计算石油套管特殊螺纹接头em值的一种新方法

吕春莉，潘敬平，骆敬辉

（天津钢管集团股份有限公司，天津，300301）

计算石油套管特殊螺纹接头em值的一种新方法

吕春莉，潘敬平，骆敬辉

（天津钢管集团股份有限公司，天津，300301）

介绍了API标准中关于石油套管螺纹接头em的计算公式。基于此理念，引导出计算石油套管特殊螺纹接头em值的计算公式，并给予解析说明。应用计算机机械制图法，详细给出了计算em的简单、便捷的一种新方法。该特殊螺纹接头值em的计算求法适用于石油套管行业特殊螺纹接头的生产应用，可供参考使用。

石油套管；特殊螺纹接头；计算机；机械；制图法

1 引言

套管和油管的生产厂是在加工两端螺纹并且拧紧接箍后单根称重的，要判断每根钢管（带螺纹配接箍）的质量是否符合API SPEC 5CT的质量公差要求，API SPEC 5CT给出了质量计算公式[1]：WL=Wpe×Lef+km×em，其中em是由于端部加工而引起的质量增加或减少，kg（lb）。因此，要计算出em才能实现钢管称重要求。在API SPEC 5CT中给出了每一种端部加工形式的API规格的em值。而特殊螺纹接头是各个生产厂家自主设计的，API标准中没有，所以需要计算em值。截至目前，针对特殊螺纹还没有公开并且统一的计算方法。

针对这种情况，我们先对API标准的计算公式做简要解析，再引导出计算石油套管特殊螺纹接头值的一种新方法。

2 API标准中em计算公式

2.1 em的计算公式

按照API Bul 5C3-2008《套管、油管和钻杆和输送管性能的计算和公式通报》11.5.2节，给出了API螺纹接头钢管（带螺纹配接箍）的em的计算公式[2]，见图 1。

图1 API螺纹接头配接箍管

2.2 计算公式的简要解析

由API标准中的计算公式可见，主要包括以下3个方面。

2.2.1 钢管缺失质量 kg（lb）

在公式（1）中，em是由于端部加工而引起的质量增加或减少，kg（lb）；klsl是长度转换系数，公制=0.001，英制=1/12；NL是接箍长度，mm（in），由 API SPEC 5B查出；J是接箍机紧后管端至接箍中心的距离，mm（in），由API SPEC 5B查出；Wpe是平端管质量，kg/m（lb/ft），由API SPEC 5CT计算或查出。

2.2.2 接箍质量kg（lb）

根据API Bul 5C311.8节计算。

2.2.3 两管端螺纹加工时除去的质量kg（l b）

根据API Bul 5C311.9节计算。

(2)加强生产要素的自由流动和高效配置 行业龙头企业、高等院校、研究机构、行业协会、金融机构等主体应深化合作，加快构建支撑融合发展的创新载体，集结创新资源，并探索建立资源交易的市场化运行机制，进一步促进数据资源、制造能力、行业知识的自由流动，改善资源配置效率，提升行业全要素生产率。

3 特殊螺纹接头计算公式

3.1 特殊螺纹接头em计算公式的引出

特殊螺纹接头是各个生产厂家自己设计的，不同于API标准螺纹接头，在API标准中并不包含，所以要计算出em值，才能完成钢管称重。基于API标准螺纹接头计算em公式理念，我们可以引导出计算石油套管特殊螺纹接头em值的计算公式，见图2。

图2 特殊螺纹接头配接箍管

3.2 特殊螺纹接头em计算公式的解析

同样，对特殊螺纹接头em的计算公式进行解析（在此，我们习惯用公制表示计量单位），主要包括以下3个方面。

3.2.1 钢管缺失质量（kg）

在公式（2）中，em是由于端部加工而引起的质量增加或减少，kg；klsl是长度转换系数，0.001；NL是接箍长度，mm，由特殊螺纹数据查出；LR是接箍机紧后管端至接箍中心的距离，mm，由特殊螺纹数据查出；Wpe是平端管质量，kg/m，由API SPEC 5CT计算或查出。

