艾裕豐，馮 娜，田 沖，白小亮，李光峰

(1.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077;2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司 甘肅 蘭州 730070)

0 引 言

美國石油學(xué)會于2017年12月發(fā)布了API Spec 5B《套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗》第16版(2018年7月1日生效)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了API螺紋和控制螺紋驗收準(zhǔn)則的量規(guī)的尺寸、公差和標(biāo)記要求。用于檢驗管線管、圓螺紋套管、圓螺紋油管、偏梯形螺紋套管螺紋的單項儀和設(shè)備及要求也包含在內(nèi)。作為油管、套管螺紋加工檢驗，石油螺紋單項儀、螺紋量規(guī)校準(zhǔn)的主要依據(jù)，和第15版相比，標(biāo)準(zhǔn)變化較大，新增檢驗項目及其相關(guān)量具校準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容較多，受到石油專用管制造企業(yè)、油田用戶、質(zhì)量檢驗機構(gòu)、量具制造企業(yè)，石油專用螺紋計量機構(gòu)的廣泛關(guān)注。由于標(biāo)準(zhǔn)中存在較多錯誤，美國石油學(xué)會于2018年6月發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)的勘誤1，對標(biāo)準(zhǔn)中的錯誤內(nèi)容進行更正，同時由于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布到實施的時間間隔較短，將標(biāo)準(zhǔn)的生效時間更改為2019年1月1日。本文中的符號及其含義同API Spec 5B第16版，不再單獨介紹。

1 刪除內(nèi)容

API Spec 5B標(biāo)準(zhǔn)第16版相對于第15版刪除的內(nèi)容：

1)正文給出的是美國慣用單位制表，標(biāo)準(zhǔn)刪除了原標(biāo)準(zhǔn)國際單位制表格，用戶在使用的時候需要自己進行換算。

2)由于使用較少，標(biāo)準(zhǔn)刪除了原標(biāo)準(zhǔn)附錄中的直連型套管相關(guān)類容。

3)標(biāo)準(zhǔn)刪除了原標(biāo)準(zhǔn)附錄中的API量規(guī)鑒定機構(gòu)要求，在標(biāo)準(zhǔn)正文中要求進行校準(zhǔn)的實驗室應(yīng)獲得ISO17025或等效標(biāo)準(zhǔn)的授權(quán)，用戶可以從API官方網(wǎng)站進行查詢。

4)在標(biāo)準(zhǔn)第4章油管、圓螺紋套管公差表中刪除了原標(biāo)準(zhǔn)易引起歧義的L4合格判定注釋“在下述情況下L4是合格的：①若從管端至螺紋消失點平面(位于管子外徑最大處)的距離在上述負(fù)公差內(nèi)；②若從管 端至螺紋消失點平面(位于管子外徑最小處)的距離在上述正公差內(nèi)?！?/p>

2 技術(shù)內(nèi)容的差異

2.1 圓螺紋牙型高度

標(biāo)準(zhǔn)在6.1.1將螺紋牙型高度公差從原來的+0.002 in/-0.004 in變更為±0.002 in(1 in=25.4 mm)。牙型高度校對塊的V型槽牙底圓弧/削平尺寸做出了調(diào)整，變?yōu)楹彤a(chǎn)品螺紋牙底圓弧/削平尺寸一致，對測尖磨損的控制變得更加寬松。但是管線管11V的牙型高度校對塊的V型槽牙底圓弧/削平為0.002 1 in(0.053 mm)不合理，應(yīng)當(dāng)采用和對應(yīng)產(chǎn)品一致的牙底圓弧半徑/削平，為0.002 9 in(0.074 mm)。各種牙型高度槽深校對塊詳見表1。

表1 牙型高度槽深校對塊

2.2 最后一牙完整螺紋位置

標(biāo)準(zhǔn)在6.3規(guī)定圓螺紋套管是最后一牙完整螺紋的位置在管端至最后劃線(最后螺紋槽)長度L4-0.625 in處，標(biāo)準(zhǔn)變更前該位置為L4-0.500 in(12.7 mm)。對產(chǎn)品單項參數(shù)測量定位具有指導(dǎo)意義。變更后所有產(chǎn)品外螺紋的完整螺紋長度均可用L4-g來表示。

2.3 偏梯形螺紋錐度測量

標(biāo)準(zhǔn)在7.1.4規(guī)定“偏梯形螺紋量規(guī)的錐度由工作塞規(guī)和校對環(huán)規(guī)的大徑圓錐與工作環(huán)規(guī)和校對塞規(guī)的小徑圓錐直徑的測量結(jié)果而定”。標(biāo)準(zhǔn)變更前為“偏梯形螺紋量規(guī)的錐度由大徑圓錐或小徑圓錐直徑的測量結(jié)果而定”。

