GB/T 20174-2019 石油天然气钻采设备 钻通设备
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资料介绍
ICS 75 . 180 . 10 E 92
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 20174—2019
代替 GB/T 20174—2006
石油天然气钻采设备 钻通设备
petroleum drillingandproductionequipment—
Drill-throughequipment
2019-03-25 发布 2019-10-01 实施
国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会
发
布
GB/T 20174—2019
GB/T 20174—2019
前 言
本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。
本标准代替 GB/T 20174—2006《石油天然气工业 钻井和采油设备 钻通设备》,与 GB/T 20174— 2006 相比,主要技术变化如下:
— 增加了一体式防喷器的相关内容;
— 修改了地面钻通设备简图和水下钻通设备简图(见图 1、图 2) ;
— 增加了关闭比、关键区域、关键尺寸等术语和定义;
— 增加了 COC、FAT、MOPFLPS等缩略语;
— 增加了 6.9 MPa(1 000 psi)、172.4 MPa(25 000 psi) 的额定压力级别(见表 2) ;
— 增加了金属材料的温度等级,由原来的 3 个温度级别细化为 6 个,增加了 177 ℃的温度界限(见表 3) ;
— 增加了非金属密封件温度级别为最低温度、连续高温、极限高温的表示方法,表示方法由原来的 2 位变成 3 位(见表 4) ;
— 增加了液压连接器关于锁紧的要求(见 5 . 3 . 11 . 7) ;
— 增加了测试桩的要求(见 5 . 4 . 8) ;
— 增加了环形、闸板防喷器等设计确认试验的目的、规程、记录要求(见 5 . 7) ;
— 增加了设计确认试验内容,如:如井筒压力为零时低压密封最低操作压力试验(见 5 . 7 . 3 . 1 . 1) 、带井压时低压密封最低操作压力试验(见 5 . 7 . 3 . 1 . 2)、剪切直径设计范围试验(见 5 . 7 . 3 . 4 . 2)、偏心剪切试验(见 5 . 7 . 3 . 4 . 3)、侧向力剪切试验(见 5 . 7 . 3 . 4 . 4)、环形防喷器延伸范围操作性能试验(见 5 . 7 . 3 . 12) ;
— 增加了设计温度确认试验内容,如:环形防喷器持续工作温度设计确认试验(见 5 . 7 . 3 . 17)、环形防喷器低温通径性能试验(见 5 . 7 . 3 . 19) ;
— 增加了书面规范中金属零件关于焊接修补的要求及材料的可追溯性要求(见 6 . 2 . 1) ;
— 增加了承压件非标准材料的性能要求(见 6 . 3 . 1、表 29) ;
— 增加了控压件的材料要求(见 6 . 4) ;
— 修改了焊后热处理的要求内容(7 . 3 . 7) ;
— 增加了焊接工艺的性能鉴定中填充材料鉴定及化学成分分析的要求(见 7 . 4 . 3) ;
— 增加了焊接人员视力检查的要求(见 7 . 4 . 8) ;
— 增加了堆焊层硬度试验内容(见 7 . 5 . 1 . 2 . 5) ;
— 增加了硬度检测要求中关于承压件、控压件的硬度测试的实际值在取点位置标示的要求(见8. 5 . 1 . 4);增加了焊缝硬度测试的实际值应标示在靠近测试位置的零件上的要求(见 8. 5 . 1 . 16) ;
— 增加了通径试验的内容,取消闸板防喷器 30 min 时效要求(见 8 . 5 . 7 . 4 . 2) ;
— 增加了本体静水压强度试验中关于壳体垫环区域的要求(见 8 . 5 . 7 . 6 . 2) ;
— 增加了 BOP 或液压连接器单独运输时承压组件的试验要求(见 8 . 5 . 7 . 8 . 6) ;
— 删除了规范性附录 B修理和修复的要求(见 2006 年版的附录 B) ;
— 删除了资料性附录 C地面安全阀(SSV) 和水下安全阀(USV) 的设计确认程序(见 2006 年版的附录 C) ;
— 删除了资料性附录 D高温用装置的设计和额定值的确定(见 2006 年版的附录 D) ;
— 增加了规范性附录 E合格证书(见附录 E) ;
GB/T 20174—2019
— 增加了规范性附录 C焊接评定的夏比 V 型缺口冲击试验(见附录 C) 。
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。
