API SPEC 71 旋转钻柱构件规范中.docx
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APISPEC71旋转钻柱构件规范中
旋转钻柱构件规范
ANSI/APISpec7-1
2006.3第1版
（含2007年3月修订内容）
ISO10424-1：
2004（修订）
石油天然气工业-旋转钻井设备第一卷：
旋转钻柱构件
特别声明
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出版者联系地址：
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版权所有©2005美国石油学会
API前言
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通常，API标准至少每五年进行一次复审，并进行修订、重新确认或撤销。
有时，这个复审周期可延长一次，最多两年。
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API每年出版一次出版物和资料目录，半年修订一次，并可通过全球工程文件（GlobalEngeeringDocuments,15InvernessWayEast,M/SC303B,Englewood,CO80112-5776）获得。
本技术规范的生效日期印刷在封面，但自发布之日起，可自愿采用。
这里采用参考标准可以被满足或超越该参考标准要求的其它国际国家标准替代。
欢迎提出修改意见，并请提交美国石油学会标准化管理者（1220LStreet,NW.,Washington,DC.20005,*****************）。
这份美国国家标准由API钻柱构件分委员会管辖。
本标准被ISO10424-1：
2004英文版等同采用。
ISO10424-1是由ISO/TC67/SC4“钻井与生产”技术委员会制订。
本标准采用ISO10424-1，并且代替部分API规范7第40版“旋转钻柱构件规范”。
API规范7补充移去下列产品，现为本标准涵盖：
上部和下部方钻杆旋塞阀
四方钻杆和六方钻杆
钻柱短接
钻铤
钻井钻头和取心钻头
加重钻杆（补充1：
2007新增内容）
不久将来，“钻杆接头、旋转台肩式连接、测量”等还保留在API规范7中的内容将转至ISO标准。
要做的工作是将“钻杆接头”转至ISO11961/API规范5D，“旋转台肩式连接、测量”转至ISO10424-2。
旋转钻柱构件规范
11 范围
ISO10424标准本部分规定了下述钻柱构件的要求：
上下方钻杆旋塞阀、四方和六方方钻杆、钻柱短接、标准钢制和无磁钻铤、钻井及取心钻头、加重钻杆。
ISO10424标准本部分不适用于钻杆、钻杆接头，旋转台肩式螺纹连接的设计、螺纹测量方法和基准量规、校对量规、工作量规。
ISO10424标准本部分适用的构件见图1：
典型的钻柱装配示意图。
12 一致性
12.1 测量单位
在本标准中，数据的表示同时使用国际单位制（SI）和美国惯用制（USC）。
对于一个特定订货条款，仅指定使用一种单位制，数据的表示不能混用其他单位制。
按照本标准所采用的两种单位制表示的加工产品应视为等效的和完全互换的。
因此，符合本标准一种单位制表示的也符合另一种单位制。
用国际单位制表示的数据，采用小数点分隔小数，采用空格分隔千分位。
用美国惯用制表示的数据，采用小数点分隔小数，采用空格分隔千分位。
在正文中，国际单位制表示的数据，其后括号中的为美国惯用制表示的数据。
12.2 表和插图
国际单位制数据表和美国惯用制数据表是分开的。
国际单位制数据表在正文中给出，美国惯用制数据表在附录A中给出。
对于一个特定订货条款，仅使用一种单位制。
本文条款中的插图涉及的特定产品，其数据的表示同时采用两种单位制。
a）钻柱上部装配件
b）钻柱下部装配件
图例
1钻头
7外螺纹钻杆接头
13方钻杆驱动部分
2旋转台肩式外螺纹连接
8钻杆
14方钻杆上加厚端
3旋转台肩式内螺纹连接