2.4 螺紋量規(guī)幾何尺寸公差變化

圓螺紋套管和油管螺紋量規(guī)的槽寬公差變更為原來的2倍，槽直徑、盤直徑將標(biāo)準(zhǔn)給出值作為最大值進行控制，去掉了原來的公差。

3 新增加的內(nèi)容

3.1 術(shù)語、定義和和縮略語

標(biāo)準(zhǔn)在第3章包含了定義(51個)和縮略語(共6個)，對該標(biāo)準(zhǔn)中用到的術(shù)語和縮略語全部加以說明，便于讀者對標(biāo)準(zhǔn)的閱讀，第15版標(biāo)準(zhǔn)僅有定義5個。部分術(shù)語是從15版標(biāo)準(zhǔn)中保留下來的，如缺陷、缺欠等。增加的定義可分為3類，第一類是從原來標(biāo)準(zhǔn)正文中移到第4章來的，如螺距、錐度、牙型高度、黑頂螺紋，倒角等；第二類是引用API Spec 5B1中相同的定義，如機緊、最后刀痕、鏜孔、承載牙側(cè)面等，第三類是新增與檢驗內(nèi)容相關(guān)的術(shù)語，如牙頂高、頂徑、螺紋橢圓等?？s略語中新增的MOW表示量針頂點到校對塊上表面的距離。通過該部分變更，標(biāo)準(zhǔn)的邏輯性更強，結(jié)構(gòu)更加合理。

3.2 圓螺紋牙頂高測量及相關(guān)要求

標(biāo)準(zhǔn)在第4章增加了圓螺紋套管、外加厚油管、不加厚油管的螺紋牙頂高公差要求，均為±0.001 5 in。牙頂高是中徑圓錐到牙頂?shù)膹较蚓嚯x。所有圓螺紋均需測量螺紋牙頂高，偏梯形螺紋無需測量此參數(shù)。牙頂高具體測量見標(biāo)準(zhǔn)5.5 “牙型高度和牙頂高測量”。牙頂高測量儀與圓螺紋牙型高度測量儀結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于牙頂高為球形測頭，牙型高度測量儀為錐形測頭。牙頂高測量儀球形測頭如圖1所示。校對使用的牙頂高校對塊與牙型高度校對塊結(jié)構(gòu)一致，V形槽相同，但U形槽高度不同。牙頂高標(biāo)準(zhǔn)塊U槽高度為螺紋牙頂?shù)铰菁y凹槽放入最佳測針后測針最低點的高度，而非直接牙頂高的理論尺寸。標(biāo)準(zhǔn)同時增加最佳量針頂點到牙頂高校對塊平面距離MOW的校準(zhǔn)要求，如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定量針直徑和MOW公差均為5 μm。分析可知，量針直徑將以0.75的系數(shù)影響MOW，對量針直徑規(guī)定公差為5 μm不合理，應(yīng)限制在2 μm以內(nèi)，國內(nèi)外的2級量針即可滿足該精度要求。標(biāo)準(zhǔn)同時對螺紋牙型高度校對塊也要求對MOW項目進行校準(zhǔn)。

圖1 牙頂高測量儀球形測頭

圖2 圓螺牙頂高校對塊MOW

3.3 螺紋頂徑、螺紋橢圓的測量及相關(guān)要求

標(biāo)準(zhǔn)在第4章增加螺紋平均頂徑、螺紋橢圓度的公差要求，詳見表2。平均頂徑是指特定平面測量所得的頂徑最大值和最小值的算術(shù)平均值，平均頂徑應(yīng)在管子離開卡盤之后(或者卡盤之外)測量。螺紋橢圓度是測得的螺紋頂徑的最大值和最小值的差值。標(biāo)準(zhǔn)第4章中螺紋橢圓度公差未區(qū)分內(nèi)外螺紋，均按外徑壁厚比D/t是否小于20分為兩種情況。這和標(biāo)準(zhǔn)6.1.7中規(guī)定的接箍內(nèi)螺紋橢圓度極限偏差為D×0.003 in相矛盾。建議生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)螺紋的橢圓度公差按照6.1.7從嚴(yán)進行控制。標(biāo)準(zhǔn)在第1章范圍明確規(guī)定螺紋尺寸沒有進行詳細規(guī)定的(或表示為不適用)的不進行頂徑、橢圓度的檢驗。所有規(guī)格套管(圓螺紋和偏梯)，規(guī)格≥4的 不加厚油管，規(guī)格≥2的 外加厚油管需要進行螺紋頂徑、橢圓度測量。除此以外的小規(guī)格油管、所有規(guī)格的管線管無需測量這兩項參數(shù)。