本标准由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC 96)提出并归口 。
本标准起草单位:石油工业井控装置质量监督检验中心、中国石油川庆钻探工程公司、河北华北石油荣盛机械制造有限公司、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、四川宝石机械钻采设备有限责任公司、塔里木油田分公司、上海神开石油设备有限公司。
本标准主要起草 人:张 志 东、张 祥 来、孙 洪 祥、曾 莲、许 宏 奇、陈 俊 锋、刘 雪 梅、徐 勇 军、陈 绍 伟、林发权、孟庆荣、张川、姚胥源、陈章瑞、曾裙、叶国武、徐茂、秦柳、刘鸣。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
—GB/T 20174—2006 。
GB/T 20174—2019
石油天然气钻采设备 钻通设备
1 范围
本标准规定了用于油气井的钻通设备的设计、材料、焊接、质量控制、标识、贮存与运输要求。
本标准适用于以下设备:
a) 闸板防喷器;
b) 闸板、闸板胶芯和顶部密封件;
c) 环形防喷器;
d) 环形防喷器密封胶芯;
e) 一体式防喷器;
f) 液压连接器(井口装置、隔水管或 LMRP) ;
g) 钻井四通和占位短接;
h) 转换接头;
i) 芯轴 ;
j) 单件连接;
k) 卡箍。
尺寸互换性仅限于端部和出口连接。
本标准提到的典型设备如图 1、图 2 和图 3 所示。
本标准不适用于钻通设备的现场使用和现场试验。
GB/T 20174—2019
说明:
1 — 环形防喷器;
2 — 法兰或毂连接;
3 — 闸板防喷器;
4 — 闸板防喷器;
5 — 钻井四通;
6 — 闸板防喷器;
7 — 占位短接。
图 1 地面钻通设备简图
GB/T 20174—2019
说明:
6 — 套管剪切闸板;
7 — 上部管子闸板;
8 — 下部管子闸板;
9 — 法兰或毂连接;
10 — 井口连接器。
图 2 水下钻通设备简图
GB/T 20174—2019
说明:
1 — 环形防喷器部分;
2 — 闸板防喷器部分;
3 — 钻井四通部分。
图 3 一体式防喷器简图
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 228 . 1 金属材料 拉伸试验 第 1 部分:室温试验方法
GB/T 230 . 1 金属材料 洛氏硬度试验 第 1 部分:试验方法
GB/T 231 . 1 金属材料 布氏硬度试验 第 1 部分:试验方法
GB/T 2828 . 1 计数抽样检验程序 第 1 部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T 4340 . 1 金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分:试验方法
GB/T 20972(所有部分) 石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料
GB/T 22513 石油和天然气工业 钻井和采油设备 井口装置和采油树
ISO 9712 无损检测人员的资格鉴定与认证(Non-destructive testing—Qualification and certifica- tion of NDT personnel)
API Spec 5CT 套管和油管规范(Specification for Casing and Tubing)
API Spec 5DP 钻杆规范 (Specification for Drill Pipe)
API 6AF2 技术报告 综合负载下的 API 法兰性能(Capabilities of API Flanges Under Combi-
nations of Load)
API 6X 承压设备设计计算(Design Calculations for Pressure Containing Equipment)
GB/T 20174—2019
API Spec 16A 钻通设备规范(Specification for Drill-through Equipment)
API Spec 20E 石油天然气行业用合金和碳钢螺栓(Alloy and Carbon Steel Bolting for Use in the
Petroleum and Natural Gas Industries)
API Spec 20F 石油天然气行业用耐蚀螺栓(Corrosion Resistant Bolting for Use in the Petroleum and
Natural Gas Industries)
