ISO 13679 油套管接头试验评价技术介绍
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试样1、2、3、4
135℃ （275℉）
气体
试样1、2、3、4 Ⅰ级 3个试样
a
不需要外压试验
室温下可选弯曲 试样1、2、3 2013-7-14
不需要热循环试验
不需要 烘干
液体
16
Ⅳ级套管只需要5个热循环。按附录J试验的Ⅳ级多级密封油管也采用5个热循环。
中
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
2013-7-14 20
中
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
• 试样数量减少，试验难度增加
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 5次室温下载荷循环 50次压力/拉伸下的热循环a 5次高温下载荷循环 50次压力/拉伸下的热循环a 5次室温下载荷循环 试样1、2、3、4 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 试样1、2、3、4 烘干和热循环 温度 内压介质 （外压为水） 接头适用 级 别
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
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
Smax=425MPa Smax=458MPa
可膨胀管 连续柔性管 套管钻井
红色为塑性区 a. 膨胀锥位置T=0.4 b. 膨胀锥位置T=0.5
MPa
Smax
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中
2013-7-14 6
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国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
特殊接头的发展
API 1924
每英寸10牙/8牙 V型螺纹
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
导致的结果： 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 到设计井深就中途遇阻遇卡。 另一方面螺纹接头、管材防腐等方面 2013-7-14 仍存在较大的事故隐患。
单纯依据强度校核 的管柱设计方法无 法保证管柱经济、 安全可靠性。
11
中
国
石
油
Ⅳ级 6个试样
室温
室温和高温下弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样1、2、3、4、5
试样1、2、3、4、 6
Ⅲ级 6个试样
室温
室温和高温下（可选）弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样2、4、5
试样1、3、6
Ⅱ级 4个试样
不需要外压试验
室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
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
试验评价内容
一般过程 Ⅰ确定油井管服役工况 Ⅱ分析油井管可能的失效类型，即结构失效和密封失效
2013-7-14
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
管柱选择和验证评价是管柱设计的 补充和完善，是保证管柱设计可靠 性不可缺少的环节。 管柱种类较多，性能差异很大，一些性能 无法通过简单力学方法确认，如管体的抗 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进行确认。 标准给出的只是接头单轴强度，套管的复合承载 能力（尤其是接头的密封性和耐腐蚀性）一般并 没有给出。 对于特殊工况条件的油、气井，需要模拟现场工况条 2013-7-14 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。
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5/ISO 13679 (2009征求意见稿) 《套管和油管接头评价程序推荐作法》
• 试样数量再次减少，试验难度增加
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 5次室温下载荷循环 5次压力/拉伸下的热循环a 5次高温下载荷循环 5次压力/拉伸下的热循环a 5次室温下载荷循环 试样1、2、3、4、5 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 试样2、5 烘干和热循环 温度 内压介质 （外压为水）
Ⅳ级 8个试样
室温
室温下弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样2、4、5、7
试样1、3、6、8
Ⅲ级 6个试样
室温
室温下可选弯曲
135℃ （275℉）
气体
试样2、4、5
试样1、3、6
Ⅱ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
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
油井管 服役条件
评价方法发展
评价方法与以下因素发展相关 油井管服役工况 试验技术/方法 机械作用 （动、静） 试验设备
环境与
介质作用
轴向力
内压
外压
弯曲
扭矩
碰撞冲击
腐蚀
温度 （交变冲击）
自重、摩擦
冲刷、浮力
泥浆、 天然气 高压注水 压裂酸化
泥浆、
岩盐蠕动 不均匀
几何尺寸 力学性能
连接 螺纹类型
加工工艺、方法
与质量控制程序
油井管结构 与密封性能
益和安全生产，
对石油工业的发 展关系重大。
规格
材料化学成分
2013-7-14
5
中
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
水平井 分支井
上扣、 传递扭矩
跳钻、 套管射孔
H2S、CO2 CL-、[O]
应力腐蚀
高温强度 变形 10
低温变形 断裂韧性
2013-7-14
中
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石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
目前管柱设计基本上是 强度设计，主要是抗拉、 抗内压密封、抗外挤强度 校核。 对温度、腐蚀、密封 性、磨损等特殊因素 考虑较少或考虑时无 技术依据。
随后
每英寸8牙/10牙圆螺纹接头 每英寸8牙偏梯形螺纹接头
二十世纪四十年代
出现特殊螺纹接头 法国瓦鲁瑞克等公司申请了专利
目前
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
2013-7-14
