钻具、油套管螺纹检验

    1 概述
     1.1 油井管简介 国外将钻杆、钻铤、方钻杆、转换接头等钻具和油套管 统称为油井管（缩写为OCTG），顾名思义——下入油井里 的管子，我们石油行业以前将之称为“石油专用管”，其 实“石油专用管”还包括管线管也叫输送管（缩写为LP）。 油井管和管线管总称石油专用管。 油井管年需求在100万吨左右，耗资达近百亿元，近年 来都在120万吨以上，油套管占总需求的90%左右。油井管柱也就是由所说的三柱组成：钻柱、油管柱和套管柱。油 井管由锥度螺纹将单根油井管连接而成，浅则数百米，深 则数千米，甚至上万米。锥度螺纹具有上卸扣速度快，连 接强度高，密封性好等优点。

    管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外 压和热循环等复合应力的作用。螺纹连接部位是最薄弱的环节， 失效事故80%以上发生在螺纹连接处。因此，油井管螺纹主要应 具备两个特性：（1）结构完整性，就是螺纹啮合后应具备足够 的连接强度，不致于在外力作用下使结构受到破坏；（2）密封 完整性，就是要能够保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各 种不同受力状态下承受内外压差（一般为几百个大气压）的长期 作用而不泄漏。螺纹连接强度和密封性能是油井管极为重要的两 个技术指标。

    1.2 检验的意义 螺纹检验的目的就是要把螺纹质量不合格的管子检查出 来,防止不合格管下井,最大限度避免或减少油井管失效事故的 发生。油井管螺纹失效形式主要有：丝扣断裂、粘扣、滑脱、泄漏等。处理事故少则几十万，多则几百万，甚至整口井报废， 造成重大的经济损失。 各油井管生产厂要经过工序检验、入库前抽检（成品库 抽检）等多道工序把关；各油田还要进行到货后商检（验收） 或派人赴工厂监造或在出厂前、装船（车）前检验，有的油田 则委托第三方检验机构驻厂监造。油田除螺纹参数、外观按比 例抽检外，有的单位还对螺纹接头进行静水压密封性能试验。 油井管下井前，作业人员还需对螺纹进行外观检查（有无损伤、 变形、锈蚀等），对管体还要进行通径试验。

    以上检验就是要尽可能控制螺纹连接的质量。当然操作是否规 范、扭矩、转速是否合适，螺纹脂性能是否符合要求也对螺纹连接 质量有很大影响。如某油田下套管作业用液压钻杆大钳，夹持力过大，致使接箍严重变形，造成螺纹严重粘扣；又如某油田下油管作 业作用聚乙烯锥形塑料套，未起到润滑作用，造成粘扣、牙形受损， 丧失了抗拉能力导致脱扣事故。 也有一些质量隐患靠现有手段、检验方法是发现不了的，如工 厂接箍机紧扭矩不足的问题。井队下井时，如配有扭矩仪浮动上扣， 可以弥补这一不足；如采用老办法，看余扣，极有可能导致油套管 下井后无法密封、甚至滑脱。如商检人员在检验时发现，某厂套管 接箍手可以拧下；某油田使用国产套管，螺纹（按比例抽检）、水 压（100%检验）都进行了检查，合格的管子下到井里，有10余口井 试不住压。经调查分析和实物试验，发现主要是工厂扭矩不足，用 控制J值的方法进行上扣，试压卸堵头时有的接箍竟被卸下。

   2. 油井管用途 油管：油气自井底至井口的采收通道。钢级：J55、
2.1 油管 N80、P110等，范围为1.05″～4 1/2″,以2 7/8″EU、NU 为多。 套管：防止地层塌陷,保护油管、与油管通过封隔
2.2 套管 器将油气层与环形空间隔开。分表层套管、生产套管（即 油层套管），技术套管（异常压力用）。范围为4 1/2″～ 20″，以5 1/2″、7″、9 5/8″LC、STC、BC为多，钢级： J55、N80、