API Spec Q1 石油天然气行业制造企业质量管理体系规范(Specification for Quality Management System Requirements for Manufacturing Organizations for the Petroleum and Natural Gas Industry)
ASME 锅炉及压力容器规范 第 Ⅱ 卷 C 篇:焊条、焊丝及填充金属(Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅱ , Part C: Specification for Welding Rods , Electrodes , and Filler Metals)
ASME 锅炉及压力容器规范 第 Ⅴ卷:材料和制造用超声检验方法(Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅴ : UT Examination Methods for Materials and Fabrication)
ASME 锅炉及压力容器规范 第 Ⅷ卷 第 1 册:压力容器建造规则(Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅷ , Division 1 : Rules for Construction of Pressure Vessels)
ASME 锅炉及压力容器规范 第 Ⅷ卷 第 2 册:压力容器建造另一规则( Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅷ , Division 2 : Alternative Rules)
ASME 锅炉及压力容器规范 第 Ⅸ卷:焊接钎焊评定(Boiler and Pressure Vessel Code, Section Ⅸ : Welding and Brazing Qualifications)
ASTM SI 10 美国国家标准用米制单位(American National Standard for Metric Practice)
ASTM A 370 钢制品力学性能的标准试验方法和定义(Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products)
ASTM A 388 钢锻件超声检验标准规程 (Standard Practice for Ultrasonic Examination of Steel Forgings)
ASTM D 395 橡胶压缩变形性能的标准试验方法(Standard Test Methods for Rubber Property—
Compression Set)
ASTM D 412 硫化橡胶和热塑合成橡胶拉伸性能的标准试验方法(Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Rubbers—Tension)
ASTM D 471 液体对橡胶性能影响的标准试验方法(Standard Test Method for Rubber Proper- ty—Effect of Liquids)
ASTM D 1414 O 型橡胶圈的标准试验方法(Standard Test Methods for Rubber O-Rings)
ASTM D 1415 橡胶性能 国际硬度的标准试验方法(Standard Test Method for Rubber Proper- ty—International Hardness)
ASTM D 1418 橡胶和橡胶乳胶 命名标准方法(Standard Practice for Rubber and Rubber Lati-
ces—Nomenclature)
ASTM D 2240 橡胶性能 硬度计硬度的标准试验方法(Standard Test Method for Rubber Prop- erty—Durometer Hardness)
ASTM E 94 射线照相检验的标准指南(Standard Guide for Radiographic Examination)
ASTM E 140 金属硬度换算表(Standard Hardness Conversion Tables for Metals)
ASTM E 165 一般工业用液体渗透检测的标准试验方法(Standard Practice for Liquid Penetrant Examination for General Industry)
