GB/T 34907-2017 稠油蒸汽热采井套管技术条件与适用性评价方法

　　ICS 75 . 180 . 10 E 92

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34907—2017

　　稠油蒸汽热采井套管技术条件与

　　适用性评价方法

　　Technicalspecificationsandfitnessforserviceevaluationmethodfor

　　thermalwellcasingundercyclicsteam stimulationprocess

　　2017-1 1-01 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34907—20 17

　　GB/T 34907—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本标准由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC 355)归口 。

　　本标准起草单位：中国石油集团石油管工程技术研究院、中国石油新疆油田分公司、中国石油辽河油田分公司、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司、衡阳华菱钢管有限责任公司、渤海装备有限责任公司。

　　本标准主要起草人：韩礼红、王航、李东风、王建军、潘志勇、方伟、谢斌、田志华、杨平阁、贺 占国、谢凯意、陈长青。

　　GB/T 34907—20 17

　　稠油蒸汽热采井套管技术条件与

　　适用性评价方法

　　1 范围

　　本标准规定了稠油蒸汽吞吐和蒸汽驱热采井套管材料技术要求、管端连接要求、适用性评价要求与方法。

　　本标准适用于国内稠油蒸汽热采井套管的选用与适用性评价，包括直井、定向井等主要井型，注蒸汽工况为井口蒸汽温度不高于 400 ℃、注汽压力不高于 35 MPa。 同时涵盖陆地及海上稠油蒸汽热采井作业环境。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 222 钢的成品化学成分允许偏差

　　GB/T 223 . 82 钢铁 氢含量的测定 惰气脉冲熔融热导法

　　GB/T 224 钢的脱碳层深度测定法

　　GB/T 228 . 1 金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法

　　GB/T 228 . 2 金属材料 拉伸试验 第 2 部分：高温试验方法

　　GB/T 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法

　　GB/T 230 . 1 金属材料 洛氏硬度试验 第 1 部分：试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 标尺)

　　GB/T 2039 金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法

　　GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱分析方法(常规法)

　　GB/T 5777 无缝钢管超声波探伤检验方法

　　GB/T 6394 金属平均晶粒度测定法

　　GB/T 9253 . 2 石油天然气工业 套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验

　　GB/T 10561 钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法

　　GB/T 11261 钢铁 氧含量的测定 脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法

　　GB/T 13298 金属显微组织检验方法

　　GB/T 13299 钢的显微组织检验方法

　　GB/T 15822 无损检测 磁粉检测

　　GB/T 17745 石油天然气工业 套管和油管的维护与使用

　　GB/T 18052 套管、油管和管线管螺纹的测量和检验方法

　　GB/T 19830—2017 石油天然气工业 油气井套管或油管用钢管

　　GB/T 20123 钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)

　　GB/T 20124 钢铁 氮含量的测定 惰性气体熔融热导法(常规方法)

　　GB/T 20657 石油天然气工业 套管、油管、钻杆和用作套管或油管的管线管性能公式及计算

　　GB/T 34907—20 17

　　GB/T 21267 石油天然气工业 套管及油管螺纹连接试验程序

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　外加厚 externalupset

　　在管体端部一定范围内的外径增大而内径保持不变的塑性变形工艺。

　　3.2

　　接箍 coupling

　　用于连接两根带外螺纹的套管并具有内螺纹的圆筒体。

　　3.3

　　螺纹连接 threadconnection

　　外螺纹管端和内螺纹接箍的连接组件。

　　3.4

　　现场端 fieldend

　　在钻井平台上进行上扣的接箍一端。

　　3.5

　　工厂端 millend

　　套管到达油田现场之前在工厂进行上扣的接箍一端。

　　3.6

　　试样 specimen

　　对于接箍连接的油、套管，一根试样是由一个接箍和两个外螺纹管段连接组成;对于无接箍连接的油、套管，一根试样由一个加工有外螺纹的管段和一个加工有内螺纹的管段连接组成。

　　3.7

　　泄漏 leakage

　　压力介质通过连接螺纹或管体从试样内到达试样外(内压)或从试样外到达试样内(外压)的现象。

　　3.8

　　堵头 plug

　　用来封堵试样两端的机械装置，其主要作用是密封试样。

　　3.9

　　粘扣 galling

　　金属材料接触表面在(螺纹)滑动或旋转过程中，发生冷焊而产生的撕裂现象。 轻微粘扣是指使用砂纸能够修复的粘扣，中度粘扣是指使用细纹锉刀和砂纸能够修复的粘扣，严重粘扣是指使用细纹锉刀和砂纸不能修复的粘扣。