P110等。 钻具（钻杆、钻铤、方钻杆、转换接头等）传递动
2.3 钻具 力给钻头、破碎岩石、高压泥浆进入井底的通道。钻杆范 围2 7/8″～5 1/2″，以5″内外加厚为多，钢级：E75、 G105、S135等。
  3. 螺纹型式及代号
  3.1 油管 (1)平式油管(不加厚) NU(旧:TBG或NUE) (2)外加厚油管 EU(旧:UP TBG或EUE) (3)整体接头油管 IJ(旧:IJ TBG)
  3.2 套管 (1)长圆螺纹套管 LC(旧:LCSG或LTC) (2)短圆螺纹套管 STC(旧:CSG或STC) (3)偏梯形螺纹套管BC(旧:BCSG或BTC) (4)直连形螺纹套管 XC(旧:XCJG)
  3.3 钻具 (1) 数字型接头 NC(NC10-NC77) (2) 正规型接头 REG(2 3/8REG-8 5/8REG) (3) 内平型接头IF (2 3/8IF-5 1/2IF) (4) 贯眼型接头 FH(3 1/2FH-6 5/8FH) 注:（1）内平型、贯眼型逐步在淘汰； （2）4FH-NC40互换； 2 7/8IF-NC31互换； 3 1/2IF-NC38互换； 4IF-NC46互换； 4 1/2-NC50互换。

    互换只是基面中径相同，不影响旋合配对，但牙型不同， 使用性能也大不一样，所以不能等同。油田在标识接头螺纹型 式时经常标错，在NC50扣上注411或410等。 （3）螺纹有左右旋之分。方钻杆以上螺纹连接用左旋，打捞 处理事故钻具也用左旋。 （4）旧式代号： 4 1/2IF：410 （母），411 （公）； 4IF：4A10（母），4A11（公）； 4 1/2FH ：420 （母），421 （公）； 4 1/2REG：430 （母），431 （公）。 生产厂基本不用这些旧代号，油田管子站还延用旧的习惯， 希望按新代号进行标识。

   4. 牙型特点
（1）油管及圆螺纹套管 螺纹为圆螺纹（齿顶、齿底为圆弧状）；锥度为1：16；牙型角为 60° ， 牙 侧 角 为 30° ； 螺 距 为 3.175 和 2.54(8 牙 和 10 牙 / 吋 ) 牙 型 高 度:1.810(8牙/吋)

、1.412(10牙/吋)。注:玻璃纤维油管采用外加厚长圆 螺纹油管型式。
（2）偏梯形套管 13 3/8″以下锥度为1：16，16″以上锥度为1：12，螺距为5.08(5 牙/寸);牙型高为1.575;牙侧角为3°和13°,牙型角为13°。 注：13 3/8″以下，螺纹齿顶、齿底与母线平行；16″

以上，螺纹 齿顶、齿底与轴线平行。
（3）直连型套管 属特殊扣、很少遇到。
（4）钻具 锥度为1：6、1：4或1：8 螺距为6.35(4牙/吋)，5.08(5牙/吋)，4.233(6牙/吋) 牙型高为3.095、3.083、2.993、3.743等，牙侧角为30°，牙形 角为60°。 详见GB/T 9253.1-1999，P2-

P5，图1、表1、表2。
   5 .生产、检验依据的标准
5.1 油套管
  (1) API SPEC 5CT (2001第7版)
  (2) ISO 11960:2001 IDT (根据API标准制定)
  (3) SY/T 6194-2003 注:等同采用ISO标准作为行业标准,即将升级为国家标准。
 （4）API SPEC 5B（1996第14版）
 （5）ISO 10422（根据API标准制定）
 （6）GB/T 9253.2-1999 注:等同采用API标准作为国家标准。
 （7）API RP 5C1（1988第16版）
 （8）ISO 10405 1993（根据API 标准制定）
 （9）GB/T 17745-1999 注：等同采用ISO标准作为国家标准。
 （10）API RP 5B1（1999第5版）
 （11）GB/T 18052-2000（等同采用API标准）
 （12）API Std 5T1（1996第10版）
 （13）SY/T 6445-2000（等同采用API标准）
 （14）API RP 5A5（1997第6版）
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  （15）SY/T 6474-2000（等同采用API标准）
 （16）API SPEC 15HR（2001第3版）
 （17）SY/T 6267-1996（等同采用API标准）
 （18）API SPEC 15LR（2001第7版）
 （19）SY/T 6266-1996（等同采用API标准）
 （20）SY/T 5990-94（套管国外订货技术条件）
 （21）SY/T 5396-2000（石油套管现场检验与运输） （3）、（6）、（11）、（13）4份标准为本次学习资料； （1）-（3）介绍管体钢级、重量、理化性能、无损检测、几何尺寸和外 观质量等。 （