ASTM E 428 超声检测用金属(非铝)对比试块的制作与控制方法(Standard Practice for Fabrica- tion and Control of Metal , Other than Aluminum , Reference Blocks Used in Ultrasonic Testing)
GB/T 20174—2019
ASTM E 569 模拟受控环境下对构件的声发射监测的标准作法(Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring of Structures During Controlled Simulation)
ASTM E 709 磁粉检测标准指南(Standard Guide for Magnetic Particle Testing)
ASTM E 747 射 线 照 相 用 线 型 像 质 指 示 器 的 设 计、制 造 和 材 料 分 类 的 标 准 作 法 ( Standard Practice for Design, Manufacture, and Material Grouping Classification of Wire Image Quality Indica- tors Used for Radiography)
ASNT-SNT-TC-1A 无 损 检 测 人 员 的 资 格 鉴 定 和 认 证 ( Recommended Practice for Personnel Qualification and Certification in Nondestructive Testing)
AWS D17.1/D17.1M 航空航天应用的熔焊规范(Specification for Fusion Welding for Aerospace Applications)
SAE AMS 2750E 高温测定法(Pyrometry)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
转换接头 adapter
具有不同公称尺寸和(或)额定压力的端部连接装置的承压部件,用于连接其他不同公称尺寸和/或额定压力的设备。
3.2
盲板连接 blindconnection
不带中心孔的端部或出口连接,用来完全封堵一个出口 。
3.3
防喷器 blowoutpreventer;BOP
在钻井、完井、测井或修井作业中,安装在井口装置上,用来封闭套管和管柱间环形空间或空井压力的设备。
3.4
环形防喷器 annularblowoutpreventer;annularBOP
用环状的弹性密封元件来密封管柱与井口之间的环形空间或整个井筒的防喷器。
3.5
闸板防喷器 ram blowoutpreventer;ram BOP
一种由组装有橡胶密封件的金属体去封隔有或无管柱的井筒压力的防喷器。
3.6
-体式防喷器 integralblowoutpreventer;integralBOP
在钻修井作业中,安装在井口装置上,用来承受管柱间的环形空间或空井压力的设备,具有闸板防喷器、环形防喷器及钻井四通等两者或两者以上(三者)的全部功能的防喷器。
3.7
全封-剪切闸板 blind-shearram
闸板防喷器的关闭和密封部件。 它在剪断井筒中的管柱后密封井筒,或者在井筒中没有管柱时,起全封闸板的作用。
3.8
全封闸板 blindram
闸板防喷器中用来密封整个井筒的关闭和密封部件。
GB/T 20174—2019
3.9
本体 body
端部连接之间带或不带内部零件,并承受井内压力的装置的任何部分。
3 . 10
合格证书 certificateofconformance;coc
制造商证明组件或零件符合原产品定义中提及标准、规范和指南的文件。
3 . 1 1
卡箍 clamp
具有内倒角台肩的设备,用于紧固配套的毂。
3 . 12
夹紧载荷 clampingload
通过将螺栓固紧而由卡箍作用在卡箍毂上的轴向载荷。
3 . 13
关闭比 closingratio
承受关闭压力的活塞面积除以承受井压的活塞杆横截面积。
3 . 14
封闭螺栓 closurebolting
用于装配承压件,包括端部和出口连接的螺纹紧固件。
示例:包括法兰螺栓、顶盖螺栓、防喷器端部连接螺栓、侧门螺栓、毂卡箍螺栓。
3 . 15
符合 conformance
满足引用规范、规范章节或文件的所有要求。
3 . 16
耐腐蚀合金 corrosion-resistantalloy;cRA
钛、镍、钴、铬、钼,其中任何一种元素的规定含量或总含量超过 50%质量分数的非铁基合金。
注:该定义不同于 GB/T 20972 中的定义。
3 . 17
耐腐蚀垫环槽 corrosion-resistantringgroove
衬有耐腐蚀合金或奥氏体不锈钢耐腐蚀层的垫环槽。
3 . 18
关键区域 criticalareas