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中
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石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
特殊接头的发展
同样气密 封性能下 抗高拉伸、 弯曲、压缩 、疲劳能力 提高
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
套管钻井用接头
提高可靠性、 易操作性， 满足特殊应用
不需螺纹脂的特殊接头
膨胀管接头
特殊环境应用接头
双金属管特殊接头
内涂层用特殊接头
2013-7-14
低应力耐腐蚀接头
12
中
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石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
API RP 5C5（油、套管接头评价方法） 针对美国南部 1958年 API RP 37 (1st) 高压油气井 •增加试验项目 •增加模拟井况 1980年 API RP 37 (2nd )
•试验分级 •规定试样长度及组合 •试验方法细节 工作压力 MPa(psi) >82.74(12000 ) 服役条件等级 高 Ⅰ 中 Ⅱ 底 Ⅲ
油公司，评价方法的优点 1990年
55.16~82.74
27.58~55.16
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ
API RP 5C5(1st) 试验周期缩短
0~27.58
生产质量、使用工况 质量评价
设计质量、生产质量、使用工况 适用性评价 管材优选
4
提高生产质量、设计水平
2013-7-14
中
国
石wenku.baidu.com
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 油井管的质量好
坏和性能优劣，
直接影响着油公 司的勘探开发效
内 容 提 要
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
2013-7-14
2
中
国
石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 油管柱和套管柱通常要承受
– 几十或上百兆帕的内压或外压不均匀外压
– 拉伸/压缩载荷 – 弯曲、扭矩 – 高温/低温 – 腐蚀介质腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等 – 疲劳载荷温度循环、载荷循环、振颤 – 载荷的时效地层破坏后性质变化、油气长期开采后成分变化
API RP 5C5 2nd
修改补充 《石油天然气工业-套管和油管试验程序》 API RP 5C5 3rd/ISO13679第1版 密封包络线和强 度包络线的概念 2013-7-14 介绍了需进行特殊 检测的特殊工艺 14
强化了不同井况条件下 油、套管接头性能验证
中
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石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
1996年
API RP 5C5 (2nd )
2013-7-14 13
在国外油公司管理体系中，具有一定强制性
中
国
石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
90年代中期 国际标准化组织
着手制定油井管柱设计验证评价标准 2002年底 ISO13679
2013-7-14
3
中
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油
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研
究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 为了满足油田工况要求，油套管 接头类型也有了较大发展。
API螺纹
油套管
连接螺纹
非API螺纹
圆螺纹
偏梯形
直连型 整体连接
弹性密封
金属密封
特殊结构螺纹
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5 (1991、1996)
《套管和油管接头评价程序推荐作法》
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油
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究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5 (2003)/ISO 13679 (2002) 《套管和油管接头评价程序推荐作法》
试样1、2、3、4
135℃ （275℉）
气体
试样1、2、3、4 Ⅰ级 3个试样
a
不需要外压试验
室温和高温下弯曲可选 试样1、2、3 2013-7-14
不需要热循环试验
不需要 烘干和高温试验
液体
17
Ⅳ级套管只需要5个热循环。按附录J试验的Ⅳ级多级密封油管也采用5个热循环。
中
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石
油
管
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研
究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• 为避免使用中发生失效， 国外各大石油公司普遍
制定了自己的油套管接
头质量评价方法，并在 订货补充条件中规定了
必须进行的关键试验内
容。
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
套管、油管接头质量及适用性评价
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
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究
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135℃ （275℉）
气体
试样1、2、3、4 Ⅰ级 3个试样
a
不需要外压试验
室温下可选弯曲 试样1、2、3 2013-7-14
不需要热循环试验
不需要 烘干
液体
16
Ⅳ级套管只需要5个热循环。按附录J试验的Ⅳ级多级密封油管也采用5个热循环。
中
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石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
国
石
油
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究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
2013-7-14 20
中
国