9内螺纹钻杆接头
15方钻杆上端阀
4钻头短接
10橡胶护箍
16水龙头短接
5钻铤
11方钻杆下端阀或方钻杆保护短接
17水龙头中心管
6转换短接
12方钻杆下加厚端
18水龙头
注：
a水龙头要求见ISO13535
b钻杆与钻杆焊接接头见ISO11961
1．就a而言，APISPEC8A及APISPEC8C等效于ISO13535
2．就b而言，APISPEC5D及APISPEC7等效于ISO11961
3．方钻杆下加厚端以下的连接均为右旋
4．方钻杆上加厚端以上的连接均为左旋
图1 典型的钻柱装配图
13
参考标准
ISO
ISO148钢——夏比冲击试验（V型缺口）
ISO3452无损检测——渗透检验——通用规则
ISO6506-1金属材料——布氏硬度试验——第一部分：
试验方法
ISO6892金属材料——室温拉伸试验
ISO9303承压无缝和焊缝钢管（不包括埋弧焊管）——纵向缺欠全管体超声波检测
ISO9934-1无损检测——磁粉检验——通用规则
ISO9712无损检测——人员资质鉴定
ISO13665承压无缝和焊缝钢管——表面缺欠的磁粉检验
ISO15156-1石油天然气工业——油气开采中用于含H2S环境材料的使用——第一部分：
选择抗H2S应力开裂材料的通用规则
ISO15156-2石油天然气工业——油气开采中用于含H2S环境材料的使用——第二部分：
碳钢、低合金钢和铸铁的抗H2S应力开裂
ISO15156-3石油天然气工业——油气开采中用于含H2S环境材料的使用——第三部分：
抗H2S应力开裂的CRAs（耐腐蚀合金）及其它合金
API
RP7G钻柱设计和操作限制的推荐作法
Spec7旋转钻柱构件规范
ASTM
A262检测奥氏体不锈钢晶间裂纹敏感性的标准作法
A434钢棒，合金，热锻轧或冷拔的淬火和回火规范
E587使用超声波接触法倾斜入射检测的标准规程
14 术语、定义、符号和缩略语
14.1 术语、定义
下列术语和定义适用于ISO10424标准本部分
14.1.1 波幅（amplitude）
A-扫描接收到的特定信号的高度，通过基基面对波峰或波峰对波峰来测量。
14.1.2 A-扫描显示（A-scandisplay）
是一种超声波探伤仪波形显示，它的接收信号显示为相对于水平时间轨迹扫描的一个垂直高度或脉冲，两个信号的水平距离代表了材料上产生信号的两个状况的距离在扫查时所需的时间。
14.1.3 回波（backreflection）
接收信号来自物体测试表面相背的面。
14.1.4 倒角直径（beveldiameter）
旋转台肩连接的接触面外径。
14.1.5 钻头短接（bitsub）
一种短接，通常两端为内螺纹连接，用于连接钻头与钻柱。
14.1.6 内螺纹连接（boxconnection）
一个具有内螺纹的石油专用管构件（OCTG）的螺纹连接。
14.1.7 弯曲强度系数（bendingstrengthratio,BSR）
旋转台肩式连接的内螺纹连接某一截面模数与外螺纹连接某一截面模数的比。
对于内螺纹连接，该截面为机紧后外螺纹端面所能到达的位置。
对于外螺纹连接，该截面为机紧后最后一牙啮合螺纹。
14.1.8 校正系统（calibrationsystem）
一个有资质的量规校准和控制系统。
14.1.9 冷加工（coldworking）
在某一足够低的温度下金属的塑性变形，使材料产生永久应变。
14.1.10 脱碳作用（decarburization）
因加热使介质与金属表面的碳元素反应而导致铁合金表面碳的损失。
14.1.11 缺陷深度的确定（Depthprove-up）
打磨出贯穿表面破损指示的窄槽，直至指示的底部，然后比照接收的准则，用深度计测量该指示的深度。
14.1.12 通径规（drift）
用来检查副管、出油（采气）管、管子短接、油管、套管、钻杆和钻铤的最小内径的量规。
14.1.13 钻铤（drillcollar）
给钻头提供集中重力和稳定性（刚度）的厚壁管子。
14.1.14 钻杆（drillpipe）
通常是钢制的一节管子，它带有特殊的被称作钻杆接头的螺纹连接端。