4）-（6）介绍螺纹参数的加工、检验方法公差要求和量规规范等。 （7）-（9）介绍现场维护、使用（推荐最小、最佳及最大扭矩） 。 （10）-（11）介绍推荐的螺纹检验方法、是对（1）-（3）的

补充和细化。 （12）-（13）介绍石油管材及螺纹常见缺陷及表达。 （14）-（15）介绍平端钻杆、新油套管现场推荐的检验方法 （无损检测、外观为多）。 （1）-（9）最重要，是工厂生产、检验和

油田检验、操作的 主要依据。 （16）-（17）介绍高压玻璃纤维管线管； （18）-（19）介绍低压玻璃纤维管线管； 15HR与5B没有衔接好，新5B里对玻璃纤维管螺纹参数极限偏 差未作规定（旧5B有规

定），参见相关的标准，即15HR，15HR又要 求参见5B。
    5.2 钻具类
 (1) API SPEC 7(1998第39版)
 (2) SY/T 6407-1999(等同采用API标准)
 (3) GB/T 9253.1-1999(在API 39版及GB9253.1-1988基础上 制定的)。
 (4) API SPEC 5D(第6版)
 (5) ISO 11961(根据API标准制定)
 (6) API RP 7G(1990,第14版)
 (7) SY/T 5987-94 (1)-(2)介绍旋转钻井钻柱构件规范,涉及钻杆、方钻杆、钻 铤、水龙头、转换接头、稳定器、钻头等，还介绍了螺纹参数、 检验方法、量规规范等。 （3）主要是介绍螺纹结构、参数和公差。 （4）-（5）介绍钻杆管体长度、壁厚、外径等结构尺寸和外 观检验、无损检验等。 （6）主要介绍钻柱设计和操作限度、涉及到对旧钻具螺纹接 头的检验方法。 （7）介绍国外订货的技术条件。 另外还有很多SY行业标准：《钻铤》、《加重钻杆》、《钻 具稳定器》、《石油钻杆接头》、《钻柱转换接头》、《方钻 杆》、《提升短节》、《钻具报废》、《钻杆分级》……等。 最重要的是（1）-（5）。

  6. 检测项目及公差
  7. 检测用量具、工具
    卷尺、通径规、测厚仪（超声波、机械式）、游标卡尺 （长爪、普通、深度），钢板尺、卡钳、深度千分尺、内径杠 杆表、座架规（鞍形规）、全套螺纹单项仪及附件、全套螺纹 量规、锉刀、沙纸、油石等。 单项仪主要有：内外螺纹规及样板内外齿高规及样板，内 外锥度规，凹凸缺陷规，同轴度规，轮廓显微镜，螺尾规，三 表量规等。

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    8 .检测量值溯源关系
     8.1 螺纹单项参数 由低到高溯源关系依 次为:
    单项仪 检验仪 各省市计量测试所 国家长度基准
    8.2 一般几何尺寸 由低到高溯源关系依次为:
    常规量具（卡尺、卷尺、千分尺等）
    工厂、所、中心（局检测中心）
    各省市计量测试所
    国家长度基准
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    8.3 油套管紧密距 由低到高溯源关系依次为:
    工作规 工作规 校对规 三坐标、轮廓仪、高度仪等
    省计量测试所
    国家长度基准
    校对规
    地区规 三坐标、轮廓仪、高度仪等 省计量测试所 国家长度基准 美国国家长度基准
    原始规
    8.4 钻具紧密距 由低到高溯源关系依次为:
    工作规 工作规 校对规 三坐标、轮廓仪、高度仪等
    省计量测试所
    国家长度基准
    校对规
    地区规 三坐标、轮廓仪、高度仪等 省计量测试所 国家长度基准 美国国家长度基准
    原始规
    检测前的准备
 （1）螺纹清洗(柴油、锯末等)，登记好规格、钢级、管号、 批号、合同号、厂名等。
 （2）量具的选取。触头直径、样板（齿高、螺距）、单项仪 的型式，螺纹量规、卡尺等
 （3）测量范围的定位。钻具螺纹为第一完整扣至最后一完整 扣，圆螺纹套管外螺纹为第一完整扣至L4-12.7处,内螺纹为第一 完整扣至J+1P处;油管外螺纹为第一完整扣至L4-g处,g=12.7,其实 与圆螺纹套管相同;偏梯形套管外螺纹为第一完整扣至L7处,内螺 纹同圆螺纹套管。 9

