长期以来，水下井口和采油装备受西方发达国家的技术垄断和高技术、高风险及高价位等多方面因素的影响，包括我国在内的许多发展中国家只能依赖于进口以实施海洋油气田的开发建设。

这不仅增加了海洋油气资源的开采成本，而且往往受交货期、服务和配件供应等因素制约，严重影响了我国海洋油气资源的开发进度。

一、海洋水下井口、采油装备技术现状海洋水下井口和采油装备起源于20世纪60年代。

1967年，美国的FMC公司生产出全球第1套水下采油树，用于墨西哥湾海域，适应水深能力20m。

随着时间的推移和技术的不断积累和完善，海洋水下井口和采油装备得到了快速发展。

就其具备规模的公司来说，除FMC公司外，美国GE-VetcoGray公司、Caneron 公司、D ril-qu ip公司和挪威Aker Kvaemer公司等均有很强的技术实力；就其设备形式而言，目前已有水平采油树、垂直采油树、混合采油树和有导向绳式采油树及无导向绳式采油树等多种结构形式。

同样，水下井口装备也经历了一个从陆地到海洋，从干式到湿式，从简单到复杂，从浅水到深水的漫长发展历程，当前能够满足的水深范围已达到3000m。

工作压力已形14MPa，21MPa，35MPa，70MPa，105MPa到140MPa等不同的系列。

GB-T-21412.4-《水下井口装置和采油树设备》目录(等同于ISO-13628.4-1999)

GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分:---第1部分:总要求和建议;---第2部分:水下和海上用软管系统;---第3部分:过出油管(TFL)系统;---第4部分:水下井口装置和采油树设备;---第5部分:水下控制管缆;---第6部分:水下生产控制系统;---第7部分:修井和(或)完井立管系统;---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口;---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。

本部分为GB/T21412的第4部分,对应于ISO136284:1999《石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。

本部分等同翻译ISO136284:1999,为了便于使用,本部分做了下列编辑性修改:---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分;---用小数点.代替作为小数点的逗号,;---将ISO136284:1999中的ISO10423和ISO10423:1994统一为ISO10423:1994;---在第2章引用文件中,用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称;---对表面粗糙度值进行了转换;---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值;表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值;---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值;---删除了ISO136284:1999的前言和引言;---增加了本部分的前言。

本部分的附录E、附录G 和附录H 为规范性附录,附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。

本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。

本部分负责起草单位:宝鸡石油机械有限责任公司。

本部分参加起草单位:中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。

井口采油树的原理

井口采油树的原理
井口采油树是石油开采中的一种设备，用于控制井口的油气流量和压力。

它通常安装在井口上方，连接着井筒和输送管道。

以下是井口采油树的基本原理：
1. 控制油气流量：井口采油树可以通过打开或关闭阀门来控制油气的流入和流出。

通过调整阀门的开闭程度，可以控制油气的产量和流速。

2. 调节井口压力：井口采油树还可以调节井口的压力。

通过调整阀门的开闭程度，可以增加或减少井口的压力，以满足油田开采的需求。

3. 防止井喷：井口采油树还具有防止井喷的功能。

如果井底的压力突然升高，采油树可以通过关闭阀门来切断井口与井底之间的连接，阻止油气喷出。

4. 安全措施：井口采油树还配备了多种安全装置，如压力传感器、温度传感器和阀门故障监测装置等，以确保井口的安全运行和监测。

总的来说，井口采油树的原理是通过控制阀门开闭来调节油气流量和压力，以确保安全、高效地开采油田资源。

井口专题（二）采油树

井口专题（二）采油树采油树概念采油树是自喷井和机采井等用来开采石油的井口装置。

它是油气井最上部的控制和调节油气生产的主要设备，采油树由阀门、异径接头、油嘴及管路配件组成，是一种用于控制生产，并为钢丝、电缆、连续油管等修井作业提供条件的装置。