石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
• 试样数量减少，试验难度增加
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 5次室温下载荷循环 50次压力/拉伸下的热循环a 5次高温下载荷循环 50次压力/拉伸下的热循环a 5次室温下载荷循环 试样1、2、3、4 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 试样1、2、3、4 烘干和热循环 温度 内压介质 （外压为水） 接头适用 级 别
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
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
Smax=425MPa Smax=458MPa
可膨胀管 连续柔性管 套管钻井
红色为塑性区 a. 膨胀锥位置T=0.4 b. 膨胀锥位置T=0.5
MPa
Smax
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石
油
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所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
特殊接头的发展
API 1924
每英寸10牙/8牙 V型螺纹
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
导致的结果： 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 到设计井深就中途遇阻遇卡。 另一方面螺纹接头、管材防腐等方面 2013-7-14 仍存在较大的事故隐患。
单纯依据强度校核 的管柱设计方法无 法保证管柱经济、 安全可靠性。
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国
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油
Ⅳ级 6个试样
室温
室温和高温下弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样1、2、3、4、5
试样1、2、3、4、 6
Ⅲ级 6个试样
室温
室温和高温下（可选）弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样2、4、5
试样1、3、6
Ⅱ级 4个试样
不需要外压试验
室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
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
试验评价内容
一般过程 Ⅰ确定油井管服役工况 Ⅱ分析油井管可能的失效类型，即结构失效和密封失效
2013-7-14
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
管柱选择和验证评价是管柱设计的 补充和完善，是保证管柱设计可靠 性不可缺少的环节。 管柱种类较多，性能差异很大，一些性能 无法通过简单力学方法确认，如管体的抗 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进行确认。 标准给出的只是接头单轴强度，套管的复合承载 能力（尤其是接头的密封性和耐腐蚀性）一般并 没有给出。 对于特殊工况条件的油、气井，需要模拟现场工况条 2013-7-14 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。
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5/ISO 13679 (2009征求意见稿) 《套管和油管接头评价程序推荐作法》
• 试样数量再次减少，试验难度增加
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 5次室温下载荷循环 5次压力/拉伸下的热循环a 5次高温下载荷循环 5次压力/拉伸下的热循环a 5次室温下载荷循环 试样1、2、3、4、5 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 试样2、5 烘干和热循环 温度 内压介质 （外压为水）
Ⅳ级 8个试样
室温
室温下弯曲
180℃ （356℉）
气体
试样2、4、5、7
试样1、3、6、8
Ⅲ级 6个试样
室温
室温下可选弯曲
135℃ （275℉）
气体
试样2、4、5
试样1、3、6
Ⅱ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
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
油井管 服役条件
评价方法发展
评价方法与以下因素发展相关 油井管服役工况 试验技术/方法 机械作用 （动、静） 试验设备
环境与
介质作用
轴向力
内压
外压
弯曲
扭矩
碰撞冲击
腐蚀
温度 （交变冲击）
自重、摩擦
冲刷、浮力
泥浆、 天然气 高压注水 压裂酸化
泥浆、
岩盐蠕动 不均匀
几何尺寸 力学性能
连接 螺纹类型
加工工艺、方法
与质量控制程序
油井管结构 与密封性能
益和安全生产，
对石油工业的发 展关系重大。
规格
材料化学成分
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5
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石
油
管
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究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
水平井 分支井
上扣、 传递扭矩
跳钻、 套管射孔
H2S、CO2 CL-、[O]
应力腐蚀
高温强度 变形 10
低温变形 断裂韧性
2013-7-14
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石
油
管
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研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
目前管柱设计基本上是 强度设计，主要是抗拉、 抗内压密封、抗外挤强度 校核。 对温度、腐蚀、密封 性、磨损等特殊因素 考虑较少或考虑时无 技术依据。
随后
每英寸8牙/10牙圆螺纹接头 每英寸8牙偏梯形螺纹接头
二十世纪四十年代
出现特殊螺纹接头 法国瓦鲁瑞克等公司申请了专利
目前
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
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油