　　3 . 10

　　工作压力 operationpressure

　　注蒸汽压力规定的试验压力，不得超过制造商对螺纹规定的耐压额定值。

　　3 . 1 1

　　工作温度 operationtemperature

　　井口注蒸汽温度规定的试验温度。

　　4 符号和代号

　　表 1 和表 2 中符号及代号适用于本文件。

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　　表 1 套管管体符号及代号

　　表 2 套管管端连接符号及代号

　　5 套管钢级与类型

　　5 . 1 钢级

　　按 ksi表征的最小屈服强度分级，本标准包括 65 ksi、80 ksi、90 ksi、110 ksi 四个钢级。 管体钢级代号为“最小屈服强度 +SH”,本标准规定钢级包括：65SH、80SH、90SH、110SH。

　　5 . 2 类型

　　依据管体与管端的材料性能和尺寸变化，套管可分为三种类型：

　　第一类，管体的几何尺寸及材料性能与管端相同，标识符号为“钢级”后加“- 1”;

　　第二类，管体的几何尺寸与管端相同，但材料性能(屈服及抗拉强度)低于管端，标识符号为“钢级”

　　后加“-2”;

　　第三类，管体与管端内径平齐，但后者外径采用加厚处理，管体材料性能与管端等同，其标识符号为

　　“钢级”后加“-3”。

　　6 套管管体

　　6 . 1 管体规格

　　稠油热采套管管体的规格同 GB/T 19830 规定。

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　　6 . 2 管体性能要求

　　6 . 2 . 1 制造工艺要求

　　6 . 2 . 1 . 1 制造方法

　　套管管体推荐由热轧无缝钢管制造。 若管端采用加厚处理时，应对管体+管端进行整体热处理，以保证整体管的组织均匀性。

　　6 . 2 . 1 . 2 热处理

　　套管管体的热处理工艺为“淬火+高温回火(Q&T)”。其中钢管内外表面脱碳层厚度不超过0 . 05 mm 。

　　6 . 2 . 1 . 3 材料

　　套管材料宜由 Cr-Mo 系低碳合金钢制造，采用纯净化技术处理。 按本标准供货的产品应含有至少一种晶粒细化元素，使钢的奥氏体晶粒细化。

　　6 . 2 . 1 . 4 矫直

　　产品宜选择热矫直工艺，矫直工艺应满足 GB/T 19830 规定。

　　6 . 2 . 2 化学成分要求

　　套管管体的化学成分推荐满足表 3 规定。

　　表 3 化学成分

　　6 . 2 . 3 拉伸性能要求

　　6 . 2 . 3 . 1 室温拉伸性能

　　室温下，套管管体的拉伸性能见表 4 所示。

　　表 4 室温下套管管体的拉伸性能

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　　6 . 2 . 3 . 2 高温拉伸性能

　　高温 350 ℃下，套管管体拉伸应力-应变曲线光滑，无明显屈服平台。 在不高于 400 ℃高温注蒸汽温度范围，同一批次套管管体材料的屈服强度、抗拉强度相比于室温：

　　a) 350 ℃以下，降低幅度应不大于 15% ;

　　b ) 350 ℃ ~400 ℃温度范围，降低幅度应不大于 20% 。

　　6 . 2 . 4 硬度

　　套管管体的硬度应符合表 5 规定。

　　表 5 套管管体硬度

　　6 . 2 . 5 夏比 V 型缺口吸收能

　　室温下，套管管体标准尺寸试样(10 mm×10 mm×55 mm) 的纵向冲击韧性应符合表 6 规定。

　　表 6 套管材料冲击功 单位为焦耳

　　6 . 2 . 6 晶粒度

　　套管管体材料的晶粒度应为 7 . 0 级以上。

　　6 . 2 . 7 非金属夹杂物

　　套管管体材料的非金属夹杂物应符合表 7 的规定。

　　表 7 夹杂物检验结果限定值

　　6 . 2 . 8 蠕变性能

　　高温 350℃下，套管管体材料的蠕变速率应不高于蠕变速率本构关系[式 (1)]所得的蠕变速率：

　　= 7.40 × 10-9 × 犲 + 1.95 × 10-6 ………………………( 1 )

　　6 . 2 . 9 无损检测

　　套管管体的无损检测应符合 GB/T 19830—2017 SR2 中 L2 检验等级标准要求，具体的检验等级要

　　GB/T 34907—20 17

　　求条款参照 GB/T 19830—2017 SR2 。

　　6 . 2 . 10 壁厚偏差

　　任一检验批套管，包括单根试样套管壁厚负偏差应不高于名义壁厚的 10%。

　　6 . 3 检验与试验

　　6 . 3 . 1 化学成分分析

　　化学分析试样应按 GB/T 222 试样采样法采样，试样方法按 GB/T 4336 进行，C 、S 元素应采用碳硫分析仪，按照 GB/T 20123 进行，O、N、H 元素应按照 GB/T 20124、GB/T 11261、GB/T 223 . 82 测试。

　　6 . 3 . 2 拉伸试验

　　拉伸试验应按照 GB/T 228 . 1、GB/T 228 . 2 进行室温和高温试验，记录应力-应变曲线。

　　管体及接箍应分别取 3 个试样进行拉伸试验，记录全部测量值，并取平均值为试验结果，单次试验值偏差应不大于 10%。

　　拉伸试验应采用纵向圆棒试样，在无法制备标准试样时，可以采用非标圆棒试样，标距长度应不低于 5 倍直径。 试验结果应标识试样直径和标距长度。 拉伸试样尺寸推荐值见表 8 。