采油树的作用(1)连接井下各层套管，密封各层套管环形空间，承挂套管部分重量。

(2)悬挂油管及下井工具，承托井内全部油管柱的重量，密封油管、套管间的环形空间。

(3)控制和调节油井的生产。

(4)保证各项井下作业施工，便于压井作业、起下作业等措施施工和进行测压、清蜡等日常生产管理。

(5)录取油压、套压资料。

采油树分类采油树按结构形式，可分为分体式和整体式两种。

分体式是由一些阀门等独立部件组装而成。

△分体式采油树整体式是将主阀、安全阀、清蜡阀和翼阀等制成一个整体部件，阀与阀之间的距离较小，既省空间又耐高压，特别适用于海上平台的油气井。

△整体式采油树按生产井类别和完井生产方式，可分为自喷井、电潜泵井、气举井、螺杆泵井和注水井、气井的采油树等。

△各式采油树单管和双管之分1．单油管采油树单油管采油树安装在单油管完井的井口装置上，除了有分体式和整体式之外,它还有单翼和双翼之分。

根据井的种类或油井生产方式的差别，可用阀门及短节组合成不同形式的单油管采油树，而其连接方式可以是法兰式、螺纹式或卡箍式。

△单管采油树2．双油管采油树双油管采油树安装在双油管完井的井口装置上，用于两个油层同时而又独立开采的生产控制。

双油管完井是在同—个生产套管中下入两根平行油管柱(长油管柱和短油管柱)或两根同心油管柱，通过双管封隔器和单管封隔器对两个油(或气)层段进行分隔。

△双管采油树3 . 三管采油树随着技术的发展和现场的实际应用需求，已经出现了三管采油树。

△三管采油树采油树相关部件1．油管四通和三通采油树的油管四通和三通与主阀、清蜡阀和翼阀相连接，常见的四通和三通有法兰式和法兰一双头螺栓式。

采用四通的采油树为双翼采油树，采用三通的采油树为单翼采油树。

水下生产系统与采油树课件

13. 水下控制系统监视参数如下：
(1)生产压力； (2)环空压力； (3)管汇压力； (4)生产温度； (5)管汇温度； (6)油气泄漏监测； (7)采油树阀门位置（直接给出或推测）；
(8)油嘴位置； (9)油嘴压差； (10)出砂监测； (11)井下监视； (12)多相流量； (13)腐蚀监控； (14)清管监测。
2)设计初期要考虑到将来扩大生产需求，如后期调整井或周边小区块的开发；
3)水下生产系统设计应满足设计标准规范和当地特殊规定，尽可能采用国际成熟技术，在满足功能和安全的同时最大限度简化水下生产设施，使开采周期内的利益最大化；
4)水下生产系统设计中应考虑鱼网、锚区和落物等潜在风险，敏感设备应设保护装置；
SUCCESS
THANK YOU
2019/9/14
1. 水下生产控制系统主要工作内容：
① 根据油气田总体工程方案确定水下控制系统类型； ② 根据油气田的生产特点确定水下控制模块的控制和监视功能； ③ 确定通信方式； ④ 确定水下控制设备的安装与集成位置、易损部件的回收、更换
模式； ⑤ 控制脐带缆和控制跨接管的选型设计； ⑥ 考虑水下生产控制系统与安装修井控制系统之间的关系； ⑦ 确定水下生产控制系统与水面依托设施工作界面和接口； ⑧ 确定水下生产控制系统与水下相关设备、仪表、作业工具、
8. 卧式采油树独立油管挂的设计，需要一套复杂的环空隔离系统。目前改进型的油管挂与采油树帽集成在一起。
9. 井下测试采油树，在线阀门和紧急解脱配件包都是通过油管挂下入工具的。因此，装卸和保护设备，测试桩，油管挂模型等都算入卧式采油树的组成部分。
5. 卧式采油树（油管悬挂器在井口装置内）
图19. 卧式采油树

海上采油采油树

1.2 分离器
• 在石油生产中，进行油气水分离是必不可少的工序，所以分离器被广泛应用于油田生产中，是油田重要设备之一． • 按分器结构形式的不同，可分为立式、卧式和球式三种。比较常用的有立式和卧式两种。
1.3 自喷井的管理与分析
• 自喷是最简单最经济的采油方法。因此，生产时应尽量延长油井的自喷期。地层储存有充足的石油并具有把油举升出地面的高压，这只是自喷的必要条件，而采油压差• (地层压力与井底流压之差)、油管尺寸是否合理，井筒积水、出砂和结蜡等情况的出现，都是影响油井自喷的重要因素。为了实现在较高产量的条件下，在井筒中消耗最小的能量，使油井维持较长时间的自喷开采，必须作好油井的管理与分析工作。
一、自喷井的管理
• 管理的基本内容包括：管好采油压差；取全取准生产资料；维持油井的正常生产。三者是互相联系，缺一都不能使油井稳定自喷高产。
• 1．油井合理工作制度的确定 • 合理工作制度----是指在目前油层压力下，油井以多大的流压和产量进行工作。 • 油井的合理采油压差（生产压差）就是油井的合理工作制度,采油压差是通过变换油嘴大小来控制的，因此，确定合理的工作制度就是选择合理的油嘴直径。 • 系统试井----
• （3）在投产期间或开井时，若井口监督不在现场，为了安全起见，最好使用另一种防法进行开井。在其他因素不便的情况下： • 1）关闭油嘴。 • 2 ）打开手动总阀门、生产阀，关闭防喷阀（清蜡阀门）。 • 3）打开自动阀SCSSV和SSV。 • 4 ）开油嘴，同时观察井口压力。可分而此至四次开大油嘴。例如，若要将油嘴开至正常生产位置 32/64〞，可根据情况分为三次动作： 8/64〞→16/64〞→32/64〞。即将油嘴漫漫开至8/64〞，过一段时间井口压力稳定后，再逐渐开至16/64〞，再过一段时间后开至32/64〞。 • 5 ）当认为上一口井的井口压力基本稳定（不会有多大变化）时，可着手开下一口井。 • 6 ）各井完全打开后，检查其井口压力。若压力正常，则在平台总控制板处把SDV1361和SDV1372移至正常位置。

