244．5mm套管偏梯形螺纹接头L4长度公差分析及控制

吕拴录，姬丙寅，杨成新，文志明，张 锋，徐永康，樊文刚

（1．中国石油大学机械与储运工程学院，北京102249；2．塔里木油田，新疆库尔勒841000）

244．5mm套管偏梯形螺纹接头L4长度公差分析及控制

吕拴录1，2，姬丙寅1，杨成新2，文志明2，张 锋2，徐永康2，樊文刚2

（1．中国石油大学机械与储运工程学院，北京102249；2．塔里木油田，新疆库尔勒841000）

某油田在检验一批244．5mm偏梯形螺纹接头套管时发现，管端至螺纹消失点的长度L4比公称值小25．22mm。虽然API SPEC 5B对套管偏梯形外螺纹接头L4没有规定公差，但依据API SPEC 5CT和油田规定的外径公差可以推算结果，L4的上偏差为39．11mm（7．7扣），下偏差为－17．39mm（3．42扣）。分析结果表明：该批套管L4实际公差已经超过推算出的L4负公差，使套管接头密封性能降低22．0%，并降低了螺纹连接强度。

套管；偏梯形螺纹；长度；公差

API SPEC 5B［1］套管偏梯形外螺纹接头管端至螺纹消失点的总长度（L4）和全顶螺纹长度（Lc）是影响内外螺纹接头啮合长度（如图1）的关键参数。L4由完整螺纹长度（L7）和不完整螺纹长度（g）2部分组成，即L4＝L7＋g；Lc＝L7－10．16 mm。API SPEC 5B对L4没有规定公差，对Lc公差有具体规定。

由于L4和Lc的长度受管子不圆度、外径偏差、壁厚偏差和管子弯曲度等的影响，实际加工的套管外螺纹接头L4和Lc难免会存在偏差。Lc偏差通过测量确定，并可依据标准规定予以判断。L4的偏差虽然用肉眼可以直接看到，但由于API SPEC 5B对L4没有规定公差，却无法判定是否合格。用户认为L4太短的螺纹接头套管其密封性能和连接强度必然会降低；生产厂认为只要Lc符合API SPEC 5B规定，L4可以不考虑，因为API SPEC 5B对L4没有规定公差。长期以来，用户和生产厂就API SPEC 5B偏梯形螺纹接头套管L4公差问题各持不同见解，至今仍然没有统一认识。因此，分析研究API SPEC 5B偏梯形螺纹接头套管L4公差问题，搞清L4公差对套管接头连接强度和密封性能的影响很有必要。

本文根据某油田在套管检验过程中发现244．5 mm套管螺纹接头L4过短问题，从标准规定以及L4偏差对套管接头连接强度和密封性能的影响等方面进行了分析。

图1 偏梯形套管螺纹手紧上扣基本尺寸

1 问题提出

某油田在套管检验过程中发现244．5mm套管偏梯形螺纹接头L4偏差很大。同一根套管外螺纹接头，L4min＝89．4mm，L4max＝130mm（如图2）。L4min比公称值短25．2mm，L4max比公称值长15．4 mm。油田认为这是套管质量问题，工厂对此持不同看法。

图2 L4测量结果

对于244．5mm偏梯形螺纹接头套管，API SPEC 5B标准规定，L4＝114．62mm，L4没有公差；Lc＝50．06mm，在Lc范围内，公差允许存在2牙黑顶螺纹，但黑顶螺纹的长度不能超过管子周长的25%，在Lc长度的其他螺纹均应是全顶螺纹。

由图2可知，套管外螺纹接头在Lc范围内没有黑顶螺纹，即套管外螺纹接头符合API SPEC 5CT标准。

2 按照API SPEC 5CT［2］对L4长度计算和判定

按照API SPEC 5CT对244．5mm套管规定的外径公差，对L4长度计算结果如表1。

计算结果表明：按照API SPEC 5B规定，外径公差为＋1%D／－0．5%D，正公差对应的L4为153．73mm，负公差对应的L4为95．06mm。即，依据API SPEC 5D对外径规定的公差，可以计算出L4上偏差为39．11mm（7．70扣），下偏差为－19．56mm（3．85扣）。实际套管L4max＝130mm，L4min＝89．40mm，L4正偏差符合要求，L4负偏差超差5．66mm（1．11扣）。

表1 按照API SPEC 5CT外径公差对L4长度计算结果

3 L4对套管接头密封性能影响

API偏梯形螺纹接头内外螺纹接头上扣连接之后存在螺旋通道，其密封性能是靠螺纹脂填充来实现的（如图3）［3］。螺旋通道越长，螺纹脂流动的阻力越大，越有利于密封性能［4－6］。可以通过计算不同L4长度对应的螺旋通道长度（如表2）来确定其偏差对偏梯形螺纹接头密封性能的影响。