　　6 . 3 . 3 硬度

　　硬度试验应按照 GB/T 19830 及 GB/T 230 . 1 规定进行。

　　表 8 拉伸试样尺寸推荐值

　　6 . 3 . 4 冲击试验

　　冲击试验试验应按照 GB/T 229 规定进行，冲击试样为纵向夏比 V 型缺口试样，测试温度为室温。试验应注明试验结果及全尺寸转换值。

　　6 . 3 . 5 晶粒度及夹杂物级别评定

　　晶粒度试样 应 在 垂 直 于 套 管 轴 向 取 样(即 套 管 管 体 横 截 面)，在 套 管 管 体 壁 厚 中 心 位 置 按 照GB/T 6394 规定评定晶粒度级别。

　　夹杂物评定试样应在套管轴向取样(即套管管体纵截面)。 非金属夹杂物检验按照 GB/T 10561进行。

　　微观组织类型及碳化物组织分布试验应沿套管及接箍轴向取样，按照 GB/T 13298 及 GB/T 13299及本标准规定进行。 脱碳层深度应取管体全横截面试样，按照 GB/T 224 执行。

　　6 . 3 . 6 蠕变试验

　　蠕变试验应按 GB/T 2039 规定进行。

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　　6 . 3 . 7 无损检测

　　无损检测按照 GB/T 5777、GB/T 15822 规定进行。

　　6 . 4 验收与复检

　　产品第一次检测若有不符合项，可以在同一检验批产品内随机抽取双倍数量的试样进行复检，复检通过则可判定合格，否则为不合格。 供货商对不合格产品重新处理后，应视为新产品进行检测。

　　6 . 5 标记及其他

　　6 . 5 . 1 标记

　　套管最终产品外表面上应按本标准规定进行钢级及管端类型标识。

　　标识位置、厂家及批次等产品溯源信息按照 GB/T 19830 要求标记。

　　6 . 5 . 2 其他

　　本标准未规定事项按 GB/T 19830 规定执行。

　　7 套管管端连接

　　7 . 1 规格

　　7 . 1 . 1 总则

　　管端加厚处理时，管端钢级与管体相同。 二次回火处理时，管端钢级高于管体，与接箍钢级相同。接箍与管体连接后，应保证整体套管为同一内径，管端、接箍内径与管体内平齐。 套管螺纹连接宜采用气密封型螺纹连接，由供货商和用户协商一致。

　　7 . 1 . 2 管端规格

　　套管管端规格同 GB/T 19830 规定，外径范围为 114.30 mm~244.48 mm;

　　对于二次热处理的管体，管端内径及外径均与管体相同，管端长度不小于 300 mm;

　　对于管端墩粗加厚的管体，管端外径增大，管端加厚后名义横截面积比管体增加 30%或 35%,管端规格和钢级见表 9,管端外加厚长度见表 10 。

　　表 9 外加厚管端规格和钢级

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　　表 9(续)

　　GB/T 34907—20 17

　　表 9(续)

　　GB/T 34907—20 17

　　表 9(续)

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　　表 9(续)

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　　表 10 套管外加厚管端长度

　　7 . 1 . 3 接箍规格

　　稠油蒸汽热采井套管采用接箍形式连接，接箍由无缝钢管加工制造，内径与管体相同。 套管和接箍连接结构见图 1,接箍部分尺寸见表 11 。

　　a)手紧 b)机紧

　　图 1 外加厚套管和接箍

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　　表 1 1 接箍尺寸和公差

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　　表 1 1(续)

　　GB/T 34907—20 17

　　表 1 1(续)

　　GB/T 34907—20 17

　　表 1 1(续)

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　　表 1 1(续)

　　7 . 2 结构型式

　　7 . 2 . 1 类型

　　热采井套管螺纹连接可选用两种连接型式：

　　a) 连接螺纹和 90°直角抗扭台肩结构设计;

　　b) 连接螺纹、金属接触主密封面及台肩辅助密封面结构设计。

　　7 . 2 . 2 螺纹

　　套管外螺纹和接箍内螺纹宜采用 API标准偏梯形螺纹，亦可采用改良的偏梯形螺纹。

　　7 . 2 . 3 密封面和台肩

　　密封面和台肩结构型式见表 12 和图 2 。

　　表 12 密封面和台肩型式

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　　a)直角台肩 b)球面对柱面 c)柱面对柱面 d)球面对锥面

