油管和套管标准中部分技术条款探讨

李昱坤，闫 凯，卫 栋，田新新，韩华刚，韩新利

（石油管工程技术研究院，西安710077）

油管和套管标准中部分技术条款探讨

李昱坤，闫 凯，卫 栋，田新新，韩华刚，韩新利

（石油管工程技术研究院，西安710077）

针对油管和套管标准中批的定义、硬度试验、硫化物应力开裂试验（SSC）、抗挤毁试验、接箍钢级替代、接箍承载面宽度以及偏梯形螺纹黑皮扣这7个未明确或存在疑义的条款进行分析。提出了一些合理化建议，为采购方在订货时和制造厂生产油管和套管产品时进行质量控制提供参考。

API SPEC 5CT；油管；套管；试验方法

近年来由于对石油需求的持续增加，以及油田勘探开发的条件越来越复杂，对油、套管的性能要求也就越来越高。鉴于此形势下，各家工厂纷纷开发出适应不同地质条件的非API油管、套管以满足复杂工况需求。在开发新产品过程中都是以API SPEC 5CT《油管和套管规范》（以下简写5CT）作为最基础标准，但在一些关键性指标或命名与5CT上产品有所区别。也正是因为各家产品与标准的要求有区别，才导致了油田用户签订油管、套管订货技术条件时信息方面存在不对等情况。本文结合油管、套管产品标准及多年石油专用管监督工作经验，对标准中批的定义、硬度试验、硫化物应力开裂试验（SSC）、抗挤毁试验、接箍钢级替代、接箍承载面宽度和偏梯形螺纹黑皮扣7个存在疑问的条款进行探讨。

1 存在疑问条款的分析

1.1 几种批的定义

在5CT标准中有3种批的定义［1］，分别是炉批、检验批和力学性能试验批。其中炉批定义为“一炉投料熔炼的单一循环过程所生产的金属”。检验批定义为“待检的、属性一致条件下生产的限定数量的产品”。力学性能试验批定义有两种情况，第1种为“1、2（仅对M65、L80-1）、3组来自同一炉批或根据文件化程序确定确保其符合本标准适当要求而编为一组的不同炉批的钢、经过轧制或作为连续作业的一部分（或单独作为一批）进行热处理、具有相同规定尺寸和钢级的所有产品”。第2种“2（除M65、L80-1）、4组来自同一炉钢、作为连续作业的一部分（或单独作为一批）进行热处理、具有相同规定尺寸和钢级的所有产品”。

通过对标准中不同批的定义可以看出，炉批的范围较大，检验批的定义范围较小，而力学性能试验批（或简称试验批）则比较灵活，可是同一炉批也可以是同一热处理批。这就需要采购方在订货技术协议中对不同的批的定义要明确数量或定义范围。例如，在SSC试验、抗硫加厚油管硬度试验等方面就需要对批和数量进行确认，以便质量控制的合理、合规。

1.2 洛氏硬度试验判定问题

对抗腐蚀类管材，硬度试验是必不可少的，特别是抗硫化氢要求材料硬度值越低越好。以80ksi钢级抗腐蚀类油管、套管为例，在5CT标准和很多油田油套管订货技术协议中经常可以看到，要求管体与接箍的硬度均按照洛氏硬度C标尺进行小于23 HRC判定。

根据GB／T 230.3—2012标准中洛氏硬度C标尺及使用范围规定［2］：洛氏硬度C标尺（HRC）的硬度值有效范围为20～67 HRC，被广泛适用于调质钢、淬火钢等的硬度测试方法。通过对国内3家代表性工厂80ksi钢级抗硫管超过100组数据硬度试验结果统计发现，国内80ksi钢级抗硫管HRC实际测试数值大量在14～19 HRC如表1。

表1 国内工厂80ksi钢级抗硫管HRC结果分布比例

从表1可以看出，针对80ksi或更低钢级抗硫管这类材质的材料，只有A工厂有8.5%产品硬度值大于20 HRC，其余2个工厂都小于20 HRC，这样采用洛氏硬度C标尺（HRC）试验方法和数据是否有效就存在疑义。

建议生产厂对此类材料采用布氏硬度或维氏硬度试验，尽快提交相关标准化协会，对标准条款做出修订。此外，客户在签订技术协议时，也需要与工厂就此类问题进行沟通，不要一概要求使用洛氏硬度C标尺（HRC）试验方法。

1.3 硫化氢应力开裂试验（SSC）及复验问题

采购方或监理方经常会与工厂在SSC试验问题上有较大分歧。一方面，标准中仅对C90、T95、C110钢级的抗硫管有明确SSC试验要求，而工厂自主开发非API钢级抗硫管是否也按每炉批做抗硫试验？另一方面，标准中对C90、T95、C110钢级试验批次有要求，但对试验数量、复验却没有明确，仅指明需要客户和生产厂进行沟通确定。

