石油天然氣工業套管扶正器第3部分：剛性和半剛性扶正器2023-08-06發布2024-03-01實施國家市場監督管理總局 I引言 Ⅱ 2規范性引用文件 3術語和定義 4分類和型號表示方法 5技術要求 36試驗方法 7檢驗規則 8標識、包裝和貯存 附錄A(資料性)剛性和半剛性扶正器結構示意圖 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。本文件是GB/T19831《石油天然氣工業套管扶正器》的第3部分。GB/T19831已經發布了以下 第1部分：弓形彈簧套管扶正器；——第2部分：扶正器的放置和止動環測試；——第3部分：剛性和半剛性扶正器。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會(SAC/TC96)提出并歸口。本文件起草單位：石油工業井下工具質量監督檢驗中心、中國石油集團渤海鉆探工程有限公司、德州大陸架石油工程技術有限公司、中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司、丹諾(北京)石油技術服務有限公司、河北上善石油機械有限公司。Ⅱ套管扶正器是保障套管居中度的重要固井工具，對提高固井質量起到重要作用。GB/T19831《石油天然氣工業套管扶正器》擬由三個部分構成?！?部分：弓形彈簧套管扶正器。目的在于約束和規范弓形彈簧套管扶正器產品質量?！?部分：扶正器的放置和止動環測試。目的在于確定扶正器在套管上的安裝距離，以期達到最好的扶正效果，確保套管居中度?！?部分：剛性和半剛性扶正器。目的在于約束和規范剛性和半剛性扶正器產品質量。本文件充分考慮剛性和半剛性扶正器從入井過程中到固井完成整個階段的使用環境，模擬各使用環境下的受力情況，充分論證產品的可靠性，從而確保套管居中度，提高固井質量。1石油天然氣工業套管扶正器第3部分：剛性和半剛性扶正器本文件規定了套管用剛性和半剛性扶正器的分類和型號表示方法、技術要求、試驗方法、檢驗規則、本文件適用于剛性和半剛性扶正器的設計和檢驗。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1804—2000一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差GB/T19830石油天然氣工業油氣井套管或油管用鋼管GB/T19831.1石油天然氣工業套管扶正器第1部分：弓形彈簧套管扶正器GB/T19831.2石油天然氣工業固井設備第2部分：扶正器的放置和止動環測試3術語和定義GB/T19831.1和GB/T19831.2界定的以及下列術語和定義適用于本文件。半剛性扶正器semi-rigidcentralizer扶正條(棱)受徑向載荷在一定范圍內可變形，隨徑向載荷增加趨于不易變形的扶正器。鼓棱bulges在一定載荷作用下可產生變形，結構為中空的扶正棱。4分類和型號表示方法4.1分類4.1.1剛性扶正器分類a)鋼質剛性扶正器；b)鋁合金剛性扶正器；c)樹脂剛性扶正器。4.1.1.2按照扶正條(棱)分布方向分為：a)直條(棱)式剛性扶正器；2b)斜條(棱)式剛性扶正器。4.1.1.3按照扶正條(棱)結構型式分為：a)普通剛性扶正器；b)滾輪剛性扶正器；c)滾珠剛性扶正器。4.1.1.4剛性扶正器結構示意圖見附錄A中圖A.1～圖A.4。4.1.2半剛性扶正器分類4.1.2.1按照扶正條(棱)結構型式分為雙弓半剛性扶正器和鼓棱半剛性扶正器。