在使用寿命期,需要予以特别操作控制的产品部分,包括静载荷和/或循环载荷下的高应力和高应变的密封表面及部位。
3 . 19
关键尺寸 criticaldimension
由制造商标识的、需要确认和文件记录的尺寸。
3 . 20
数据采集系统 dataacquisitionsystem
用于采集和储存数据的系统。
示例:纸带记录仪、圆图记录仪或计算机系统等。
3.21
制造日期 dateofmanufacture
成品通过制造商最终验收的 日期。
GB/T 20174—2019
3 . 22
设计确认结果 designvalidationresults
建立并保持的文件或数据集,用以为设计确认过程中所进行的活动、获得的结果或作出的声明提供客观证据。
3 . 23
钻井四通 drillingspool
具有端部连接的承压设备,安装在钻通设备的下面或之间。
注:如提供出口连接,应按照本标准的规定进行制造。
3 . 24
端部连接 endconnection
将承压或控压件设备连接的螺纹连接,毂连接、螺柱式或通孔式的法兰连接的或其他形式的连接。
3 . 25
设备 equipment
本标准适用的任何产品或组装设备。
3 . 26
暴露螺栓 exposedbolting
直接暴露于酸性环境,或通过埋设、隔离、装备法兰保护套或其他方法使之不直接在大气中暴露的螺栓。
3 . 27
延伸范围 extendedrange
额定范围以外的范围,制造商可在此范围基于试验数据定义操作特性。
3 . 28
组焊 fabricationweld
连接两个或多个零件的焊接。
3 . 29
法兰 flange
具有螺栓孔和密封机构的凸缘,用于连接本标准中规定尺寸的承压设备。
3 . 30
锻件 forging
用锻造方法获得的成型金属件。
3.31
全焊透焊接 fullpenetrationweld
延伸至连接件整个壁厚的一种焊接。
3 . 32
垫环锁紧载荷 gasket-retainingload
承受压力时,抵消垫圈作用在毂上的分力所需的那部分夹紧载荷。
3 . 33
毂 hub
用于连接承压设备的具有外角台肩和密封机构的凸缘。
3 . 34
毂面分离 hubfaceseparation
去掉所有预加载荷后,两个毂、法兰或其他连接面之间失去接触的情况。
GB/T 20174—2019
3 . 35
液压连接器 hydraulicconnector
可锁紧和密封端部连接的液压驱动钻通设备。
3 . 36
显示 indication
在液体渗透和磁粉探伤检测中发现的裂纹、凹坑或其他异常直观信号。
3 . 37
整体 integral
通过锻造、铸造或焊接工艺组成的(零件)。
3 . 38
渗漏 leakage
承压或者保压期间从被试设备承压本体内部向外有可见的液体流出。
3 . 39
线性显示 linearindication
液体渗透或磁粉检测中的一种显示,其长度不小于宽度的三倍。
3 . 40
单件连接 looseconnection
用于连接设备的法兰(螺柱式或通孔式)、毂连接或其他端部连接(见 3 . 47),但不是设备整体的 一部分。
3.41
制造数据手册 manufacturingdatabook;MDB
可追溯产品的综合记录文件,其包含与原产品制造相关的记录,包括本标准要求的认证记录。
3 . 42
非承压焊缝 non-pressure-containingweld
失效后不会降低零件承压完整性的焊接。
3 . 43
非密封剪切闸板 non-sealingshearrams
安装在闸板防喷器里,能够剪切管柱但不密封的关闭组件。
3 . 44
原始设备制造商 originalequipmentmanufacturer
可追溯的装配件、单个部件或者零件的设计或制造者。
3 . 45
其他端部连接 otherendconnection;OEC
未列入本标准中的连接。
注:包括制备有非标垫环的标准法兰和毂及制造商专有连接。
3 . 46
出 口连接 outletconnection
夹紧轮毂端部接头和法兰(螺柱式或通孔式),或者与垂直钻通孔相交钻孔的任何其他端部连接。
3 . 47
管子闸板 piperam
闸板防喷器中,井内管柱外环形空间的关闭和密封元件。
3 . 48
焊后热处理 post-weldheattreatment;PWHT
焊后进行的任何热处理,包括消除应力处理。
GB/T 20174—2019
3 . 49
承压件 pressure-containingpart
当其预期功能失效时,会导致井内流体释放到外部环境中的那些与井内流体接触的零件。
注 1 :包括本体、盖。
注 2:不包括液缸、缸盖。
3 . 50
承压焊缝 pressure-containingweld
失效或缺失会降低件承压完整性的焊缝。
3 . 51
控压螺栓 pressure-controllingbolting