图3 偏梯形螺纹接头螺纹脂填充密封示意

表2 不同L4对应的螺旋通道长度计算结果

4 L4对套管接头连接强度的影响

偏梯形螺纹接头连接强度是靠其内外螺纹过盈啮合来实现的［7－17］。L4长度直接影响API偏梯形螺纹接头内外螺纹接头上扣连接之后的螺纹啮合长度。内外螺纹啮合长度越长越有利于提高接头连接强度［9－14］。由于L4长度受管子不圆度、外径偏差、壁厚偏差和管子弯曲度等的影响，一般套管外螺纹接头L4长度仅在圆周局部区域超差。在外螺纹接头L4范围没有螺纹的局部区域与内螺纹接头匹配之后没有螺纹啮合，该区域的螺纹应当承受的力会转移到螺纹其他区域，导致接头受力偏离轴线。当套管受到轴向拉伸或压缩时，接头会产生偏斜拉伸或偏斜压缩载荷；当套管受到弯曲载荷时，接头承载能力会降低，即L4长度低于标准要求会降低接头连接强度。L4长度超差对偏梯形螺纹接头套管连接强度的影响计算比较困难，目前还没有计算公式，有关L4长度偏差对偏梯形螺纹接头连接强度的影响有待进一步研究。

5 L4公差控制

为了保证套管尺寸精度和套管抗挤性能，塔里木油田对套管外径公差提出了严格要求，这实际也对套管外螺纹接头L4长度提出了要求。按照塔里木油田对套管外径公差要求，对L4长度的计算结果如表3。

表3 按照塔里木油田要求对L4长度计算结果

按塔里木油田要求，外径公差为＋1%D／－0．2%D，正公差对应的L4为153．73mm，负公差对应的L4为106．79mm。即，依据塔里木油田对外径规定的公差，可以计算出L4正公差为39．11mm（7．70扣），负公差为7．83mm（1．54扣）。实际套管L4max＝130mm，L4min＝89．40mm，L4正偏差符合要求，L4负偏差超差17．39mm（3．42扣）。

6 结论

1） 虽然API SPEC 5B对偏梯形套管外螺纹接头管端至螺纹消失点的长度L4没有规定公差，但依据API SPEC 5CT规定的外径公差（＋1%D／－0．5%D）推算结果，L4上偏差为39．11mm（7．70扣），下偏差为－19．56mm（3．85扣）。实际套管L4max＝130mm，L4min＝89．40mm，L4上偏差符合要求，L4下偏差超差5．66mm（1．11扣）。

2） 依据塔里木油田对外径规定的公差（＋1% D／－0．2%D）推算结果，L4上偏差为39．11mm（7．70扣），下偏差为－7．83mm（1．54扣）。实际套管L4上偏差符合要求，下偏差超差17．39mm（3．42扣）。

3） 按照API SPEC 5CT规定的外径负公差（－0．5%D）对L4计算结果，套管密封性能降低17．3%；按照塔里木油田规定的外径负公差（－0．2%D）对L4计算结果，套管接头密封性能降低6．9%。实际L4＝89．40mm时，套管接头密封性能降低22．3%。

［1］ API SPEC 5B．SPECIFICATION FOR THREADING，GAGING，AND THREADED INSPECTION OF CASING，TUBING，AND LINE PIPE THREADS．15th ed．［S］．Washington（DC），2004．

［2］ API SPEC 5CT．Specification for Casing and Tubing． 7th ed．［S］．Washington（DC），2005．

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Tolerance Analysis and Control on L4Length for 244．5mm BC Casing

LV Shuan－lu1，2，JI Bing－yin1，YANG Cheng－xin2，WEN Zhi－ming2，ZHANG Feng2，XU Yong－kang2，FAN Wen－gang2
（1．College of Mechanical and Transportation Engineering，China University of Petroleum，Beijing102249，China；2．Tarim Oilfield，Korla841000，China）

It was found that the total length end of pipe to vanish point L4is less 25．22mm of casing connection than that of the normal dimension specified in API SPEC 5Bfor 244．5mm buttress thread casing during inspection in one oil field．Though L4tolerance is not specified in API SPEC 5B，but it is considered that L4tolerance can be deduced per outside diameter tolerance in accordance with API SPEC 5CT and the oil field specification，the calculation result is that the upper deviation and lower deviation of L4is＋39．11mm（7．7thread）and－17．39mm（3．42thread），respectively．The actual L4is shorter than the lower deviation that will decrease 22%of seal performance of casing connection，and reduce the tension strength of casing connection．

casing；buttress thread；length；tolerance

book=27,ebook=27

TE931．206

：A

1001－3482（2012）06－0063－04

2011－12－06

吕拴录（1957－），男，陕西宝鸡人，教授级高级工程师，1983年毕业于西安交通大学金属材料专业，中国机械工程学会失效分析分会失效分析专家，从事石油管材失效分析、技术监督和科研工作，E－mail：lvshuanlu＠163．com。