　　图 2 密封面和台肩结构

　　7 . 2 . 4 结构型式选用

　　根据井口注汽压力的不同，推荐按表 13 选用不同的螺纹连接结构型式。

　　表 13 密封面和台肩结构型式选用

　　7 . 2 . 5 接箍定位槽

　　接箍上可加工测井时定位接箍位置的定位槽，结构及尺寸示意如图 3 。

　　a)直角台肩 b)逆向台肩

　　图 3 定位槽结构及尺寸

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　　7 . 3 技术要求

　　7 . 3 . 1 总则

　　对于第二类套管产品，管端连接须采用强度错配设计，即管端、接箍的屈服强度高于管体的抗拉强度，属于高强度匹配，保证热采服役过程中套管出现的塑性变形只发生在管体，管端与接箍连接部位始终处于弹性状态，实现螺纹连接的气密封完整性。

　　7 . 3 . 2 制造工艺要求

　　7 . 3 . 2 . 1 制造方法

　　加厚管端在整体热处理之前可通过机械加工的方式进行内径平齐化处理。 对管端加厚的套管应在加厚处理后进行整体热处理，以保证整根套管的组织均匀性。

　　7 . 3 . 2 . 2 热处理

　　套管管端、接箍采用“淬火+高温回火(Q&T)”。钢管内外表面脱碳层厚度不超过 0 . 05 mm。

　　7 . 3 . 3 化学成分

　　套管与接箍材料应为同一类型合金。

　　7 . 3 . 4 拉伸性能

　　7 . 3 . 4 . 1 室温拉伸性能

　　套管管端、接箍的室温拉伸性能应符合表 14 或表 15 规定。

　　表 14 一类和三类管端及接箍的室温拉伸性能

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　　表 15 二类管端及接箍的室温拉伸性能

　　7 . 3 . 4 . 2 高温拉伸性能

　　与套管管体材料高温拉伸性能要求相同。

　　7 . 3 . 5 硬度

　　套管管端及接箍材料的硬度应符合表 16 或表 17 规定。

　　表 16 具有-类、三类管端的套管硬度

　　表 17 具有二类管端的套管硬度

　　7 . 3 . 6 夏比 V 型缺口吸收能

　　套管管端和接箍材料标准试样的纵向冲击韧性应符合表 18 规定。

　　表 18 套管材料冲击韧性 单位为焦耳

　　7 . 3 . 7 晶粒度

　　套管管端和接箍材料的晶粒度应为 7 . 0 级以上。

　　7 . 3 . 8 非金属夹杂物

　　套管管端和接箍材料的非金属夹杂物应符合表 19 规定。

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　　表 19 夹杂物检验结果限定值

　　7 . 3 . 9 蠕变性能

　　高温 350 ℃下，套管管端及接头的蠕变性能与套管管体相同。

　　7 . 3 . 10 管端规格选择

　　套管管端规格需考虑套管柱与钻头、井眼及其他层管柱之间的间隙。

　　7 . 3 . 1 1 径偏差

　　任一检验批套管(包括单根试样)，其管端外径公差为 +3 . 18 mm~-0 . 75%犇1 ,同时管端最小外径应保证完整螺纹最小长度。

　　7 . 3 . 12 长度偏差

　　管端到加厚厚度开始减小处长度 犔eu 的公差是5 mm,管端到加厚厚度减小终止处长度 犔a 的公差是 0 mm。

　　7 . 3 . 13 外径不圆度

　　经过加厚的管端和未作加厚处理的管端外径不圆度不高于 0 . 50%。

　　外径不圆度由式(2)计算：

　　外径不圆度

　　式中：

　　犇max — 同一横截面上实测的最大外径值，单位为毫米(mm) ;

　　犇min — 同一横截面上实测的最小外径值，单位为毫米(mm) 。

　　7 . 3 . 14 接箍承载面宽度

　　接箍最小承载面宽度应满足表 11 要求，且能够安全承担下井时管柱的重量。

　　7 . 3 . 15 外观检查

　　内外螺纹接头密封面和台肩不允许有毛刺、腐蚀坑、台肩、微裂纹、折叠、损伤以及破坏表面连续性的凹痕、划痕、刀痕、磨痕等缺陷或缺欠，如果生产过程中或现场检测出这类缺陷或缺欠，不允许修复，需要报废处理。 密封面和台肩表面粗糙度 犚a 不高于 1 . 6 μm。

　　7 . 3 . 16 无损检测

　　套管螺纹连接部分和接箍螺纹连接部分应进行磁粉检验。 螺纹加工前的套管管端和接箍应按GB/T 5777 要求进行超声波无损检测。

　　7 . 3 . 17 螺纹参数检测

　　外螺纹参数检测项目包括：中径(或紧密距)、锥度、螺距偏差、螺纹牙型高度偏差、完整螺纹最小长

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　　度、密封直径偏差，内螺纹参数检测项目包括：中径(或紧密距)、锥度、螺距偏差、螺纹牙型高度偏差、接箍长度、密封直径偏差。