表2 平均頂徑、螺紋橢圓度的公差要求 in

API Spec 5B在第4章增加螺紋頂徑測量位置及其名義尺寸。頂徑測量位置規(guī)定外螺紋頂徑(大徑圓錐)C10定義在距端面L10處，內(nèi)螺紋頂徑(小徑圓錐)C12定義在距端面M12處。偏梯形黑頂螺紋可能延伸至L10范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)6.1.3規(guī)定在這種情況下螺紋頂徑測量應(yīng)保證量規(guī)螺紋靴不少于50%位于全頂螺紋之上。否則頂徑應(yīng)在L10之外的其它位置測量，頂徑尺寸應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)并未給出頂徑測量的詳細的操作步驟，僅在6.1.4規(guī)定頂徑測量儀的安裝及使用詳見量具制造廠商提供的使用說明書。標(biāo)準(zhǔn)在7.1.11頂徑量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)記中規(guī)定用于模擬螺紋頂徑尺寸C10和C12的合格參考平面，其尺寸精度應(yīng)保證在±0.000 3 in(±0.007 62 mm)范圍內(nèi)；用于模擬L10和M12位置的合格參考平面，其尺寸精度應(yīng)保證在±0.000 5 in(±0.012 7 mm)范圍內(nèi)。

外螺紋的頂徑測量位置距離小端面L10(LC-0.312 5 in)，內(nèi)螺紋頂徑測量位置距離接箍端面M12(M+0.5 in)。在該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前，量具制造企業(yè)生產(chǎn)的頂徑標(biāo)準(zhǔn)桿確定的圓螺紋的外螺紋測量面為L1，1:16偏梯形外螺紋測量面為L7-0.5in，1:12偏梯形外螺紋測量面為L7，與該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量平面不一致。由于圓螺紋在LC長度范圍內(nèi)不允許存在黑頂螺紋，偏梯形螺紋LC長度范圍內(nèi)，允許存在兩牙黑頂螺紋，但黑頂螺紋的長度不能超過管子圓周長的25%。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頂徑測量平面更加合理。需注意，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前量具制造企業(yè)生產(chǎn)的外螺紋頂徑標(biāo)準(zhǔn)桿不符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，不能繼續(xù)使用。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前生產(chǎn)的內(nèi)螺紋頂徑標(biāo)準(zhǔn)桿尺寸符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以繼續(xù)使用。

標(biāo)準(zhǔn)同時給出了外螺紋端面出頂徑C9(即外螺紋小端大徑)和接箍端面頂徑C11(即內(nèi)容大端小徑)，這兩個尺寸對螺紋加工制造時非常有用。其計算公式詳見表3。

表3 外螺紋端面出頂徑和接箍端面頂徑計算

3.4 橢圓度對緊密距的影響

標(biāo)準(zhǔn)在6.1.8螺紋橢圓度對緊密距的修正中給出了相關(guān)計算公式來說明二者關(guān)系，見公式(1)。螺紋橢圓度導(dǎo)致的緊密距變化的結(jié)論引自美國石油學(xué)會 1985年WG3037工作組的研究成果。

SO=緊密距公差+[OV/(錐度×2)]

(1)

式中：SO是最大允許緊密距，由緊密距公差和受螺紋橢圓度影響的緊密距相加取得，in；OV是測得的螺紋橢圓度，in；錐度是規(guī)定的螺紋錐度，in/in。

該公式中的緊密距公差是標(biāo)準(zhǔn)6.1.10中表28規(guī)定的緊密距公差，是針對螺紋不存在橢圓的情況下的公差，即平均頂徑對應(yīng)的緊密距公差。從平均頂徑的定義可以得到公式(2)。將公式(2)對應(yīng)的徑向尺寸換算到螺紋軸線上，即可得到公式(1)。受螺紋橢圓度影響，緊密距值增大。最小緊密距值不受影響。

螺紋最大頂徑=平均頂徑+螺紋橢圓度OV/2

(2)

