呂春莉，潘敬平，駱敬輝

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津，300301）

計(jì)算石油套管特殊螺紋接頭em值的一種新方法

呂春莉，潘敬平，駱敬輝

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津，300301）

介紹了API標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于石油套管螺紋接頭em的計(jì)算公式。基于此理念，引導(dǎo)出計(jì)算石油套管特殊螺紋接頭em值的計(jì)算公式，并給予解析說(shuō)明。應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)械制圖法，詳細(xì)給出了計(jì)算em的簡(jiǎn)單、便捷的一種新方法。該特殊螺紋接頭值em的計(jì)算求法適用于石油套管行業(yè)特殊螺紋接頭的生產(chǎn)應(yīng)用，可供參考使用。

石油套管；特殊螺紋接頭；計(jì)算機(jī)；機(jī)械；制圖法

1 引言

套管和油管的生產(chǎn)廠是在加工兩端螺紋并且擰緊接箍后單根稱重的，要判斷每根鋼管（帶螺紋配接箍）的質(zhì)量是否符合API SPEC 5CT的質(zhì)量公差要求，API SPEC 5CT給出了質(zhì)量計(jì)算公式[1]：WL=Wpe×Lef+km×em，其中em是由于端部加工而引起的質(zhì)量增加或減少，kg（lb）。因此，要計(jì)算出em才能實(shí)現(xiàn)鋼管稱重要求。在API SPEC 5CT中給出了每一種端部加工形式的API規(guī)格的em值。而特殊螺紋接頭是各個(gè)生產(chǎn)廠家自主設(shè)計(jì)的，API標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有，所以需要計(jì)算em值。截至目前，針對(duì)特殊螺紋還沒(méi)有公開并且統(tǒng)一的計(jì)算方法。

針對(duì)這種情況，我們先對(duì)API標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式做簡(jiǎn)要解析，再引導(dǎo)出計(jì)算石油套管特殊螺紋接頭值的一種新方法。

2 API標(biāo)準(zhǔn)中em計(jì)算公式

2.1 em的計(jì)算公式

按照API Bul 5C3-2008《套管、油管和鉆桿和輸送管性能的計(jì)算和公式通報(bào)》11.5.2節(jié)，給出了API螺紋接頭鋼管（帶螺紋配接箍）的em的計(jì)算公式[2]，見(jiàn)圖 1。

圖1 API螺紋接頭配接箍管

2.2 計(jì)算公式的簡(jiǎn)要解析

由API標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式可見(jiàn)，主要包括以下3個(gè)方面。

2.2.1 鋼管缺失質(zhì)量 kg（lb）

在公式（1）中，em是由于端部加工而引起的質(zhì)量增加或減少，kg（lb）；klsl是長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)，公制=0.001，英制=1/12；NL是接箍長(zhǎng)度，mm（in），由 API SPEC 5B查出；J是接箍機(jī)緊后管端至接箍中心的距離，mm（in），由API SPEC 5B查出；Wpe是平端管質(zhì)量，kg/m（lb/ft），由API SPEC 5CT計(jì)算或查出。

2.2.2 接箍質(zhì)量kg（lb）

根據(jù)API Bul 5C311.8節(jié)計(jì)算。

2.2.3 兩管端螺紋加工時(shí)除去的質(zhì)量kg（l b）

根據(jù)API Bul 5C311.9節(jié)計(jì)算。

(2)加強(qiáng)生產(chǎn)要素的自由流動(dòng)和高效配置 行業(yè)龍頭企業(yè)、高等院校、研究機(jī)構(gòu)、行業(yè)協(xié)會(huì)、金融機(jī)構(gòu)等主體應(yīng)深化合作，加快構(gòu)建支撐融合發(fā)展的創(chuàng)新載體，集結(jié)創(chuàng)新資源，并探索建立資源交易的市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)據(jù)資源、制造能力、行業(yè)知識(shí)的自由流動(dòng)，改善資源配置效率，提升行業(yè)全要素生產(chǎn)率。

3 特殊螺紋接頭計(jì)算公式

3.1 特殊螺紋接頭em計(jì)算公式的引出

特殊螺紋接頭是各個(gè)生產(chǎn)廠家自己設(shè)計(jì)的，不同于API標(biāo)準(zhǔn)螺紋接頭，在API標(biāo)準(zhǔn)中并不包含，所以要計(jì)算出em值，才能完成鋼管稱重。基于API標(biāo)準(zhǔn)螺紋接頭計(jì)算em公式理念，我們可以引導(dǎo)出計(jì)算石油套管特殊螺紋接頭em值的計(jì)算公式，見(jiàn)圖2。