　　7 . 3 . 18 表面处理

　　接箍内螺纹表面处理采用镀铜或锰系磷化，表面层致密、均匀、光滑，无脱落现象，镀铜层厚度控制

　　在 0.007 mm~0.025 mm 范围内，磷化层厚度控制在 0.015 mm~0.03 mm 范围内。厂家宜提供用金相

　　方法检测得到的厚度和截面图检测报告，每个试样检测 3 个位置。

　　7 . 3 . 19 上扣扭矩

　　接箍现场端和工厂端应按规定的上扣位置和/或扭矩值进行上扣。 接箍现场端和工厂端应使用能控制扭矩大小的设备进行上扣，扭矩曲线应记录并保存。

　　7 . 3 . 20 实物性能

　　螺纹连接后的抗拉伸性能应满足 GB/T 20657 中套管管体和接头的轴向拉伸使用性能。

　　8 套管适用性评价

　　8 . 1 适用性评价流程

　　主要针对注热蒸汽工况(井口注蒸汽温度不高于 400℃,注蒸汽压力不高于 35 MPa),包括直井、定向井等主要井型，同时涵盖陆地及海上稠油热采井作业环境。 适用性评价试验流程如图 4 所示，其中

　　1 # -6 # , 1T-3T均为试样编号。

　　图 4 适用性评价试验流程

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　　8 . 2 试样的材料选择及加工检验

　　8 . 2 . 1 试样

　　8 . 2 . 1 . 1 试样的来源

　　试样应满足 6 . 2 管体性能要求。 试样选取采用随机抽样的方式进行，可以由制造商和用户送样，也可以由第三方到制造商或用户现场进行抽样，试样的来源方式应在报告中注明。

　　8 . 2 . 1 . 2 试样的数量与分组编号

　　所有试样均应进行分组，各组中所有试样均要进行编号。 编号是为了易于区别每个试样、同时也为了保证试验数据的正确对应。

　　8 . 2 . 2 试样的机加工

　　对于每个单独的试样，其长度应包括：

　　a) 要求 Lpj≥D+、/Dt(见图 5) ;

　　b ) 用于夹持和(或)塞堵的长度;

　　c) 对于第二类和第三类产品，全尺寸拉伸试样应由管体、管端及接箍连接而成。

　　说明：

　　1 — 夹持固定端;

　　2 — 应变片;

　　3 —应变片与接头间距离：≥3 、(应变片与夹持端距离：≥D+3 、);

　　4 — 外螺纹;

　　5 — 内螺纹。

　　a 试样编号。

　　b Lpj ：管体最小无支撑长度。

　　图 5 试样尺寸和无支撑长度示意图

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　　8 . 2 . 3 试样的检验与测量

　　8 . 2 . 3 . 1 几何尺寸

　　试验前测量试样的外径、壁厚、内径等几何尺寸，检验方法按 GB/T 19830 或技术协议规定的标准进行，在表中记录全部数据。

　　对于破坏性试验，试验前后应按要求测量试样的几何尺寸，并记录全部数据、测量项 目包括试样的外径、壁厚、长度等几何尺寸。

　　8 . 2 . 3 . 2 螺纹参数

　　主要包括锥度、螺距、齿高、密封直径等，检验方法按 GB/T 9253 . 2 及 GB/T 18052 或技术协议规定的标准进行，记录全部数据。

　　现场取样应提供现场螺纹检测数据，在试验过程中，根据需要可重新测量上述这些螺纹参数，并记录全部数据。

　　8 . 2 . 3 . 3 无损检验

　　对进行压力试验的试样进行超声波、磁粉或电磁检测中的一种或两种，检查其是否存在缺陷。

　　8 . 2 . 3 . 4 备用试样

　　所有用于试验的试样均应准备一定数量的备用试样，这些试样可用于预演试验、或用于替换正式试验中途失败的正式试样。

　　8 . 3 适用性评价技术要求

　　8 . 3 . 1 螺纹抗粘扣性能

　　按 GB/T 17745 规定或用户推荐的上扣位置和/或最大扭矩控制，完成三次上扣、两次卸扣，在上扣、卸扣过程中，管端外螺纹和接箍内螺纹均不能出现粘扣现象，其中高强度匹配管端的长度应不小于300 mm。

　　8 . 3 . 2 全尺寸套管实物性能

　　8 . 3 . 2 . 1 拉伸至失效断裂强度

　　由于管体与管端+接箍采用强度错配设计，即管端+接箍的屈服强度高于管体的抗拉强度。 因而，拉伸至失效试样的断裂位置应出现在管体上，管端-接箍连接部位结构保持完整。 同时，管体的屈服强度应达到 GB/T 20657 中套管管体轴向拉伸性能要求，满足钻完井过程套管强度安全要求。