為方便標(biāo)準(zhǔn)使用者直接查閱，標(biāo)準(zhǔn)中表25為計算出的各規(guī)格套管最大橢圓度要求，同時標(biāo)準(zhǔn)中表26、表27給出了外螺紋橢圓度對應(yīng)的最大允許緊密距值。以常見的139.70×7.72 mmLC為例計算最大允許緊密距。t≥0.275 in，管子允許的最大橢圓度為0.017 in，最大緊密距可達6.63 mm。最小緊密距仍為-3.18 mm，整個緊密距范圍可達9.81 mm，范圍較大。因此建議生產(chǎn)企業(yè)先按照標(biāo)準(zhǔn)6.1.10給出的緊密距公差要求進行控制，如果單根管子緊密距超上差，在工廠切頭重新加工；在現(xiàn)場考慮橢圓度影響帶來的附加公差，看是否合格。標(biāo)準(zhǔn)中表26、27均標(biāo)明對外螺紋適用，用注釋的方式說明內(nèi)螺紋緊密距不隨螺紋橢圓的變化而變化。這一點顯然不合常理，API已經(jīng)在著手修訂這兩個表格，增加螺紋橢圓對接箍內(nèi)螺紋的影響。

3.5 偏梯形螺紋槽寬通/止量規(guī)要求

標(biāo)準(zhǔn)在第4章偏梯形螺紋公差表中增加了對偏梯形牙型厚度的公差要求。標(biāo)準(zhǔn)5.7偏梯形單表牙型量規(guī)中對螺紋牙形量規(guī)分為在牙底測量(規(guī)格4～13)和牙頂測量(規(guī)格不小于16)2種方式。標(biāo)準(zhǔn)中新增了偏梯形螺紋槽寬通/止量規(guī)，如圖3所示，但是未能給出量規(guī)的公差。

圖3 偏梯形螺紋牙槽寬通/止量規(guī)

4 API Spec 5B的錯誤、缺陷和修改建議

由于該版標(biāo)準(zhǔn)新增內(nèi)容較多，變化較大，其中的差錯，缺陷、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤讲簧?，給標(biāo)準(zhǔn)的使用者帶來不少困惑，標(biāo)準(zhǔn)使用者在使用標(biāo)準(zhǔn)時要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的勘誤1，更正標(biāo)準(zhǔn)中錯誤內(nèi)容后再使用，以免造成不必要的經(jīng)濟損失。標(biāo)準(zhǔn)勘誤1中就標(biāo)準(zhǔn)中的絕大部分錯誤進行了更正，但仍有部分不完善的地方，現(xiàn)整理匯總，同時給出修改建議，詳見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)中的錯誤及缺陷

5 對16版標(biāo)準(zhǔn)實施的應(yīng)對措施

16版5B標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，受到油套管生產(chǎn)企業(yè)、油田用戶、量具制造企業(yè)、質(zhì)量檢驗機構(gòu)的廣泛關(guān)注，各方應(yīng)在配備新版5B標(biāo)準(zhǔn)后通過人員培訓(xùn)，交流學(xué)習(xí)的方式準(zhǔn)確理解標(biāo)準(zhǔn)，掌握新增量具的使用方法，嚴(yán)格執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。面對新增的檢驗項目，相關(guān)方應(yīng)當(dāng)盡快購置符合標(biāo)準(zhǔn)要求的量具，及時更新檢驗工藝卡、檢驗記錄。增加新檢驗項目后勢必導(dǎo)致檢驗效率的降低，如何結(jié)合自身實際，制定合理的檢驗比例、進行檢驗，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量。對于標(biāo)準(zhǔn)新增的螺紋牙頂高測量儀、頂徑測量儀、偏梯形螺紋槽寬通止量規(guī)、牙頂高校對塊、頂徑校對塊/桿、圓螺紋牙型高度校對塊新增的MOW校準(zhǔn)項目如何進行校準(zhǔn)，并確保校準(zhǔn)精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，校準(zhǔn)機構(gòu)也應(yīng)進行充分考慮，制定切實可行的校準(zhǔn)方法。

6 結(jié) 論

1)第16版和15版相比較，主要技術(shù)內(nèi)容存在一定差異，對圓螺紋牙型高度公差，牙型高度校對塊的V型槽牙底圓弧/削平尺寸進行了修改。

2)API Spec 5B增加螺紋牙頂高、螺紋頂徑、螺紋橢圓度等檢測項目，考慮橢圓度對緊密距的影響，用有利于進一步從嚴(yán)控制產(chǎn)品質(zhì)量，但會導(dǎo)致檢驗效率降低。

3)API Spec 5B存在一些錯誤和缺陷，本文予以指出，并給出了相應(yīng)的修改建議。標(biāo)準(zhǔn)使用者應(yīng)當(dāng)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)勘誤1更正標(biāo)準(zhǔn)中的錯誤后正確使用標(biāo)準(zhǔn)。

4)API Spec 5B工作組后續(xù)會對各方反饋的修改建議持續(xù)對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容進行完善，API可能還會發(fā)布相關(guān)的勘誤，請標(biāo)準(zhǔn)使用者密切關(guān)注。