計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

（天津鋼管集團股份有限公司，天津，300301）

計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

（天津鋼管集團股份有限公司，天津，300301）

介紹了API標準中關于石油套管螺紋接頭em的計算公式。基于此理念，引導出計算石油套管特殊螺紋接頭em值的計算公式，并給予解析說明。應用計算機機械制圖法，詳細給出了計算em的簡單、便捷的一種新方法。該特殊螺紋接頭值em的計算求法適用于石油套管行業特殊螺紋接頭的生產應用，可供參考使用。

石油套管；特殊螺紋接頭；計算機；機械；制圖法

1 引言

套管和油管的生產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）的質量是否符合API SPEC 5CT的質量公差要求，API SPEC 5CT給出了質量計算公式[1]：WL=Wpe×Lef+km×em，其中em是由于端部加工而引起的質量增加或減少，kg（lb）。因此，要計算出em才能實現鋼管稱重要求。在API SPEC 5CT中給出了每一種端部加工形式的API規格的em值。而特殊螺紋接頭是各個生產廠家自主設計的，API標準中沒有，所以需要計算em值。截至目前，針對特殊螺紋還沒有公開并且統一的計算方法。

針對這種情況，我們先對API標準的計算公式做簡要解析，再引導出計算石油套管特殊螺紋接頭值的一種新方法。

2 API標準中em計算公式

2.1 em的計算公式

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

圖1 API螺紋接頭配接箍管

2.2 計算公式的簡要解析

由API標準中的計算公式可見，主要包括以下3個方面。

2.2.1 鋼管缺失質量 kg（lb）

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

2.2.2 接箍質量kg（lb）

根據API Bul 5C311.8節計算。

2.2.3 兩管端螺紋加工時除去的質量kg（l b）

根據API Bul 5C311.9節計算。

(2)加強生產要素的自由流動和高效配置 行業龍頭企業、高等院校、研究機構、行業協會、金融機構等主體應深化合作，加快構建支撐融合發展的創新載體，集結創新資源，并探索建立資源交易的市場化運行機制，進一步促進數據資源、制造能力、行業知識的自由流動，改善資源配置效率，提升行業全要素生產率。

3 特殊螺紋接頭計算公式

3.1 特殊螺紋接頭em計算公式的引出

特殊螺紋接頭是各個生產廠家自己設計的，不同于API標準螺紋接頭，在API標準中并不包含，所以要計算出em值，才能完成鋼管稱重。基于API標準螺紋接頭計算em公式理念，我們可以引導出計算石油套管特殊螺紋接頭em值的計算公式，見圖2。

圖2 特殊螺紋接頭配接箍管

3.2 特殊螺紋接頭em計算公式的解析

同樣，對特殊螺紋接頭em的計算公式進行解析（在此，我們習慣用公制表示計量單位），主要包括以下3個方面。

3.2.1 鋼管缺失質量（kg）

在公式（2）中，em是由于端部加工而引起的質量增加或減少，kg；klsl是長度轉換系數，0.001；NL是接箍長度，mm，由特殊螺紋數據查出；LR是接箍機緊后管端至接箍中心的距離，mm，由特殊螺紋數據查出；Wpe是平端管質量，kg/m，由API SPEC 5CT計算或查出。

3.2.2 接箍質量（kg）

應用計算機機械作圖法計算。

應用計算機機械作圖法計算。

由于根據API Bul 5C3公式計算接箍質量和兩管端螺紋加工時除去的質量的工作量繁瑣（API Bul 5C3-2008里有詳細描述，這里筆者不再贅述），在此我們提出應用計算機機械制圖法這一新方法來計算值。

4 計算機機械制圖法解析

4.1 軸對稱旋轉體的質量求法

首先考慮特殊螺紋接頭的結構特點，將其按軸對稱問題處理。接頭的材料為低合金鋼，視為均勻的各向同性體，即具有均勻的質量分布。根據軸對稱環狀旋轉體的體積（縱向截面的重心的圓周長×縱向截面的面積）求法[3]：

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

根據：質量=密度×體積，可引用上述公式為：

式中：ec是旋轉體的質量，kg；ρ是材料密度，對于鋼材為7.8 5×10-6kg/mm3；V是旋轉體的體積；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軸的距離，由繪圖軟件直接查出。

4.2 計算機機械制圖法的計算步驟

應用計算機機械制圖法的計算步驟，主要分為以下3步。

4.2.1 計算機繪圖

繪制所旋轉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

應用計算機繪圖（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節中的接箍質量計算為例）。

4.2.3 公式計算

最后代入質量計算公式計算。

同理，3.2.3節提到的兩管端螺紋加工時除去的質量也可由上述方法計算出來。

綜上，相比較API標準計算的常規的公式方法，新方法的計算非常簡單、便捷。

5 結論

圖3 計算機繪圖軟件查詢畫面

圖4 計算機繪圖軟件查詢結果畫面

本文先通過對API標準em的計算公式進行簡要解析，基于它的理念，引導出計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單、便捷的新方法。可供同行技術工作者參考使用。需要提醒大家的是，在此計算是代入名義尺寸，實際上管料和接箍尺寸由于軋制和加工公差因素存在偏差，計算會存在一定誤差，但筆者認為這在工業應用上來說是允許的。

[1] 美國石油學會.API SPEC 5CT 9th Specification for Casing and Tubing[J].套管和油管規范，2012（1）：28.

[2] 美國石油學會.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算和公式通報，2008（12）：52-53.

[3] 楊振，竇龔偉.討論平面圖形的形心與其繞坐標軸旋轉的旋轉體體積的關系[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工作。