　　8 . 3 . 2 . 2 抗挤强度

　　均匀分布外载作用下，套管管体外压挤毁抗力达到 GB/T 20657 中套管抗挤强度，满足钻完井下套管过程中强度安全要求。

　　8 . 3 . 2 . 3 抗内压强度

　　套管的内压强度首先满足 GB/T 20657 中套管内压屈服强度;其次，满足蒸汽吞吐热采井套管注入蒸汽压力要求，结构保持完整，不发生开裂损伤。

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　　8 . 3 . 3 接头气密封性能

　　8 . 3 . 3 . 1 内压保载下气密封

　　蒸汽热采工况工作压力下，保持压力过程中套管螺纹连接密封完整，不发生泄漏。

　　8 . 3 . 3 . 2 恒位移约束下套管热应力载荷测试

　　恒位移约束下(即保持套管试样两端相对位移不变)，模拟注蒸汽-焖井-采油过程中的温度变化。测试得到压缩-拉伸载荷，按照 GB/T 20657 计算压缩应力-拉伸应力，作为蒸汽吞吐热采工况下载荷循环气密封性能评价的热应力参数依据。

　　8 . 3 . 3 . 3 载荷循环气密封

　　8 . 3 . 3 . 3 . 1 室温、直井井型、工作压力下，拉伸-压缩载荷循环至少 10 周次，峰值载荷下保持 5 min。 要求载荷循环过程中套管柱内压稳定，螺纹连接密封完整，不发生气体泄漏;同时，套管柱结构完整，无明显失效现象。

　　8 . 3 . 3 . 3 . 2 室温、定向井井型(12°/30 m)、注蒸汽压力内压下，拉伸-压缩载荷循环至少 10 周次，峰值载荷下保持 5 min。 要求弯曲加载下，载荷循环过程中套管柱内压稳定，螺纹连接密封完整，不发生气体泄漏;同时，套管柱结构完整，无明显失效现象。

　　8 . 3 . 3 . 4 恒位移约束下温度循环气密封

　　8 . 3 . 3 . 4 . 1 直井井型、套管两端轴向位移恒定、注蒸汽压力内压下，20 ℃ ~350 ℃温度循环至少 10 周次(降温到 100 ℃即可再次升温)，最高温度 350 ℃下保持 5 min。 要求温度循环过程中套管柱内压稳定，螺纹连接密封完整，不发生气体泄漏;同时，套管柱结构完整，无明显失效现象。

　　8 . 3 . 3 . 4 . 2 定向井(12°/30 m)、套管两端轴向位移恒定、注蒸汽压力内压下，20 ℃ ~350 ℃温度循环至少 10 周次(降温到 100 ℃即可再次升温)，最高温度 350 ℃下保持 5 min。 要求弯曲加载下，温度循环过程中套管柱内压稳定，螺纹连接密封完整，不发生气体泄漏;同时，套管柱结构完整，无明显失效现象。

　　8 . 4 适用性评价试验

　　8 . 4 . 1 上卸扣试验

　　8 . 4 . 1 . 1 总则

　　按照 GB/T 17745 和 GB/T 21267 中相关操作规定，要求如 8.4.1.1~8.4.1.5。

　　8 . 4 . 1 . 2 试验机

　　上、卸扣试验的试验机系统应带有扭矩测试仪、圈数测试仪、扭矩到位自动控制阀，同时能自动采集并记录上扣扭矩、上扣圈数及上扣时间等参数，并能显示扭矩-圈数及扭矩-时间曲线。 试验机整机及所用的载荷传感器、压力传感器等计量器具，应经过有试验机及传感器检定资格的部门进行检定和校准，检定或校准周期不应超过一年，标定或校准载荷范围内相对误差不应超过 ±1 . 0%。

　　8 . 4 . 1 . 3 螺纹脂

　　上扣使用的螺纹脂由制造商或用户推荐。 应由制造商按质量给出涂抹的最多量和最少量，或者由制造商提供涂抹螺纹脂的图片和详细说明。 如果认为螺纹性能不受涂抹的影响，应予以说明。 每次上扣前均应彻底清洗螺纹，并称出每个螺纹上应涂抹的螺纹脂量。 按最大扭矩控制上扣的螺纹，应涂抹最

　　GB/T 34907—20 17

　　多量的螺纹脂;按最小扭矩控制上扣的螺纹，应涂抹最少量的螺纹脂。 每次卸扣后，应重新清洗内、外螺纹 。 同批试验的所有试样应使用同一种螺纹脂。

　　8 . 4 . 1 . 4 扭矩和速度的确定

　　对于符合 GB/T 19830 的偏梯形螺纹套管，如果制造商推荐上扣扭矩，则最大扭矩、最佳扭矩和最小扭矩按制造商推荐的扭矩确定。 如果未推荐，则按三角形标记位置确定。 对于特殊螺纹套管，最大扭矩、最佳扭矩和最小扭矩应按制造商推荐的扭矩确定。 对于各试样每次上扣，应按规定的扭矩大小控制上扣。 对于规定的最大扭矩，可接受最大或更大的扭矩;对于规定最小扭矩，可接受最小或更小的扭矩。如果实际扭矩在最大或最小扭矩之间，则应卸开螺纹重新施加扭矩上扣。 上扣速度应按制造商或用户的推荐值，但最快不应超过 25 r/min。