用于装配或连接控压件的螺栓。
注:包括闸板上的螺栓,座或密封紧固螺栓,剪切闸板刀体螺栓。
3 . 52
控压件 pressure-controllingpart/pressure-controllingmember
控制或调节井内流体的那些零件。
示例:填料元件、闸板、承压部件中可更换的座。
3 . 53
端部压力载荷 pressureendload
由作用于最大密封直径所确定的密封面上的内部压力引起的轴向载荷。
3 . 54
承压螺栓 Pressureretainingbolting
用于装配或连接承压件的螺栓,螺栓失效后将导致井内流体释放到环境中。
注:包括液压连接器顶部的螺柱和螺母以及卡箍螺栓。
3 . 55
保压件 pressure-retainingpart/pressure-retainingmember
当其预期功能失效时,会导致井内流体释放到外部环境中的那些不与井内流体接触的零件。
示例:承压螺栓和卡箍。
3 . 56
工艺评定记录 procedurequalificationrecord;PQR
完成焊接试件时使用的焊接参数的记录,包括制作试件过程采用的重要变量和补充要素的实际值和范围,以及对试件的测试结果。
3 . 57
产品系列 productfamily
列于本标准第 1 章中的特殊设备的型号或类型。
3 . 58
额定范围 ratedrange
额定压力下,防喷器实现井筒密封时的操作压力范围。
3 . 59
额定压力 ratedworkingpressure
由设计确定的设备所能承受和/或控制的最大内部压力。
3 . 60
相关显示 relevantindication
在表面无损检测(液体渗透或磁粉检验中)中主要尺寸大于 1 . 6 mm(0.062 in) 的任何显示。
注:与表面破裂无关的固有显示被视为不相关显示。
GB/T 20174—2019
3.61
再制造 remanufacture
在更换或不更换零件的情况下,对钻通设备进行的拆卸、重新组装和试验等活动。 该过程中,可以对零部件进行机加工、焊接、热处理或其他制造过程。
3 . 62
圆形显示 roundedindication
— 渗透或磁粉检验中:长度小于其宽度三倍的,近似于圆形或椭圆形的任何显示。
— 射线检验中:最大长度为射线照片上宽度三倍或比之小的任何显示。
注:显示可以为圆形、椭圆形、锥形或者不规则形状,可能具有尾巴。 评估显示的尺寸时,包含尾巴。
3 . 63
序列化 serialization
将一个唯一性代码赋予设备的各部件和/或零件,以便保持记录。
3 . 64
占位短接 spacerspool
具有端部连接的承压设备,用在钻通设备下方或之间。
注:短接用于提供相同尺寸端部连接的两个零件之间的分隔。
3 . 65
压力稳定(压力试验)stabilized(pressuretesting)
初始压力降低到制造商规定的额定值范围内时的一种状态。
注:压降可能是由于温度变化、橡胶密封件的安装或封闭在被试设备中的空气压缩等因素引起。
3 . 66
温度稳定(温度试验)stabilized(temperaturetesting)
初始温度波动减小到制造商规定范围内时的一种状态。
注:温度波动是由不同温度液体的混合、对流或传导引起的。
3 . 67
试验系列 testseries
相同载荷条件(即额定、极端和生存)下,彼此间一定程度上相互关联的一组试验,如承载能力或测试类型。
示例:额定载荷能力试验系列包括按与额定载荷等级相同的载荷水平开展的全部试验。
3 . 68
多功能螺栓 utilitybolting
用于在钻通设备上安装设备和配件的所有螺栓,非封闭螺栓、承压螺栓或控压螺栓。
示例:吊环、吊耳(非焊接)、耐磨衬套、铭牌、油管卡箍、防护装置用螺栓。
3 . 69
变径闸板 variable-boreram
闸板防喷器中,能封闭一定尺寸范围内管柱的关闭和密封的闸板。
3 . 70
目视检验 visualexamination
对零件和设备在材料和加工质量上的可见缺陷进行的检查。
3.71
体积无损检测 volumetricnon-destructiveexamination
用射线、声发射或超声波检测方法对材料内部缺陷进行的检测。
GB/T 20174—2019
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
API:美国石油学会(American Petroleum Institute)
AQL:质量接收限(Acceptance Quality Level)
ASME:美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)
ASNT:美国无损检测协会(American Society for Non-destructive Testing)