4.1.2.2雙弓半剛性扶正器按照箍環和扶正條(棱)的連接型式可分為：a)編織式雙弓半剛性扶正器；b)整體式雙弓半剛性扶正器；c)焊接式雙弓半剛性扶正器。4.1.2.3鼓棱半剛性扶正器按照扶正條(棱)的連接型式可分為：a)焊接式鼓棱半剛性扶正器；b)整體式鼓棱半剛性扶正器。4.1.2.4鼓棱半剛性扶正器按照扶正條(棱)分布方向可分為：a)直條(棱)式鼓棱半剛性扶正器；b)斜條(棱)式鼓棱半剛性扶正器。4.1.2.5半剛性扶正器結構示意圖見圖A.5～圖A.9。4.2型號表示方法4.2.1剛性扶正器的型號表示方法如下。-樹脂剛性扶正器工作溫度，單位為攝氏度(℃),其他材質省略-扶正器扶正條(棱)結構型式，GZ代表滾珠，GL代表滾輪，普通省略—扶正器扶正條(棱)分布方向，X代表斜條(棱),直條(棱)省略適用井眼尺寸，單位為毫米(mm)適用套管公稱尺寸，單位為毫米(mm)名稱代號注：井眼尺寸和套管公稱尺寸為圓整后數值。示例1:GF140×216-X-SZ-120表示適用套管外徑尺寸為φ139.7mm、適用井眼尺寸為φ215.9mm、扶正條(棱)分布方向為斜條(棱)、扶正條(棱)結構型式為普通、材質為樹脂、工作溫度為120℃的剛性扶正器。示例2:GF178×241-GZ-A1表示適用套管外徑尺寸為φ177.8mm、適用井眼尺寸為φ241.3mm、扶正條(棱)分布方向為直條(棱)、扶正條(棱)結構型式為滾珠、材質為鋁合金的剛性扶正器。4.2.2半剛性扶正器的型號表示方法如下。3扶正條(棱)連接型式，H代表焊接式，Z代表整體式，編織式省略扶正條(棱)結構型式，G代表鼓棱，雙弓省略—-扶正器扶正條(棱)分布方向，X代表斜條(棱),直條(棱)省略—-適用井眼尺寸，單位為毫米(mm) —適用套管公稱尺寸，單位為毫米 — 一名稱代號注：井眼尺寸和套管公稱尺寸為圓整后數值。示例1:BF140×216表示適用套管外徑尺寸為φ139.7mm、適用井眼尺寸為φ215.9mm、扶正條(棱)分布方向為直條(棱)、扶正條(棱)結構型式為雙弓、扶正條(棱)連接型式為編織式的半剛性扶正器。示例2:BF178×241-X-G-H表示適用套管外徑尺寸為φ177.8mm、適用井眼尺寸為φ241.3mm、扶正棱分布方向為斜條(棱)、扶正條(棱)結構型式為鼓棱、扶正條(棱)連接型式為焊接的半剛性扶正器。5技術要求5.1外觀5.1.1剛性和半剛性扶正器表面應光滑、無毛刺；編織式半剛性扶正器編織部分應無松動脫落現象，鉸鏈扣合靈活；滾輪或滾珠剛性扶正器的滾輪和滾珠應能靈活轉動。5.1.2鑄造成形的剛性扶正器表面應無粘砂、氧化皮、裂紋、砂眼、夾雜、疏松等缺陷；壓注成形的樹脂剛性扶正器表面應無分層、凹痕、空洞、氣泡、裂紋等缺陷；鍛壓成形的剛性和半剛性扶正器表面應無裂缺陷。剛性和半剛性扶正器最大外徑和最小內徑應符合制造廠商的設計要求，其線性尺寸偏差應符合GB/T1804—2000中粗糙C公差等級的規定。剛性和半剛性扶正器長度應符合制造廠商的設計要求，尺寸偏差應不大于±5mm。5.3磨損量剛性和半剛性扶正器扶正條(棱)所用材料的樣塊磨損量應不大于0.3mm。5.4徑向載荷能力5.4.1常溫下，剛性和半剛性扶正器在徑向載荷不小于225kN的條件下，扶正器各部位應無開裂。5.4.2樹脂剛性扶正器的工作溫度由制造廠商和用戶約定。工作溫度下，樹脂剛性扶正器在徑向載荷不小于GB/T19831.1規定的復位力值的條件下，扶正器應不產生塑性變形和開裂。5.5軸向載荷能力5.5.1常溫下，剛性扶正器和鼓棱半剛性扶正器在軸向壓縮載荷不小于225kN的條件下，扶正器各部位應無開裂。45.5.2樹脂剛性扶正器的工作溫度由制造廠商和用戶約定。