圖2 特殊螺紋接頭配接箍管

3.2 特殊螺紋接頭em計(jì)算公式的解析

同樣，對(duì)特殊螺紋接頭em的計(jì)算公式進(jìn)行解析（在此，我們習(xí)慣用公制表示計(jì)量單位），主要包括以下3個(gè)方面。

3.2.1 鋼管缺失質(zhì)量（kg）

在公式（2）中，em是由于端部加工而引起的質(zhì)量增加或減少，kg；klsl是長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)，0.001；NL是接箍長(zhǎng)度，mm，由特殊螺紋數(shù)據(jù)查出；LR是接箍機(jī)緊后管端至接箍中心的距離，mm，由特殊螺紋數(shù)據(jù)查出；Wpe是平端管質(zhì)量，kg/m，由API SPEC 5CT計(jì)算或查出。

3.2.2 接箍質(zhì)量（kg）

應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)械作圖法計(jì)算。

應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)械作圖法計(jì)算。

由于根據(jù)API Bul 5C3公式計(jì)算接箍質(zhì)量和兩管端螺紋加工時(shí)除去的質(zhì)量的工作量繁瑣（API Bul 5C3-2008里有詳細(xì)描述，這里筆者不再贅述），在此我們提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)械制圖法這一新方法來(lái)計(jì)算值。

4 計(jì)算機(jī)機(jī)械制圖法解析

4.1 軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量求法

首先考慮特殊螺紋接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其按軸對(duì)稱問(wèn)題處理。接頭的材料為低合金鋼，視為均勻的各向同性體，即具有均勻的質(zhì)量分布。根據(jù)軸對(duì)稱環(huán)狀旋轉(zhuǎn)體的體積（縱向截面的重心的圓周長(zhǎng)×縱向截面的面積）求法[3]：

式中：V是旋轉(zhuǎn)體的體積；A是所旋轉(zhuǎn)的平面圖形的面積；y是該平面圖形重心到旋轉(zhuǎn)軸的距離。

根據(jù)：質(zhì)量=密度×體積，可引用上述公式為：

式中：ec是旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量，kg；ρ是材料密度，對(duì)于鋼材為7.8 5×10-6kg/mm3；V是旋轉(zhuǎn)體的體積；A是縱向截面圖形的面積，由繪圖軟件直接查出；y是縱向截面圖形重心到旋轉(zhuǎn)軸的距離，由繪圖軟件直接查出。

4.2 計(jì)算機(jī)機(jī)械制圖法的計(jì)算步驟

應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)械制圖法的計(jì)算步驟，主要分為以下3步。

4.2.1 計(jì)算機(jī)繪圖

繪制所旋轉(zhuǎn)的平面圖形的截面圖，并使之為一封閉曲線圖。螺紋部分以螺紋節(jié)徑線代替，也就是把齒頂部分的材料填充到齒根部分。

4.2.2 圖形屬性工具查詢

應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖（在此為CAXA繪圖軟件）圖形屬性查詢工具，直接查詢截面圖的面積和重心直徑值；如圖3、圖4所示（這里以第3.2節(jié)中的接箍質(zhì)量計(jì)算為例）。

4.2.3 公式計(jì)算

最后代入質(zhì)量計(jì)算公式計(jì)算。

同理，3.2.3節(jié)提到的兩管端螺紋加工時(shí)除去的質(zhì)量也可由上述方法計(jì)算出來(lái)。

綜上，相比較API標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的常規(guī)的公式方法，新方法的計(jì)算非常簡(jiǎn)單、便捷。

5 結(jié)論

圖3 計(jì)算機(jī)繪圖軟件查詢畫面

圖4 計(jì)算機(jī)繪圖軟件查詢結(jié)果畫面

本文先通過(guò)對(duì)API標(biāo)準(zhǔn)em的計(jì)算公式進(jìn)行簡(jiǎn)要解析，基于它的理念，引導(dǎo)出計(jì)算石油套管特殊螺紋接頭em的公式，并給出求解其值的一種簡(jiǎn)單、便捷的新方法?？晒┩屑夹g(shù)工作者參考使用。需要提醒大家的是，在此計(jì)算是代入名義尺寸，實(shí)際上管料和接箍尺寸由于軋制和加工公差因素存在偏差，計(jì)算會(huì)存在一定誤差，但筆者認(rèn)為這在工業(yè)應(yīng)用上來(lái)說(shuō)是允許的。

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

[2] 美國(guó)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[J].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] 楊振，竇龔偉.討論平面圖形的形心與其繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體體積的關(guān)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

呂春莉（1980—），女，碩士，工程師，主要從事石油套管特殊螺紋的研究和生產(chǎn)工作。