ASTM:美国材料与试验学会(American Society for Testing and Materials)
AWS:美国焊接协会(American Welding Society)
BSL:螺栓规格级别(Bolting Specification Level)
COC:合格证书(Certificate of Conformance)
CRA:耐腐蚀合金(Corrosion-resistant Alloy)
CSWIP:焊接检验人员资格证书(Certification Scheme for Welding Inspection Personnel)
CWI:认证焊接检验师(Certified Welding Inspector)
DAC:距离振幅曲线(Distance Amplitude Curve)
DHT:脱氢作用热处理(Dehydrogenization Heat Treatments)
ER:等效圆(Equivalent Round)
FAT:工厂验收试验(Factory Acceptance Test)
HAZ:热影响区(Heat-affected Zone)
ISR:中间消应力热处理(Intermediate Stress Relief)
LMP:拉森-米勒参数(Larsen-Miller Parameter)
LMRP:下部隔水管总成(Lower Marine Riser Package)
LVDT:线性位移传感器(Linear Variable Displacement Transformer)
MDB:制造数据手册(Manufacturing Data Book)
MOPFLPS:低压密封最低操作压力(Minimum Operator Pressure For Low Pressure Sealing)
NACE:美国腐蚀工程师协会(National Association of Corrosion Engineers)
NDE:无损检测(Non-destructive Examination)
OD:外径(Outside Diameter)
OEC:其他端部连接(Other end Connection)
OEM:原设备制造商(Original Equipment Manufacturer)
PQR:工艺评定记录(Procedure Qualification Record)
PWHT:焊后热处理(Post-weld Heat Treatment)
QTC:鉴定试棒(Qualification Test Coupon)
VBR:变径闸板(Variable Bore Ram)
WPS:焊接工艺规程(Welding Procedure Specification)
5 设计要求
5 . 1 尺寸规定
本标准范围内的设备,其垂直通径尺寸应与表 1 所示尺寸一致。
通径规直径偏差为+0.2 ,公称内径公差为+0.7 。
GB/T 20174—2019
表 1 设备尺寸
5 . 2 工作条件
5 . 2 . 1 额定压力
本标准范围内的设备,其额定压力等级只有表 2 所示的几个等级。
额定压力是由设计确定的设备表面所能承受和(或)控制的最大内部压力。
表 2 设备额定压力
5 . 2 . 2 温度等级
设备的金属部件应设计在表 3 所示的温度范围内工作。
设备中与井内流体接触的合成橡胶材料应设计在表 4 所示的温度级别内工作。最低温度是指设备可能承受的最低温度。
连续高温应为按照表 4 规定在 10 压力循环周期内获得的最低流体温度。
GB/T 20174—2019
极限高温是指 1 h 内允许的流体最高温度。
全部温度范围组合按表 4 给出的 3 位字母代号表示。
所有其他合成橡胶密封件应设计在制造商书面规定的温度范围内工作。
5 . 2 . 3 井内流体等级
所有与井内流体接触的金属材料都应符合 GB/T 20972 对于在酸性条件下工作的要求。
表 3 金属材料的温度等级
表 4 非金属密封材料温度范围
示例:材 料“FDE”的 低 温 级 别 为 40 T (4 ℃), 连 续 高 温 级 别 为 240 T ( 116 ℃ ) 以 及 极 限 温 度 级 别 为 300 T (149 ℃ ) 。
5 . 3 设备规格的设计要求
5 . 3 . 1 法兰端部和出口连接
5 . 3 . 1 . 1 总则
法兰端部和出口连接尺寸在组装和测试前应符合 GB/T 22513 的规定。
尺寸适用于机加工尺寸,而非试验后或法兰和垫环组装后尺寸。
GB/T 20174—2019
API 6B 型和 6BX型法兰连接可用作整体连接。
安装在钻通设备上的 API 6B 型和 6BX型整体法兰,应不带试验连接。
API 6B 型和 6BX 型法兰连接应按表 5 所示的公称尺寸和压力等级组合设计。
