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（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（输送管）。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80多亿元，近二、三年来都在近120万吨，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。如新疆巴州商检局人员在检验时发现，某厂套管接箍手可以拧下；95年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余井井试不住压。经我们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
2.1 油管：油气自井底至井口的采收通道。钢级：J55、N80、P110等，范围为1.05″～4 1/2″,以2 7/8″EU、NU为多。
2.2 套管:防止地层塌陷,保护油管、与油管通过封隔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。

2.3钻具（钻杆、钻铤、方钻杆、转换接头等）传递动力给钻头、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:UPTBG或EUE)
(3)整体接头油管 IJ(旧:IJ TBG)
3.2 套管
(1)长圆螺纹套管 LG(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。

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：133/8″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，不作介绍。
（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)
牙型高度为3.095、3.083、2.993、3.743等,牙侧角为30°,牙形角为60°。
详见GB/T9253.1-1999,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）APISPEC 5B（1996第14版）
（5）ISO10422（根据API标准制定）
（6）GB/T9253.2-1999
注:等同采用API标准作为国家标准。
（7）APIRP 5C1（1988第16版）
（8）ISO10405 1993（根据API 标准制定）
（9）GB/T17745-1999
注：等同采用ISO标准作为国家标准。
（10）APIRP 5B1（1999第5版）
（11）GB/T18052-2000（等同采用API标准）
（12）APIStd 5T1（1996第10版）
（13）SY/T6445-2000（等同采用API标准）
（14）APIRP 5A5（1997第6版）
（15）SY/T6474-2000（等同采用API标准）
（16）APISPEC 15HR（1995第2版）
（17）SY/T6267-1996（等同采用API标准）
（18）APISPEC 15LR（1990）
（19）SY/T6266-1996（等同采用API标准）
（20）SY/T5990-94（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；
由于15HR比5B滞后，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），只说见相关的标准，即15HR，15HR里又引用旧版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API39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）。

检测项目及公差
6.1 油套管
外观、几何尺寸、螺纹参数等详见附表1。
注：J值未列入，SY/T5987-94对圆螺纹套管要求为J±6.35mm,SY/T6474-2000即API RP 5A5提出所有规格如超出J±6.35mm要通知货主,但不一定判不合格。（5A5新版规定±2牙，旧版±3牙）。
6.2 钻具(主要是钻杆)
主要结构几何尺寸、螺纹参数、外观等、详见附表2。
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、内径杜杆表、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。

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）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是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
12.1 公差范围
主要项目公差范围见附录1、表2，必要时查阅相关的API、国标或行业标准。
12.2 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

12.3 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，根据加工质量没有关系，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。

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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。

二、对标准中的几个问题的讨论
1、关于紧密距（Stand-off）
（1）定义。GB/T9253.1-1999定义比较合理,即在规定条件下旋合的内外锥螺纹其规定测量点或面之间的轴向距离。
（2）正负号的确定。钻具内螺纹检验时，塞规大端面凸出台肩面为正号，反之为负号；油套管外螺纹检验时，管子小端凸出环规小端面为负号，反之为正号。
（3）以前对P1值正负争执比较激烈，现在基本统一（有三种观点）。

（4）凸出量与紧密距不能等同。长圆螺纹套管用短环规检验时测量凸出量来间接控制紧密距，凸出量越长，紧密距越小。
（5）特殊规格短圆螺纹套管检验时紧密距要会确定公差范围，否则会造成误判。
（6）不同钢级手紧紧密距牙数A不同，在确定紧密距范围时尤其使用美国进口带刻线塞规时要注意区别。