海上采油树简介

四、海底丛式采油树来自江苏金石机械集团有限公司
三、插入式水下采油树
• 插入式水下采油树是把主阀、连接器和水插入式水下采油树是把主阀、下井口全部放在海床下9.1～下井口全部放在海床下～15.2米深的导米深的导管内。管内。 • 海床以上高度：2.1～4.6米（常规海床以上高度：～米常规10.7米左米左右）。 • 优点：安全可靠;上部结构去掉，也不会被优点：安全可靠上部结构去掉，上部结构去掉破坏;减少了拖网减少了拖网、破坏减少了拖网、抛锚及冰山对它的破坏。 • 缺点：成本高缺点：
• 潜水员的工作 : • a.采油树与井口装置的采油树与井口装置的连接; 连接 • b.采油树与输油管线的采油树与输油管线的连接; 连接 • c.采油树阀件的操作与采油树阀件的操作与维修。维修。
• (2)免潜水员安装的单油管挂免潜水员安装的单油管挂水下采油树 • • • • • • • •
在该采油树下部带有液压连接器，连接器，因此在安装时无需潜水员协助就可与井口连接。连接。采油树与井口的连接，采油树与井口的连接，输油管线与采油树的连接，输油管线与采油树的连接，各阀件的开关等都无需潜水员, 各阀件的开关等都无需潜水员可采用自动控制系统操作。可采用自动控制系统操作。
服务舱作用：从供应船到井口舱的运输工具。作用：从供应船到井口舱的运输工具。
• 优点：适应性强、优点：适应性强、应用范围广、应用范围广、操作方便、安全性好、方便、安全性好、维护费用低。维护费用低。 • • 费用比较：费用比较： • 水深不大，费用昂水深不大，贵 • 水深超过183米，水深超过米干式设备费低于湿式
海上采油树
陈水边

GBT21414水下井口装置和采油树设备目录等同于ISO136281999

GB/T21412〈〈石油天然气工业水下生产系统的设计与操作》分为九个部分---第1部分:总要求和建议；---第2部分:水下和海上用软管系统；---第3部分:过出油管(TFL)系统；---第4部分:水下井口装置和采油树设备；---第5部分:水下控制管缆；---第6部分:水下生产控制系统；---第7部分:修井和(或)完井立管系统；---第8部分:水下生产系统远程作业机器人(ROV)接口；---第9部分:远程作业工具(ROT)维修系统。

本部分为GB/T21412的第4部分，对应于ISO13628 4:1999〈〈石油和天然气工业水下生产系统的设计与操作第4部分:水下井口装置和采油树设备》(英文第1版)。

本部分等同翻译ISO13628 4:1999,为了便于使用，本部分做了下列编辑性修改：---ISO13628的本部分改为GB/T21412的本部分或本部分；---用小数点.代替作为小数点的逗号,；---将ISO13628 4:1999 中的ISO10423 和ISO10423:1994 统一为ISO10423:1994；---在第2 章引用文件中，用ISO13533、ISO13625、ISO13628 3 分别代替APISpec16A、APISpec16R、APIRP17C 并增加了标准中文名称；---对表面粗糙度值进行了转换；---表7(A)中转换了螺栓直径并增加了螺栓孔直径公制尺寸值；表9(B)和表10(B)中增加了螺栓孔直径公制尺寸值；---表G.1中增加了螺栓直径和螺距公制尺寸值；---删除了ISO13628 4:1999的前言和引言；---增加了本部分的前言。

本部分的附录E、附录G和附录H为规范性附录，附录A、附录B、附录C、附录D、附录F和附录I为资料性附录。

本部分由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC96)提出并归口。

本部分负责起草单位：宝鸡石油机械有限责任公司。

本部分参加起草单位：中国海洋石油总公司、石油工业井控装置质量监督检验中心。