　　8 . 1 . 1 . 5 上扣方式

　　推荐使用垂直上扣方式进行上卸扣试验。 对于接箍连接试样，一般不应采用浮动上扣方式，即应采用每端分别上扣方式。 对于需要应变测量的上卸扣试验，则可采用浮动上扣方式。 夹具夹持接箍的位置应尽量夹在不上扣一端，避免夹持对上扣产生不良影响。

　　8 . 4 . 2 全尺寸套管的实物性能试验

　　8 . 4 . 2 . 1 拉伸至失效试验

　　在复合加载试验系统上进行，依据有关规定进行拉伸至失效试验。 对试样施加轴向拉伸加载，拉伸至失效破坏。 拉伸过程中记录拉伸位移-载荷曲线。 失效断裂应出现在套管管体上，管端-接箍之间的连接部位结构完整，同时管体断口位置附近有一定程度的颈缩现象。 拉伸强度安全系数不低于 1 . 2,安全系数为拉伸强度试验值与强度标准值比值，其中，强度计算值是根据套管管体和接箍实测尺寸及性能参数，引用 GB/T 20657 中公式计算。 分别记录每次试验的结果。 对拉断部位拍照，明确断裂部位。

　　8 . 4 . 2 . 2 外压挤毁至失效试验

　　在复合挤毁试验系统上进行，依据规定进行外压挤毁试验。 外压至失效试验应按下列步骤及要求进行。 首先，套管管端采用堵头焊接封堵，在室温下采用液体水加压，之后对试样施加均匀外压直至挤毁失效，管体压扁或连接部位出现泄漏即为失效。

　　8 . 4 . 2 . 3 内压至失效试验

　　在静水压爆破试验系统上进行，进行内压至失效试验。 在给试样加内压直至其失效期间，分别记录每次试验的结果。

　　8 . 4 . 3 接头气密封试验

　　8 . 4 . 3 . 1 内压保载试验

　　在内压试验系统进行，步骤如下：

　　a) 采用堵头焊接封堵套管试样，对螺纹连接处的螺纹脂进行焙干;

　　b) 缓慢加压充填气体至额定内压载荷，保压 10 min;

　　c) 检测套管螺纹连接处是否发生气体泄漏，气体泄漏依据内压泄漏检测方法。

　　8 . 4 . 3 . 2 恒位移约束下套管热应力载荷试验

　　通过恒位移约束下套管热应力载荷试验，测试套管受热膨胀、降温收缩产生的压缩、拉伸载荷，结合

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　　套管的规格尺寸计算得到对应的应力数值，具体步骤如下，要求见表 20 :

　　a) 恒位移约束通过位移传感器、轴向载荷实现;

　　b ) 采用电加热带升温，热电偶测温;

　　c) 依据表 1 程序进行试验;

　　d) 记录试样升温过程中的载荷点。

　　8 . 4 . 3 . 3 载荷循环气密封试验

　　复合加载试验具体过程如下：

　　a) 对通过上卸扣试验、内压保载试验评价的套管试样进行本项目试验;

　　b ) 内压参数采用热采井口最高注汽压力，拉伸载荷、压缩载荷参数由室内模拟热循环试验获得;

　　c) 工况模拟的热采井包括直井、定向井，对于定向井，选择井斜角 12°/ 30 m,施加侧向的弯曲载荷实现;

　　d) 室温、直井/定向井、注蒸汽压力内压下，对套管柱施加轴向的拉伸-压缩循环载荷，载荷峰值保持 10 min;

　　e) 依据内压泄漏检测方法判断是否发生气体泄漏;

　　f) 评价完成载荷循环的试样结构完整性，是否有明显的失效现象。

　　试验过程中不得发生泄漏现象，若发生泄漏，则终止试验，参考 GB/T 21267 要求。

　　表 20 恒位移约束套管热应力测试加载点要求

　　8 . 4 . 3 . 4 恒位移约束下温度循环试验

　　具体过程如下：

　　a) 对通过上卸扣试验、内压保载试验评价的套管试样进行本项目试验;

　　b ) 恒位移约束通过位移传感器、轴向载荷测试仪器/设备实现，具体见相关规范;

　　c) 内压参数选取热采井井口的最高注汽压力，温度峰值取蒸汽吞吐工艺的上限温度 350 ℃ ,采用加热带进行升温，温差控制在 ±5 ℃,空气中冷却降温;

　　GB/T 34907—20 17

　　d) 工况模拟的热采井包括直井、定向井，对于定向井，选择井斜角 12°/ 30 m,施加侧向的弯曲载荷实现;

　　e) 注蒸汽压力内压下，20 ℃ ~350 ℃温度循环，峰值温度保持 15 min,检测内压、弯曲度及温度变化，在高温试验中应监测试样本身的温度、保持试验温度不低于用户温度加温方法应保证整个试样试验段温度均匀。 在热循环试验中，其温度差不得小于 80 ℃ ,室温温度应小于 50 ℃ 。