工作溫度下，樹脂剛性扶正器在軸向壓縮載荷不小于225kN的條件下，扶正器各部位應無開裂。5.5.3雙弓半剛性扶正器在軸向拉伸載荷不小于225kN條件下，扶正條(棱)和箍環應無開裂和脫落，試驗接頭不應完全通過箍環。5.6夾持力帶止動結構扶正器的夾持力應大于GB/T19831.1規定的起動力值。5.7通過能力5.7.1雙弓半剛性扶正器在最大載荷不大于GB/T19831.1規定的起動力值的條件下，應能完全通過與扶正器適用井眼尺寸一致的標準井眼，扶正器各部位應無開裂。5.7.2半剛性扶正器在最大載荷不大于225kN的條件下，應能完全通過制造廠商和用戶約定的縮徑井眼，扶正器各部位應無開裂。5.7.3半剛性扶正器在最大載荷不大于225kN的條件下，應能完全通過制造廠商和用戶約定的局部變形井眼，扶正器各部位應無開裂。5.8軸向拉伸沖擊能力雙弓半剛性扶正器應能承受軸向拉伸沖擊，扶正條(棱)和箍環應無開裂和脫落，且試驗接頭不應完全通過箍環。5.9起動力和復位力雙弓半剛性扶正器的起動力和復位力應符合GB/T19831.1的規定。6試驗方法6.1試驗裝置通用要求試驗套管外徑與扶正器適用套管外徑一致，且應符合GB/T19830的規定，試驗套管長度應大于標準井眼長度。6.1.2.1標準井眼，內徑應與扶正器適用井眼尺寸一致，長度應大于扶正器長度。6.1.2.2縮徑井眼，由標準井眼段和縮徑井眼段組成。標準井眼段內徑與扶正器適用井眼尺寸一致，長度應大于扶正器長度的一半；縮徑井眼段內徑由制造廠商和用戶約定，長度應大于扶正器長度。6.1.2.3局部變形井眼，由標準井眼段和90°圓弧形凸臺段組成，如圖1所示。標準井眼段內徑與扶正器適用井眼尺寸一致，長度應大于扶正器長度的一半；90°圓弧形凸臺段內徑由制造廠商和用戶約定，長度應大于扶正器長度。6.1.2.4井眼內徑公差范圍均應在一0.8mm～0mm之內，且內壁應光滑無毛刺，端部應有45°倒角。滑動接箍外徑應符合GB/T19830的規定，內徑應大于試驗套管外徑3mm,內壁應光滑無毛刺。5標引序號說明：1——標準井眼；2——90°圓弧凸臺。圖1局部變形井眼示意圖上試驗接頭和下試驗接頭的外徑應與扶正器適用套管和接箍外徑一致，且應符合GB/T19830的規定，接箍部分長度應是GB/T19830規定適用套管接箍長度尺寸的一半。限制臺階外徑應不大于GB/T19830規定的接箍外徑。傳熱介質應采用閃點高于工作溫度20℃的導熱油或對受試材料沒有影響的其他介質，傳熱介質各點處的溫差不應超過±5℃。6.1.7儀器設備精度載荷測量精度應不大于被測值5%;溫度測量精度應不低于1℃。外觀應在照明充足的條件下進行目視檢驗；用手動的方式檢查鉸鏈扣合、滾輪或滾珠的轉動性能。尺寸可使用游標卡尺、環規或其他測量器具進行檢驗。6.4磨損量6.4.1磨損量應采用銷盤試驗裝置進行試驗，銷盤試驗示意圖見圖2。銷盤試驗裝置的摩擦盤旋轉速度、加載載荷應可調并能記錄。轉速誤差應不大于5r/min,加載載荷誤差應不大于1%。6.4.3樣塊放置于摩擦盤上，樣塊的長邊與摩擦盤的切線方向平行，試驗參數應符合表1的要求。6.4.4試驗后測量樣塊高度并記錄。6標引序號說明：1——載荷；2—-樣塊；3——摩擦盤。圖2銷盤試驗示意圖表1磨損量試驗參數試驗參數技術指標樣塊中心距摩擦盤中心距離樣塊尺寸(長×寬)樣塊材料扶正條(棱)材料樣塊摩擦面粗糙度樣塊中心線速度m/s載荷N溫度常溫旋轉時間min摩擦盤材料45鋼摩擦盤摩擦面粗糙度摩擦盤硬度HRC樣塊尺寸長和寬的公差為±0.1mm,樣塊高度應滿足試驗裝置安裝要求。