柳玉偉,張 軍,陳玉鵬,黃永志

(天津鋼管集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心,天津 300301)

基于BTC齒形的螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算方法淺析

柳玉偉,張 軍,陳玉鵬,黃永志

(天津鋼管集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心,天津 300301)

簡要介紹了API標(biāo)準(zhǔn)中BTC扣螺紋連接強(qiáng)度的計(jì)算方法,引入了兩種螺紋強(qiáng)度的計(jì)算公式,結(jié)合機(jī)械制圖軟件,給出計(jì)算螺紋連接強(qiáng)度的新方法。

螺紋;螺旋線長度;強(qiáng)度

1 引言

BTC螺紋的連接強(qiáng)度性能參數(shù)對(duì)于石油行業(yè)在使用油井管下井過程中非常重要,關(guān)于如何計(jì)算螺紋的連接強(qiáng)度,公式(1)給出了根據(jù)API 5C3相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[1],公式(2)為管體的連接強(qiáng)度計(jì)算。

其中:Pj—螺紋連接強(qiáng)度,N;

P—管體連接強(qiáng)度,N;

Yp—管體最小屈服強(qiáng)度,N/mm2;

Up—管體最小抗拉強(qiáng)度,N/mm2;

Ap—平端管橫截面積,Ap=0.785 4(D2-d2),mm2;

D—管體外徑,mm;

d—管體內(nèi)徑,mm。

由公式(1)和公式(2)的計(jì)算方法,表1列出幾種規(guī)格的管體連接強(qiáng)度和螺紋連接強(qiáng)度數(shù)據(jù)比較。

從表1可以看出,同一規(guī)格不同鋼級(jí)情況下,管體的連接強(qiáng)度有時(shí)大于管體螺紋連接強(qiáng)度,有時(shí)小于;在API 5C3[2]標(biāo)準(zhǔn)中也指出公式(1)是基于151根BTC套管試驗(yàn)回歸分析得出的經(jīng)驗(yàn)公式,試驗(yàn)的套管尺寸范圍在114.3～508 mm之間。

由統(tǒng)計(jì)學(xué)原理得到的經(jīng)驗(yàn)公式(1),油田已經(jīng)使用多年,為了更加精確地計(jì)算連接強(qiáng)度,需要?dú)w納總結(jié)出新的理論計(jì)算公式。

2 螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算方法簡要解析

BTC螺紋屬于在鋼管外表面根據(jù)1∶16錐度車絲API齒形得到,見圖1、圖2。

由圖1和圖2可以看出,管體螺紋的連接性能主要取決于螺紋承載面積的多少,螺紋承載面積如果大于管體的橫截面積,必然導(dǎo)致螺紋的連接強(qiáng)度高于管體的連接強(qiáng)度,通過公式(2)可以求解出管體的連接強(qiáng)度,連接強(qiáng)度公式主要參數(shù)就是管體的屈服強(qiáng)度和管體的橫截面積,在同一材質(zhì)上管體和螺紋的屈服強(qiáng)度一致,現(xiàn)在需要求螺紋的承載面積,有兩種方法。

表1 根據(jù)公式(1)和公式(2)計(jì)算的連接強(qiáng)度P和Pj

圖1 BTC螺紋接頭剖面

圖2 BTC螺紋接頭示意

其中:Al1、Al2—螺紋承載面積,mm2;

λg—不完整螺紋部位螺旋線長度,mm;

λl7—完整螺紋部位螺旋線長度,mm;

h—BTC螺紋齒高,1.575mm;

l7—完整螺紋長度,mm;

g—不完整螺紋長度,mm;

E7—螺紋l7部位節(jié)徑尺寸,mm;

t—螺紋的螺距,mm。

最后得到螺紋連接強(qiáng)度:

其中:Pl—螺紋的連接強(qiáng)度,mm;

Al—根據(jù)公式(3)和公式(4)計(jì)算得到的螺紋

承載面積,mm2;

Yp—管體最小屈服強(qiáng)度,N/mm2。

3 計(jì)算機(jī)制圖法計(jì)算螺旋線長度λ

結(jié)合API 5B中螺紋尺寸參數(shù),見表2[3],利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件畫出節(jié)徑位置螺旋線尺寸,通過測量得出長度值,見圖3所示。

表2中:

D4—大端直徑,mm;

g—不完整螺紋長度,mm;

L7—完整螺紋長度,mm;

L4—管端到螺紋消失點(diǎn)總長度,mm;

E7—中徑尺寸,mm;

J—機(jī)緊后管端到接箍距離,mm;

Jn—手緊后管端到接箍距離,mm;

A1—管端到三角形標(biāo)記長度,mm;

A—手緊緊密距牙數(shù);

Q—接箍鏜孔直徑,mm;

Lc—從管端起完整螺紋最小長度,mm。

4 根據(jù)公式計(jì)算進(jìn)行比較

根據(jù)給出的公式(3)和公式(4),從已知表2數(shù)值代入兩個(gè)公式,見表3,結(jié)合計(jì)算機(jī)制圖法,與公式(1)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果顯示,根據(jù)公式(3)和(4)計(jì)算的螺紋連接強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于API給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的連接強(qiáng)度值。

表2 BTC螺紋尺寸參數(shù)

圖3 通過計(jì)算機(jī)繪圖軟件查詢結(jié)果

表3 計(jì)算螺紋承載橫截面積

表4 螺紋連接強(qiáng)度對(duì)比

5 結(jié)論

通過對(duì)API 5B螺紋連接強(qiáng)度公式的描述,進(jìn)一步歸納出螺紋強(qiáng)度公式的其他計(jì)算方式,通過計(jì)算比較發(fā)現(xiàn),API BTC螺紋的連接強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管體強(qiáng)度,可以安全使用。此外文中歸納的公式(3)和(4)兩種求螺紋螺旋線長度的方法也適用于其他螺紋接頭設(shè)計(jì)參考使用。

[1] 美國石油學(xué)會(huì).API SPEC 5CT 9thSpecification for Casing and Tubing.套管和油管規(guī)范[S],2012-1-1:28.

[2] 美國石油學(xué)會(huì).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.套管、油管和鉆桿和輸送管性能的計(jì)算和公式通報(bào),2008-12:52 -53.

[3] 美國石油學(xué)會(huì).API SPECIFICATION 5B 15thSpecitication for Threading,Gauging and Thread Inspecion of Casing,Tubing,and Line Pipe Threads.套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)規(guī)范[S].2008.

Analysis of Strength Calculation Methodfor BTC Thread Connection

LIU Yuwei,ZHANG Jun,CHEN Yupeng,HUANG Yongzhi
(Technology Center,Tianjin Pipe Corporation,Tianjin 300301,China)

A briefly calculation method of the thread joint strength according to API 5C3 Standard is introduced in this paper.Combined with the CAD software,two new formula of the thread joint strength are given.

thread,helix length,strength

TG62

A

1001-5108(2017)03-0046-03

柳玉偉,工程師,主要從事特殊扣螺紋接頭的研發(fā)工作。