3.2.2 接箍质量（kg）

应用计算机机械作图法计算。

应用计算机机械作图法计算。

由于根据API Bul 5C3公式计算接箍质量和两管端螺纹加工时除去的质量的工作量繁琐（API Bul 5C3-2008里有详细描述，这里笔者不再赘述），在此我们提出应用计算机机械制图法这一新方法来计算值。

4 计算机机械制图法解析

4.1 轴对称旋转体的质量求法

首先考虑特殊螺纹接头的结构特点，将其按轴对称问题处理。接头的材料为低合金钢，视为均匀的各向同性体，即具有均匀的质量分布。根据轴对称环状旋转体的体积（纵向截面的重心的圆周长×纵向截面的面积）求法[3]：

式中：V是旋转体的体积；A是所旋转的平面图形的面积；y是该平面图形重心到旋转轴的距离。

根据：质量=密度×体积，可引用上述公式为：

式中：ec是旋转体的质量，kg；ρ是材料密度，对于钢材为7.8 5×10-6kg/mm3；V是旋转体的体积；A是纵向截面图形的面积，由绘图软件直接查出；y是纵向截面图形重心到旋转轴的距离，由绘图软件直接查出。

4.2 计算机机械制图法的计算步骤

应用计算机机械制图法的计算步骤，主要分为以下3步。

4.2.1 计算机绘图

绘制所旋转的平面图形的截面图，并使之为一封闭曲线图。螺纹部分以螺纹节径线代替，也就是把齿顶部分的材料填充到齿根部分。

4.2.2 图形属性工具查询

应用计算机绘图（在此为CAXA绘图软件）图形属性查询工具，直接查询截面图的面积和重心直径值；如图3、图4所示（这里以第3.2节中的接箍质量计算为例）。

4.2.3 公式计算

最后代入质量计算公式计算。

同理，3.2.3节提到的两管端螺纹加工时除去的质量也可由上述方法计算出来。

综上，相比较API标准计算的常规的公式方法，新方法的计算非常简单、便捷。

5 结论

图3 计算机绘图软件查询画面

图4 计算机绘图软件查询结果画面

本文先通过对API标准em的计算公式进行简要解析，基于它的理念，引导出计算石油套管特殊螺纹接头em的公式，并给出求解其值的一种简单、便捷的新方法。可供同行技术工作者参考使用。需要提醒大家的是，在此计算是代入名义尺寸，实际上管料和接箍尺寸由于轧制和加工公差因素存在偏差，计算会存在一定误差，但笔者认为这在工业应用上来说是允许的。

[1] 美国石油学会.API SPEC 5CT 9th Specification for Casing and Tubing[J].套管和油管规范，2012（1）：28.

[2] 美国石油学会.APITR 5C3-2008 Technical Report on Equations and Calculations for Casing,Tubing,and Line Pipe Used as Casing or Tubing;and Performance Properties Tables for Casing and Tubing[J].套管、油管和钻杆和输送管性能的计算和公式通报，2008（12）：52-53.

[3] 杨振，窦龚伟.讨论平面图形的形心与其绕坐标轴旋转的旋转体体积的关系[J].科技信息，2010（28）：127-128.

A New Method for Calculating Special Threaded Connector Value of Oil Casing

LV Chun-li,PAN Jing-ping and LUO Jing-hui

(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

The calculation formula for the threaded connector of oil casing with API Standard is explained.Based on this concept,the calculation formula for special threaded connector value of oil casing is derived and analytical explanations are given.A simple and fast new method is detailed with computer mechanical drawing.This calculation method for special threaded connector value is suitable for the production application of special threaded connector for oil casing industry and can be referred to.

special threaded connector;computer;mechanical;drawing

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.02.023

2013-09-1 3

2013-10-08

吕春莉（1980—），女，硕士，工程师，主要从事石油套管特殊螺纹的研究和生产工作。