76.5徑向載荷能力6.5.1常溫試驗6.5.1.1徑向載荷能力常溫試驗示意圖見圖3,載荷應施加在扶正器的軸向中間位置，且通過標準井眼徑向施加到扶正器上。6.5.1.2在標準井眼上施加載荷，載荷應垂直傳遞到與之相接觸的扶正器的扶正條(棱)上(見圖3a)]。載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于225kN,穩載5min。6.5.1.3轉動扶正器，載荷應垂直傳遞到與之相接觸的扶正器的兩扶正條(棱)之間(見圖3b)]。載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于225kN,穩載5min。6.5.1.4轉動扶正器，重復6.5.1.2～6.5.1.3,直至扶正器周向所有位置都經過測試。a)位置1b)位置2標引序號說明：1——載荷；2—-標準井眼；3——試驗套管；4——扶正器。6.5.2.1徑向載荷能力工作溫度試驗示意圖見圖4,載荷應施加在樹脂剛性扶正器的軸向中間位置，且通過標準井眼徑向施加到樹脂剛性扶正器上。8標引序號說明：1——載荷；2——標準井眼；3——試驗套管；4——扶正器；5——液體傳熱介質；6——加熱槽。b)位置2圖4徑向載荷能力工作溫度試驗示意圖6.5.2.2樹脂剛性扶正器整體浸沒深度應不小于25mm,加溫至工作溫度，溫度誤差范圍士2℃,恒溫6.5.2.3在標準井眼上施加載荷，載荷應垂直傳遞到與之相接觸的樹脂剛性扶正器的扶正條(棱)上[見圖4a)]。載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于GB/T19831.1規定的復位力6.5.2.4轉動樹脂剛性扶正器，載荷應垂直傳遞到與之相接觸的樹脂剛性扶正器的兩扶正條(棱)之間(見圖4b)]。載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于GB/T19831.1規定的復位力6.5.2.5轉動樹脂剛性扶正器，重復6.5.2.3～6.5.2.4,直至樹脂剛性扶正器周向所有位置都經過測試。6.6.1常溫壓縮試驗6.6.1.1軸向載荷能力常溫壓縮試驗示意圖見圖5。6.6.1.2對扶正器施加軸向壓縮載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于91——載荷；2——壓板；3——滑動接箍；4——試驗套管；5——扶正器。圖5軸向載荷能力常溫壓縮試驗示意圖6.6.2工作溫度壓縮試驗6.6.2.1軸向載荷能力工作溫度壓縮試驗示意圖見圖6。6.6.2.2樹脂剛性扶正器浸沒深度應不小于25mm,加溫至工作溫度，溫度誤差范圍士2℃,恒溫30min。6.6.2.3對樹脂剛性扶正器施加軸向壓縮載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于225kN,穩載5min。2——壓板；3——滑動接箍；5——扶正器；6——液體傳熱介質；7——加熱槽。4——試驗套管；圖6軸向載荷能力工作溫度壓縮試驗示意圖6.6.3.1軸向載荷能力拉伸試驗示意圖見圖7。6.6.3.2對雙弓半剛性扶正器施加軸向拉伸載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不小于225kN,穩載5min。2——上試驗接頭；3——扶正器；4——下試驗接頭。圖7軸向載荷能力拉伸試驗示意圖帶止動結構扶正器的夾持力應按GB/T19831.2的規定進行試驗。