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研
究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
特殊接头的发展
同样气密 封性能下 抗高拉伸、 弯曲、压缩 、疲劳能力 提高
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
套管钻井用接头
提高可靠性、 易操作性， 满足特殊应用
不需螺纹脂的特殊接头
膨胀管接头
特殊环境应用接头
双金属管特殊接头
内涂层用特殊接头
2013-7-14
低应力耐腐蚀接头
12
中
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石
油
管
材
研
究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
API RP 5C5（油、套管接头评价方法） 针对美国南部 1958年 API RP 37 (1st) 高压油气井 •增加试验项目 •增加模拟井况 1980年 API RP 37 (2nd )
•试验分级 •规定试样长度及组合 •试验方法细节 工作压力 MPa(psi) >82.74(12000 ) 服役条件等级 高 Ⅰ 中 Ⅱ 底 Ⅲ
油公司，评价方法的优点 1990年
55.16~82.74
27.58~55.16
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
Ⅲ
Ⅲ Ⅳ
API RP 5C5(1st) 试验周期缩短
0~27.58
生产质量、使用工况 质量评价
设计质量、生产质量、使用工况 适用性评价 管材优选
4
提高生产质量、设计水平
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石wenku.baidu.com
油
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所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 油井管的质量好
坏和性能优劣，
直接影响着油公 司的勘探开发效
内 容 提 要
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
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所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 油管柱和套管柱通常要承受
– 几十或上百兆帕的内压或外压不均匀外压
– 拉伸/压缩载荷 – 弯曲、扭矩 – 高温/低温 – 腐蚀介质腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等 – 疲劳载荷温度循环、载荷循环、振颤 – 载荷的时效地层破坏后性质变化、油气长期开采后成分变化
API RP 5C5 2nd
修改补充 《石油天然气工业-套管和油管试验程序》 API RP 5C5 3rd/ISO13679第1版 密封包络线和强 度包络线的概念 2013-7-14 介绍了需进行特殊 检测的特殊工艺 14
强化了不同井况条件下 油、套管接头性能验证
中
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石
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究
所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
1996年
API RP 5C5 (2nd )
2013-7-14 13
在国外油公司管理体系中，具有一定强制性
中
国
石
油
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所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
90年代中期 国际标准化组织
着手制定油井管柱设计验证评价标准 2002年底 ISO13679
2013-7-14
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中
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石
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研
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所
TUBULAR GOODS RESEARCH CENTER OF CNPC
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景
• 为了满足油田工况要求，油套管 接头类型也有了较大发展。
API螺纹
油套管
连接螺纹
非API螺纹
圆螺纹
偏梯形
直连型 整体连接
弹性密封
金属密封
特殊结构螺纹
产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5 (1991、1996)
《套管和油管接头评价程序推荐作法》
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中
国
石
油
管
材
研
究
所
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• API RP 5C5 (2003)/ISO 13679 (2002) 《套管和油管接头评价程序推荐作法》
试样1、2、3、4
135℃ （275℉）
气体
试样1、2、3、4 Ⅰ级 3个试样
a
不需要外压试验
室温和高温下弯曲可选 试样1、2、3 2013-7-14
不需要热循环试验
不需要 烘干和高温试验
液体
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Ⅳ级套管只需要5个热循环。按附录J试验的Ⅳ级多级密封油管也采用5个热循环。
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油
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
评价方法发展
• 为避免使用中发生失效， 国外各大石油公司普遍
制定了自己的油套管接
头质量评价方法，并在 订货补充条件中规定了
必须进行的关键试验内
容。
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
套管、油管接头质量及适用性评价
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
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产业为标 科技为本 服务为魂 油田为根
背景 特殊接头的发展 评价方法发展 试验评价内容
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