　　试验过程中不得发生泄漏现象，若发生泄漏，则终止试验，参考 GB/T 21267 要求。

　　数据采集、记录及试验报告的说明参见附录 A。

　　8 . 5 安装要求

　　8 . 5 . 1 上、卸扣试样

　　当采用单端上扣时应夹持在接箍不上扣的一端，要选择合适的夹持力，应保证试样和大钳的旋转中心线一致。 大钳钳牙平面应与试样垂直，力臂和钳牙处于同一平面，力臂与载荷传感器呈 90°夹角。

　　8 . 5 . 2 压力传感器

　　压力传感器与试样的内压或外压腔体连接到一起，把压力传感器放在排气 口，不要放到加压的孔口 。

　　8 . 5 . 3 热电偶

　　热电偶应放在试样的连接处，不能将热电偶直接接触加热源，应采用隔热材料将热电偶与加热源分隔开，或放置在离加热源较远的地方。

　　8 . 5 . 4 位移传感器

　　应固定在试样上，测量范围应包含试样连接处。 传感器不得偏斜安装。

　　8 . 5 . 5 轴向加载试验

　　试样中心线与试验机的中心线应重合，不允许偏心加载。 为了防止压缩时试样失稳，可在试样上放置防护罩，防护罩起扶正作用，不应影响试样本身强度。

　　8 . 5 . 6 内压试验

　　所有内压试验均应在试样内放置填充棒，以减少试验压力介质贮能，但要给轴向留有足够的间隙，以保证上扣试验或压缩试验顺利进行。

　　GB/T 34907—20 17

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　数据采集、记录及试验报告的说明

　　A.1 数据采集和记录

　　A.1 . 1 -般说明

　　记录正确和足够的数据对评估程序是重要的，没有足够的数据记录，就不可能为接头评估结论提供证据。 所有试验都应记录压力、轴向载荷及温度对时间的曲线图，记录仪选择的比例和速度应适当，其曲线分辨率应小于 1%。 每次破坏试验都应对破坏试样有图片记录，并注明破坏位置及类型。 任何与试验有关的原始数据都应记录在案。

　　A.1 . 2 试验过程

　　监测记录试样的内压、外压、框架载荷、弯曲载荷和温度。 对所有试验，连续记录与时间对应的压力、轴向力和温度。 对数据采集系统，数据采集速度要与预期载荷和压力的变化相适应，但所有通道不能少于 15 s 一个数据。 绘制密封性能试验压力曲线时，压力轴从 0 开始，最大坐标值要大于预期最大试验压力。 绘制失效试验压力曲线图时，压力轴坐标值范围大于 2 倍的预期最大试验压力。 绘制密封试验的机械拉伸曲线图时，拉力轴范围从 0 开始，最大坐标值要大于预期最大试验拉力。 绘制失效试验拉力曲线图时，拉力坐标值范围需大于 1 . 5 倍的预期最大试验拉力。 温度-时间关系图也要有合适坐标范围。 这些图上可做一些注释，便于以后解释说明。

　　A.1 . 3 失效试验

　　检测与记录作用于试样的内压或外压，以及轴向作用。 每次失效试验，失效后的试样要照相，并注明失效位置和失效模式。

　　A.2 试验报告

　　A.2 . 1 总则

　　试验结果均应以报告形式给出，试验报告应包括 A. 2 . 2~A. 2 . 10 各要素。

　　A.2 . 2 标题

　　标题内应包含制造商、螺纹类型、评价系列、外径、重量、材料和钢级、图号和修改号。

　　A.2 . 3 引言

　　包含试验目的、试验时间及地点、试验操作者、委托方及试验监督者、试验项目及完成情况。

　　A.2 . 4 螺纹说明

　　包含螺纹高度、螺距、锥度及螺纹牙形状、密封类型(金属、弹性等)及密封位置、连接方式、螺纹过盈量及间隙及表面处理状态。

　　GB/T 34907—20 17

　　A.2 . 5 试样准备

　　包含试样图纸号、高温下材料屈服强度与窒温下材料屈服强度的比率、高温与窒温材料极限强度的比率及所使用的高温温度。

　　A.2 . 6 上、卸扣试验

　　包含试验过程中是否粘扣，若有粘扣，是否修复;上扣扭矩范围及速度;各次上扣扭矩值及扭矩变化及所有螺纹脂类型及用量、涂抹方式。

　　A.2 . 7 恒位移试验

　　包含用户压力和温度、窒温下和高温下的轴向载荷、所用压力介质(如氮气、水或其他)、泄漏检测方法及是否观察到泄漏，若有泄漏，注明压力和泄漏速率。

　　A.2 . 8 拉/压-循环气密封试验

　　包含用户压力和温度、拉伸和压缩载荷、所用压力介质(如氮气或其他)、泄漏检测方法及是否观察到泄漏，若有泄漏，注明压力和泄漏速率。

　　A.2 . 9 拉伸至失效试验、内压至失效试验、静水压试验及外压至失效试验

　　注明失效位置、失效压力或载荷、失效前泄漏压力和速率及试样变形情况。

　　A.2 . 10 数据及图片

　　所有的试验数据及图片应在报告中提供。