  （4）测量间距的确定。 （a）牙型高度。测量范围大于25.4mm的产品,以25.4mm的间距进 行;测量范围在12.7-25.4mm之间,以12.7mm间距进行。对于11 1/2 牙/吋的产品,以4牙螺纹间距进行。 （b）螺距/锥度。①普通螺距间距同a。任何时候除偏梯形螺纹 外，锥度，牙形高度和螺距的测量接触点都不得超出最后一牙完整 螺纹位置。偏梯形螺纹锥度还应在不完整螺纹区域检测。②累积螺 距间距，测量内外螺纹累积螺距应在第一牙完整螺纹和最后一牙完 整螺纹间某一间距内进行，对于每对牙数为偶数的，该间距等于 12.7mm的最大倍数,对于每寸牙数为奇数的,该间距等于25.4mm的最 大倍数。

  10. 测量
（1）外观检查。是否有接箍变形、螺纹损伤等缺陷，有毛刺、轻微 损伤的螺纹修磨后再旋合量规，严重变形，损伤的没必要旋合。
 （2）几何尺寸、通径等项目检查。对钻杆要使用鞍形规检查接头卡 管体的同心度。
 （3）螺纹单项参数的检测。标准里写的比较详细。掌握要领，仪表 读数找最大转折点，螺距规、锥度规绕固定触头左右或上下偏摆，外齿 高规垂直于螺纹轴线方向左右偏摆；外齿高规垂直于螺纹轴线方向左右 或上下偏摆；外齿高规垂直于螺纹轴线方向上向偏摆，内齿高规沿垂直 方向上向偏摆；锥度测量在同一轴截面上（对钻具测量影响较大），螺 距和齿高沿母线方向。

 （4）紧密距检测。量规旋合时加适量润滑油，平稳旋合，不施加惯 性，以一个人的臂力至上不动为止。日本JFE公司研究表明，不同人的 旋紧力差值约为40N·m。
    11. 注意事项
 （1）所有量具（特别是量规）与被检产品等温足够时间，消除 温差。温度不但影响测量结果的准确性，还会将量规抱死在接头 上卸不下来。如修扣时接头在高速旋转时刀具切削金属摩擦挤压 发热温度比较高，量规旋合后有时卸不下来；又如刚从房间拿出 的量规施合暴晒在太阳下的螺纹接头，也会抱死。在修扣时有时 不得不将扣破坏取下量规；在检验现场时要用开水或火焰加热待 膨胀后取下量规。

 （2）油套管公扣紧密距在记录时要注明正负号。有不少油田甚 至管加工厂只记测量值，看不出正或负，对结果合格与否的判断 带来不便，如果传递值偏差可忽略影响小些，如果传递值偏差较 大，就会造成误判。另国产齿高规、螺距规量表上未作“+”“-”标 记，测量时要会判断，并记录“+”“-”号。

 （3）量表回程误差注意消除。尤其量表用旧后齿条传动出 现空隙，回程误差比较明显，单项仪检定时国内行业检定规程 对回程误差有要求，但国外单项仪合格证上检定结果对回程误 差不作要求。 

（4）锥度测量应注意回零是否正确，否则重新测量。在完 整螺纹区间测量间距必须全部履盖该区间，即测量间距必要时 可重叠。只测量一个间距是不够的。如1999年江苏油田进口日 本NKK套管，有不少套管公扣小端1吋锥度合格，第2吋就不合格， 从螺纹小端向大端测量时，表的读数与实测值一致，否则要用 表盘最大读数减去指针所指的读数才是实测值。

  （5）注意S1、P1、S2的修正，特别注意油套管螺纹环规的长度是否规范， 旧API 5B对环规长度要求很松±0.66,但新标准加严，为±0.051。如前几 年哈尔滨某量具厂制造的2 7/8 TBG、3 1/2TBG等量规环规长度较名义值 长3.5～3.8，工厂车扣时，把量规当标准量规使用，致使公接头P1值100% 不合格,超上差。 （1）（S1-S）+A±1P；P1±1P （2）（S1-S）+A0-P/2；P1+P/20 （3） (S ? S ) ;S 对一些测量结果在合格与不合格边缘上时,S1,P1和S2 的修正就显得很有必要,钻具螺纹本来紧密距公差范围就很小,更有必要修正。