6.8通過能力6.8.1標準井眼通過能力試驗6.8.1.1標準井眼通過能力試驗示意圖見圖8。6.8.1.2對試驗套管施加軸向載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不大于GB/T19831.1規定的起動力值，使雙弓半剛性扶正器完全通過試驗標準井眼或直至扶正器損壞。4——限制臺階；5——標準井眼。4——限制臺階；5——標準井眼。1——載荷；2——試驗套管；3——扶正器；圖8標準井眼通過能力試驗示意圖6.8.2縮徑井眼通過能力試驗6.8.2.1縮徑井眼通過能力試驗示意圖見圖9和圖10。6.8.2.2對試驗套管或滑動接箍施加軸向載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不大于225kN,使扶正器完全通過試驗井眼或直至扶正器損壞。標引序號說明：1——載荷；2——試驗套管；3——雙弓半剛性扶正器；4——限制臺階；5——標準井眼段；6——縮徑井眼段。圖9雙弓半剛性扶正器縮徑井眼通過能力試驗示意圖1——載荷；4——標準井眼段；2——滑動接箍；5——鼓棱半剛性扶正器；3——試驗套管；6——縮徑井眼段。圖10鼓棱半剛性扶正器縮徑井眼通過能力試驗示意圖6.8.3局部變形井眼通過能力試驗6.8.3.1局部變形井眼通過能力試驗示意圖見圖11和圖12。6.8.3.2對試驗套管或滑動接箍施加軸向載荷，載荷增加速度應為2.5kN/s～4.5kN/s,施加載荷應不大于225kN,使扶正器完全通過試驗井眼或直至扶正器損壞。1——載荷；4——限制臺階；2——試驗套管；5——局部變形井眼。3——雙弓半剛性扶正器；圖11雙弓半剛性扶正器局部變形井眼通過能力試驗示意圖標引序號說明：1——載荷；2——滑動接箍；3——試驗套管；4——鼓棱半剛性扶正器；5——局部變形井眼。圖12鼓棱半剛性扶正器局部變形井眼通過能力試驗示意圖6.9軸向拉伸沖擊能力6.9.1軸向拉伸沖擊能力試驗示意圖見圖13。6.9.2將雙弓半剛性扶正器安裝在軸向拉伸沖擊能力試驗裝置上，釋放沖擊砝碼，使沖擊砝碼以自由落體方式下落沖擊軸向拉伸扶正器兩端，軸向拉伸沖擊能力試驗參數應符合表2的要求。標引序號說明：1——沖擊砝碼；2——下落距離；3——上試驗接頭；4——支撐架；5——中心管；6——扶正器；7——下試驗接頭。圖13軸向拉伸沖擊能力試驗示意圖表2軸向拉伸沖擊能力試驗參數套管外徑尺寸mm沖擊砝碼質量下落距離mm沖擊次數次680±0.5203±1680±0.5305±16.10起動力和復位力雙弓半剛性扶正器起動力和復位力應按GB/T19831.1的規定方法進行試驗。7檢驗規則7.1出廠檢驗出廠檢驗項目、技術要求和檢驗方法應符合表3的規定。表3檢驗項目、技術要求和檢驗方法檢驗項目技術要求檢驗方法檢驗類別出廠檢驗型式檢驗外觀全部產品類型全部產品類型尺寸全部產品類型全部產品類型磨損量全部產品類型徑向載荷能力常溫試驗全部產品類型工作溫度試驗樹脂剛性扶正器軸向載荷能力常溫壓縮試驗剛性扶正器、鼓棱半剛性扶正器工作溫度壓縮試驗樹脂剛性扶正器拉伸試驗雙弓半剛性扶正器夾持力帶止動結構的扶正器通過能力標準井眼通過能力試驗雙弓半剛性扶正器縮徑井眼通過能力試驗半剛性扶正器局部變形井眼通過能力試驗半剛性扶正器軸向拉伸沖擊能力雙弓半剛性扶正器起動力和復位力雙弓半剛性扶正器7.2型式檢驗7.2.1有下列情況之一時，應進行型式檢驗：a)新產品試制定型；b)檢驗結果與上次型式檢驗有較大差異；c)正式生產后，結構、材料和工藝方面有較大改變可能影響產品性能；d)產品停產兩年后又恢復生產；e)國家、行業管理部門或