14.1.15 锻造（forg，v）
通常在热态下施加压缩力，有或没有模具，使之产生塑性变形而达到要求的形状；
14.1.16 锻造件（forging,n）
由锻压方法锻制的成型金属部件。
14.1.17 全牙高螺纹（fulldepththread）
一种螺纹牙底位于外螺纹的小径圆锥上或位于内螺纹的大径圆锥上的螺纹。
14.1.18 基准面（点）（gaugepoint）
在外螺纹上垂直于螺纹轴线的一个假设的平面，在这个平面上基面中径等于表25的第5列所示的值。
注：
基准面位于距台肩面15.9mm（0.625in）的螺纹处
14.1.19 气密封（gas-tight）
在规定的压力下和规定的保压时间内，保持气体不泄漏。
14.1.20 炉（heat,n）
金属生产的一炉熔炼过程的单一循环
14.1.21 防H2S阀内件（H2Strim）
除了阀体的外壳，所有组件在H2S服役条件下，应满足ISO15156-2和ISO15156-3要求。
注：
就本条款而言，NACEMR0175等同于ISO15156-2和ISO15156-3
14.1.22 方钻杆（kelly）
连接水龙头和钻杆的四方型或六方型的钢管，方钻杆通过转台的转动将扭矩传递给钻柱。
14.1.23 方钻杆保护短接（Kellysaversub）
一种短接，它位于方钻杆的底部端，以防止方钻杆的外螺纹在反复上卸操作过程中的磨损。
14.1.24 代号（label）
旋转台肩式连接规格和类型的一个无量纲的代码
14.1.25 内螺纹有效长度（lengthofboxthread，LBT）
在内螺纹上从旋紧台肩至全牙高螺纹最后一牙非啮合牙侧和牙顶的交点所测得的螺纹长度。
14.1.26 批（lot）
具有相同公称尺寸来自单一熔炼炉的钢材，是随后相同连续热处理作业的一部分。
14.1.27 低应力钢字模（low-stresssteelstamps）
在打钢印标志的表面不产生任何尖锐突起的钢字模
14.1.28 方钻杆下端阀〖方钻杆旋塞阀〗（lowerKellyvalve，Kellycock）
一个基本上全开启的阀门，安装在方钻杆的紧下方，外径等于钻杆接头的外径。
阀门在带压状态下能够关闭以拆卸方钻杆，阀门在不压井起下作业（强行起下钻）时也能够防喷下钻。
14.1.29 连接台肩（make-upshoulder）
一个旋转台肩式连接上的密封台肩。
14.1.30 内螺纹非承压牙侧面（non-pressureflank-box）
连接螺纹机紧旋合时或钻柱构件在拉伸载荷时，不产生轴向负荷的螺纹牙侧面。
对于内螺纹，它是靠近连接台肩面的螺纹牙侧面。
14.1.31 外螺纹非承压牙侧面（non-pressureflank-pin）
连接螺纹机紧旋合时或钻柱构件在拉伸载荷时，不产生轴向负荷的螺纹牙侧面。
对于外螺纹，它是远离连接台肩面的螺纹牙侧面；
14.1.32 不圆度（out-of-roundness）
棒材或管材最大直径和最小直径的差，测量时位于同一截面，它不包括8.1.4所列表面修整的公差。
14.1.33 外螺纹连接（pinend）
螺纹连接的外螺纹（公螺纹）部分。
14.1.34 淬火（processofquenching）
首先奥氏体化，然后迅速冷却以保证部分或全部的奥氏体转化为马氏体。
硬化铁基合金
14.1.35 回火（processoftempering）
回火——再加热一个铁基合金的淬硬件或正火件至转变温度以下，然后以任何所希望的速率冷却。
14.1.36 参考尺寸（referencedimension）
由两个或更多的其它尺寸计算而得的尺寸。
14.1.37 旋转台肩式连接（rotaryshoulderedconnection）
一个使用在钻具上的结构，它具有粗牙锥螺纹和密封台肩。
14.1.38 应力释放结构（stress-relieffeature）
在旋转台肩式连接上加工的一个结构，它去除了不参与啮合的外螺纹或内螺纹，这一过程使得接头更牢固并减小了在这高应力区的疲劳断裂的可能。
14.1.39 短接（sub）