 （6）管端内外棱边的毛刺、内倒角是否倒全，要注意工厂端即机紧端。 由于丝扣油涂抹一般不易看清。如1999年江苏油田进口日本NKK公司套管 机紧端内倒角不全、棱边毛刺等比例相当高。
 （7）磷化后螺纹表面比较粗糙，内锥度规由于测量力较大，测量时 摆动十分困难，建议在牙槽里涂抹少许润滑油。
 （8）钻具螺纹注意台肩面的损伤,尤其纵向沟槽,对密封有很大影响, 螺纹损伤(牙顶受机械碰撞、牙面明显凸起)、倒角直径不应忽视。如 1998年，胜利油田进口美国格兰特公司钻杆、70～80%外观不合格。主要 缺陷为台肩面碰伤，环向沟槽、螺纹损伤。需修复后才能使用，有的比 较严重根本无法修复。

 （9）单项仪属精密仪表，操作时应十分谨慎，轻拿轻放，按时送检 。若不慎被摔或剧烈震动，就应进行重新校准或与已知精度的计量基准 对比、重新确定其精度，否则不能用于检验。
 （10）各油田管子站在修复螺纹接头时，习惯于将量规旋紧后修台肩 面或端面，致使量规基准面遭刀具刮伤，给量规检定和紧密距测量带来 极大的不便，需改掉这种不好的习惯。
 （11）有的油田管子站钻具螺纹修复时仍习惯用通止棒检验紧密 距，很不合理，量规定期校准后范围在变化，通止棒尺寸却是固定不 变的，还是应该测量实际的紧密距尺寸，另外台肩面垂直度0.05靠 通止棒测不出来的，有的油田管子站测量套管公扣紧密距时仍按旧标 准测量消失点与环规端面的距离，希望以后要改过来测量P1。 12 检验结果 12. 12.1 公差范围 查阅相关的API、国标 或行业

标准。
   12.  石油管螺纹检测判定
   12.1  单位
  （1）几何尺寸：均为mm，根据标准要求保留有效数字位数，如总 长、壁厚、外径、内径等。
  （2）螺距偏差：mm，保留3位或2位小数。国产量规分度值0.01mm; 进口量规分度值0.0005″或0.001″。
 （3）齿高偏差：mm，同螺距规。
 （4）锥度：mm/m。保留1位小数。国产量规分度值早期为0.01mm， 后经我们建议改为0.001″;进口量规分度值为0.001″。平常测量报出 的62.5格,含义为62.5in/1000in或62.5mm/m也相当于0.0625in/in。

 （5）紧密距：mm，保留2位小数。
  12.2 判定
 (1) 不合格项目(尤其商检出证)一定要慎重,由他人复核。如某油 田进口特殊螺纹套管在检验时发现有外螺纹密封直径超差现象，在扩大 抽检比例时该项目由另一人检验，刚开始判定不合的管子外方技术人员 没有复查，表示认可，但不合格的比例相当高，一经复查，误判了许多。 原因是操作方法不当，只好全部返工。 锥度超差的螺纹虽经过了他人的复核，为了使出具的数据 可靠，建议将锥度规与同规格螺纹量规用相同的方法进行比对。 量规的锥度一般接近名义值，这样就消除了因单项仪本身示值 误差而带来的测量系统误差。

（2）紧密距不合格要分清是因机械变形或螺纹毛刺引起的， 还是本身加工时就不合格。API 5B承认接箍机紧变形后螺纹紧 密距和锥度可能会偏离原来的公差范围，但没有量的概念，需 油田与生产厂协商解决。但接箍紧密距超下限是绝对不允许的。 进口油套管接箍紧密距超上限索赔比较困难，他们坚持是 在运输途中碰撞造成的，与加工质量没有关系，甚至还能提供 工厂的出厂数据。国内生产厂处理这类问题时则较灵活。

    国内也曾发生过因起始扣内翻边毛刺未打磨引起外螺纹紧 密距检验时超上限的质量异议。工厂用的是美国PMC公司制造 的环规，油田用的是国产环规和日本环规。工厂携带量规检验 合格，油田使用的量规都不合格。后经分析原因，问题出在环 规小端结构的不同。美国环规扣短，国产和日本环规扣长，旋 合时与内翻边毛刺产生了干涉。后经工厂派人现场去除毛刺后 全部合格。 这种事情引起了工厂的重视，因为API标准里起始毛刺不 能作为拒收的依据，但为了不再出现此类质量异议，专门增加 了一道工序：打磨起始扣毛刺。

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