对非标准钢级是否做SSC试验问题，笔者认为抗硫试验是抗硫类产品为质量控制的目的所设定，以证明材料是否具有一定的抗硫化氢能力。不能因为标准上没明确就不做，80ksi、90ksi、95ksi、110ksi钢级的抗硫油套管无论API还是非API产品都应该每炉批（管体和接箍）对抗硫性能进行试验，不能因为试验周期720 h，而简化试验或者以成熟产品为由省略该项关键性试验［3］。

因标准中未明确试验批的数量，且SSC试验周期很长，通常情况下，工厂选择对抗硫管进行每炉抽取一个试样，根据ANSI-NACE TM0177—2005标准进行试验。出现不合格时，由于5CT标准中没有复验具体要求，因此对不合格的处理缺少依据。例如重新试验抽取的试样从那根管子上截取？若再次试验的2个试样一个合格，另一个不合格时如何处理等，这些问题标准中都未给出明确说法。笔者查阅相关标准，在SY／T6857.1—2012《含H2S油气田环境下碳钢和低合金钢油管和套管选用推荐做法》标准中有较为明确说法［4］：

1） 每个样品上应至少取3个平行试样作为1组进行试验。

2） 试验频率应为每炉、每批或者每100根管子取1个样品进行检测，抽样频率取3者中最高者。

3） 若有1个或2个试样不能通过，应在征得用户或者购方同意的前提下，才能进行复验。

可以看出SY／T6857.1—2012标准中的取样数量、批次大小、试验复验方面都有明确说明，该要求可有效保证产品质量控制的有效性，提升抗硫类管材质量的可靠性，建议采购方制定技术协议时可参考采用。

1.4 套管挤毁试验频次及复验问题

套管的抗挤毁能力是多重因素所影响。在5CT中，理化等基本性能要求和对复验的问题描述都很清楚，独缺少对抗挤毁类管材试验的要求，仅在API TR 5C3中对抗挤毁性能有相关推荐计算公式［5］，但对挤毁等试验的取样、数量、甚至复验等方面都没有任何要求。大多数情况下，采购方订购的抗挤毁管材，制造厂通常会与其协商提供以前的挤毁试验报告证明或是在订购产品中选做一个试样代表。由于没有标准要求，随之就带来一系列问题：原先试验的报告能否替代当前套管质量？选取的管材是否有代表性，合格是否就代表整批具备抗挤毁能力？不合格又如何再复验？根据产品质量抽样方法，笔者建议应从每炉批中选取1根壁厚不均度最大的或外径不圆度最大的套管试样来做外压挤毁试验，这样试验才能具有代表性，证明整批管材的抗挤毁能力。若出现外压挤毁试验不合格，则本批次产品不合格。另外，要求采购方在签订的合同或订货协议中明确取样方法、取样数量、抗挤毁值、复验要求等。

1.5 接箍替代钢级问题

5CT中对接箍的一般要求是“接箍应是无缝的，除9.2所列情况外，应具有与管子相同的钢级和类型、相同或更高的PSL，并经过与管子相同的热处理。”实际中，因接箍料壁厚大、用量少，专门为某产品对应轧制，成本必然会增加。加之在合同或订货技术协议中未有明确要求的，一些工厂会采用替代钢级接箍料。例如某厂用95SS或P110钢级接箍替代80S钢级接箍，对于此种钢级替换方式是否可行，特别是会因不同材质导致有硬度差异，上卸扣时导致粘扣现象，但这些情况尚无明确的研究及相应指导依据。

建议在出现接箍钢级替换时，工厂应征得采购方书面同意或者提供相关标准、技术文件、替代先例等，以证明用于替换的接箍性能符合技术协议和相关标准要求。同时业主在签订技术协议时，对接箍钢级是否可以替换做出明确规定。此外，如果许可替代，替代原则也应该是同类材质为宜，如抗硫类的高带低，抗挤毁的高带低，热采的高带低等，非同类替代应该禁止。

1.6 接箍承载面宽度及外螺纹鼻端厚度

5CT标准中9.5条款“接箍承载面的内外棱边应为圆角或倒角，但不能过分减小承载面的宽度（尺寸b），以保证有足够的厚度，能安全地支撑吊卡上管子的质量。接箍的两端面应与轴线严格垂直”。标准中对每种规格的接箍承载面宽度b给出了具体数值要求，但根据9.5条款看并未明确是否是一定要大于b。此外，在API SPEC 5B中对外螺纹鼻端厚度也未做明确。如图1中的接箍毛坯就因为壁厚不均，在加工后会产生b值小于规定值情况；图2中加工完的套管外螺纹因壁厚不均，导致端部螺纹壁厚差异较大。这两种情况下的螺纹在使用中都会因壁厚不均而降低螺纹的连接强度，特别是带有密封面的特殊螺纹若出现壁厚不均将问题更严重。因此，笔者认为接箍承载面宽度b，标准中要求的值应该是最小值，而外螺纹端部壁厚也必须在加工参数中明确最小控制要求。此外，生产工厂应该对接箍b值和外螺纹端部壁厚明确控制指标，并增加检验比例，以防止图1～2中情况出现。