两连接端为不同旋转台肩连接的短钻柱构件，它是为了连接不同钻柱构件。
14.1.40 水龙头（swivel）
钻柱系统顶部的装置，它可以同时循环和旋转。
14.1.41 抗拉强度（tensilestrength）
材料能够承受的最大拉伸应力。
抗拉强度是通过破坏性强度试验的最大负荷和试样原始的横截面来计算的。
14.1.42 抗伸试验（tensiletest）
在轴向载荷下确定材料特性能的力学性能试验。
14.1.43 试验压力（testpressure）
用于证实压力容器结构完整性的高于工作压力的压力。
14.1.44 螺纹牙型（threadform）
在轴截面上一个螺距长度的螺纹轮廓形状。
14.1.45 公差（to1erance）
允许变化的量。
14.1.46 钻杆接头（tooljoint）
钻杆的一种厚壁连接元件，它具有粗牙锥螺纹和密封台肩结构。
14.1.47 方钻杆上端阀〖方钻杆旋塞阀〗（upperKellyvalve，Kellycock）
一个安装在方钻杆紧上方的阀门，它能关闭以限制钻柱内的压力。
14.1.48 工作压力（workingpressure）
在正常操作期间向设备的特定部件施加的压力。
14.1.49 工作温度（workingtemperature）
在正常操作期间向设备的特定部件作用的温度。
14.2 符号和缩略语
D
外径
outsidediameter
DBP
隔板（折流板）凹槽直径
diameterbaffleplaterecess
Dc
对角宽，锻造方钻杆
distanceacrosscorners,forgedkellys
Dcc
对角宽，机制方钻杆
distanceacrosscorners,machinedkellys
DF
倒角直径
beveldiameter
DFL
方钻杆对边宽
distanceacrossflatsonkellys
DFR
浮阀凹槽直径
diameterfloatvalverecess
DE
吊卡环形槽直径
diameterelevatorgroove
DL
提升台肩外径
outsidediameterliftshoulder
DLR
方钻杆下端加厚直径
outsidediameter,kellylowerupset
DP
提升短节凹颈部位直径（吊卡凹槽直径）
elevatorrecessdiameter
DR
外径，减径部分
outsidediameter,reducedsection
DS
卡瓦环形槽直径
diameterslipgroove
DU
方钻杆上端加厚直径
outsidediameter,upperkellyupperupset
d
内径
insidediameter
db
内倒角直径
insidebevel
L
总长
overalllength
LD
方钻杆驱动部分长度
lengthkellydrivesection
LFV
悬浮阀安装长度
lengthfloatvalveassembly
LG
方钻杆套筒量规最小长度
minimumlengthkellysleevegauge
LL
方钻杆下端加厚长度
lowerupsetlengthkellys
LR
浮阀凹槽长度
depthoffloatvalverecess
LU
方钻杆上端加厚长度
upperupsetlengthkellys
lE
吊卡环形凹槽深度
elevatorgrooverecessdepth
lS
卡瓦环形凹槽深度
sliprecessgroovedepth
R
半径
radius
Rc
锻造方钻杆圆角半径
cornerradiusforgedkelly
Rcc
机制方钻杆圆角半径
cornerradiusmachinedkelly
RH
六方钻杆套筒规内圆角最大半径
maximumfilletradiushexagonalkellysleevegauge
RS
四方钻杆套筒规内圆角最大半径
maximumfilletradiussquarekellysleevegauge
T
隔板凹槽直径——同DBP
diameterofbaffleplaterecess
t
最小壁厚
minimumwallthickness
∠α
吊卡环形槽退刀角
angleofrun-outofelevatorrecess
∠β
卡瓦环形槽退刀角
angleofrun-outofsliprecess
AMMT
美国小直径工作管型螺纹设计
Americanmacaronitubingstyleofthreaddesign
AMT
美国小直径工作管型螺纹简化替代设计
alternativeabbreviationfortheAmericanmacaroni
tubingstyleofthreaddesign
BSR
弯曲强度系数
bendingstrengthratio
dB
分贝
decibel
FH
API贯眼型螺纹设计
APIfull-holestyleofthreaddesign
HBW
布氏硬度
Brinellhardness
LH
左旋
lefthand
MT
磁粉检验
magneticparticletesting
MT
小直径工作管型螺纹设计
macaronitubingstyleofthreaddesign
NC
API数字型螺纹设计
APInumberstyleofthreaddesign
NDT
无损检测
non-destructivetesting
PT
液体渗透检验
liquidpenetranttesting
REG
API正规型型螺纹设计
APIregularstyleofthreaddesign
RH
右旋
righthand
UT
超声波检验
ultrasonictesting
15 上部和下部方钻杆旋塞阀
15.1 总则
ISO10424标准本部分规定了上部和下部方钻杆旋塞阀的设计、材料、检验和试验最低的要求。
本标准还适用于顶部驱动钻井系统的钻柱安全阀。
ISO10424标准本部分适用于正常工况（H2S介质条件按指定附加要求，见5.7款）条件下，额定工作压力为34.5～103.5MPa（5000～15000psi）范围的所有尺寸的阀门。
阀体的额定工作温度值为-4℉（-20℃）以上，密封系统元件可以有其它温度的限制。
15.2 设计准则
15.2.1 总则
对于按ISO10424标准本部分生产制造的每种类型的阀门，制造厂应以文件形式规定其设计准则和分析方法。
这一文件应包括以最低性能材料制成的阀体，在最初发生的材料屈服时所承受的载荷条件和在综合负荷作用下的公差范围，包括内压强度和扭矩。
阀体材料屈服负荷条件应以表格化的形式予以说明，设计屈服的最小安全系数应为表1中的壳体试验压力1.0倍。
由于阀门存在疲劳寿命，载荷条件需要监测以确保它们保持良好的，低于制造商提供的阀体屈服强度的条件。
低的疲劳载荷（疲劳不会累积）将取决于服役条件，主要决定于阀门接触的流体的温度和腐蚀性。
表1 液压试验压力
最大工作压力额定值
MPa
静液压壳体试验压力（仅用于新阀门）
MPa
34.5
68.9
68.9
103.4
103.4
155.1
15.2.2 材料要求
对材料没有其他特殊要求的场合，按ISO10424标准本部分提供的设备材料可根据适用性变化，但须满足制造商的书面规范。
制造商的书面规范应明确以下内容：
a）化学成分极限
b）热处理条件
c）下列力学性能极限
1）抗拉强度
2）屈服强度
3）延伸率
4）硬度
阀门的最低力学性能应符合第8节规定的钻铤的材料要求。
注：
力学性能应由符合ASTMA370要求制作圆棒拉伸试样和进行0.2%变形的试验方法来确定。
15.2.3 冲击强度
15.2.3.1 试样
每一熔炼炉∕热处理批取三个纵向冲击试样，按照ISO148进行试验。
评定试棒可取自所代表的零部件的整体，或是产品的一部分。
在任何情况下，试棒应与其评定的零部件材料来自同一炉号，且应与该零部件一起进行热处理。
注：
对于本条款而言，ASTMA370和ASTME23等效于ISO148。
试样应从整体或分离的评定试棒上截取。
试样截取时
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