图1 接箍壁厚不均匀

图2 外螺纹鼻端壁厚不均匀

1.7 偏梯形螺纹套管黑皮扣问题

在油田现场可以看到一些偏梯形螺纹套管出现螺纹形貌不对称，断扣、黑皮现象严重的情况（如图3～4），但根据API 5B中对偏梯形螺纹的要求测量又合格（API5B中“在Lc长度范围内允许有两牙黑顶螺纹，但黑顶螺纹的长度不能超过管子圆周长的25%，在Lc长度的其他螺纹均应是全顶螺纹［6］”）。此外API5B对L4只给出了确定数值，作为螺纹连接设计的依据，没有规定公差，不作为产品接收和拒收的依据。也有人对此提出了不同看法，认为L4影响泄漏通道长度和连接强度，应该有公差要求［7］。在实际加工中影响偏梯形螺纹接头全顶螺纹长度的因素有管端最小外径、管端椭圆度、管端直度。如果要加工出合格的偏梯形螺纹，最小外径就要至少大于大端直径D4，管端椭圆度要求公差更小，管端直度也需要控制要求更严格（标准要求1.5 m内最大为3.18 mm）。建议在制造偏梯形螺纹套管时应综合考虑API 5CT和API 5B的各项要求，而不仅仅是螺纹Lc内合格，为提高螺纹加工合格率应制定更为严格的管子几何尺寸控制措施，以减少前文中所述现象的出现，达到提高螺纹质量目的。

图3 套管偏梯形螺纹断扣现象

图4 套管偏梯形螺纹黑皮现象

2 结论

1） 工厂自身质量意识的提高，采购方明确的订货技术要求，相关机构对油管、套管标准化的进一步完善，将整体提升国内油管、套管的质量水平，降低用户的使用风险。

2） 对于采购方和制造方都应该在产品订货制造前做好相应沟通，明确相关技术参数要求，才能对产品质量有更加准确的把握，不会造成产品质量信息的不对称。

3） 制造企业、监督部门应针对标准中存在疑问的产品技术要求，验证、收集相关产品的质量数据，通过有效分析和证明，得出合理的油管、套管产品控制方法。

4） 相关工厂、标准研究者应研究或通过验证的大量数据，向API标准化协会提出标准修订要求。通过专业化协会组织广泛征集意见，将标准中含糊或未明确的技术条款得到有效确认，让产品制造质量控制有据可依，进一步提升产品的质量。

［1］ API SPEC 5CT，Specification for Casing and Tubing［S］.9th ed.2011.

［2］ GB／T230.3—2012，金属洛氏硬度试验.第3部分：标准硬度块（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）的标定［S］.

［3］ 李昱坤，易晓明，李京川，等.国内非API油套管质量现状浅谈［J］.石油工业技术监督，2012，28（6）：13-15.

［4］ SY／T6857.1—2012，含H2S油气田环境下碳钢和低合金钢油管和套管选用推荐做法［S］.2012：12-13.

［5］ API TR 5C3，石油和天然气工业套管、油管、钻杆和作为套管或油管使用的管线管的性能公式及计算［S］.2008：22-27.

［6］ API SPEC 5B，Specification for Threading，Gauging and Thread Inspection of Casing，Tubing，and Line Pipe Threads［S］.15th ed.2008.

［7］ 吕拴录，姬丙寅，杨成新，等.ø244.5 mm套管偏梯形螺纹接头L4长度公差分析及控制［J］.石油矿场机械，2012，41（6）：63-66.

Discussion of the Tubing and Casing Standard Part of the Technical Terms

LI Yu-kun，YAN Kai，WEI Dong，TIAN Xin-xin，HAN Hua-gang，HAN Xin-li
（CNPC Tubular Goods Research Institute，Xi’an 710077，China）

There are seven terms which are indefinite and still in doubt in tubing and casing standard.The terms which include the definition of the lot，hardness test，sulfide stress cracking test（SSC），collapsing test，couplings alternative grade，width of coupling bearing face and black crest of buttress threads are analyzed.Some appropriate proposals are developed for purchaser to place order and manufacturer to control quality of tubing and casing.

API SPEC 5CT；tubing；casing；test method

TE931.2

A

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.12.002

1001-3482（2014）12-0005-04

2014-05-09

李昱坤（1979-），男，陕西汉中人，工程师，主要从事石油专用管材质量监督和技术服务工作，E-mail：liykcn＠163.com。