5.3. 1 .2 API6B型法兰连接
6B 型法兰应设计为双头螺栓或螺柱式。
6B 型法兰连接是一种垫环型连接,不应设计为面对面组装。
注:这种连接组装的螺栓力作用在金属垫环上。
6B型整体法兰的尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
所有垫环槽尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
表 5 GB/T22513 法兰连接的额定压力等级和尺寸范围
5.3. 1 .3 API6BX型法兰连接
6BX 型法兰应设计为双头螺栓式或螺柱式。
6BX 型法兰连接是一种设计为带凸面的垫环型连接。
注:当放置好垫环后,依靠尺寸公差,连接组装的螺栓力可作用在法兰凸面上。 这种支撑防止了过大的螺栓扭矩对法兰或垫环的损坏。
6BX型整体法兰的尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
所有垫环槽尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
注:如果堆焊层合金的强度不小于基体金属的强度时,可能需要进行其他焊接准备。
5 . 3 . 2 螺柱式端部及出口连接
5 . 3 . 2 . 1 总则
本标准涉及的两种螺柱式端部和出口连接(6B 型和 6BX型)应符合 GB/T 22513 的规定。
6B 型和 6BX型螺柱连接可用作整体连接。
除了 5 . 3 . 2 . 2 和 5 . 3 . 2 . 3 的要求,螺柱式端部和出 口连接的设计应符合 5 . 3 . 1 . 1 的规定。 5 . 3 . 2 . 2 6B型螺柱连接
6B型螺柱连接的孔径、螺柱分布圆直径和法兰外径尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
应按照 GB/T 22513 的规定,对螺柱连接全部进行机加工。
GB/T 20174—2019
螺纹孔的尺寸规格和定位应符合 GB/T 22513 的规定。 攻丝孔的螺纹型式应符合 GB/T 22513 的要求。 螺纹孔内完整螺纹的最小深度应等于其螺栓直径,最大螺纹深度应符合制造商书面规范的要求。
5 . 3 . 2 . 3 6BX型螺柱连接
6BX型螺柱连接的孔径、螺柱分布圆直径和法兰外径尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
应按照 GB/T 22513 的规定,对螺柱连接全部进行机加工。
螺纹孔的尺寸规格和定位应符合 GB/T 22513 的规定。 攻丝孔的螺纹型式应符合 GB/T 22513 的要求。 螺纹孔内完整螺纹的最小深度应等于其螺栓直径,最大螺纹深度应符合制造商书面规范的要求。
5 . 3 . 3 螺栓
5 . 3 . 3 . 1 陆上用螺栓
5 . 3 . 3 . 1 . 1 总则
OEM应提供评定螺栓制造商的文件化程序,该程序应当符合表 6 中规定的 API Spec 20E 和 API Spec 20F 的要求。 暴露螺栓的硬度应符合 GB/T 20972 的要求。 OEM应提供有关双头螺柱、螺母及螺栓的螺纹形状和尺寸的书面说明。 若规定进行镀层或涂层,应符合 API Spec 20E镀层和涂层要求。
采用专用材料制造的螺栓应符合 API Spec 20E 或 API Spec 20F 的要求,且该材料的化学成分和力学性能符合制造商的规定。
螺栓要求见表 6 。
表 6 螺栓要求
5 . 3 . 3 . 1 . 2 控压螺栓
合金钢和碳钢螺栓应符合 API Spec 20E BSL-1 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA螺栓应符合 API Spec 20F BSL-2 的最低要求。
GB/T 20174—2019
5 . 3 . 3 . 1 . 3 封闭螺栓
合金钢和碳钢封闭螺栓应符合 API Spec 20E BSL-2 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA封闭螺栓应符合 API Spec 20F BSL-2 的最低要求。
5 . 3 . 3 . 1 . 4 承压螺栓
合金钢和碳钢承压螺栓应符合 API Spec 20E BSL-2 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA承压螺栓应符合 API Spec 20F BSL-2 的最低要求。
5 . 3 . 3 . 1 . 5 多功能螺栓
合金钢和碳钢螺栓应符合制造商技术规范。
不锈钢和 CRA螺栓应符合制造商技术规范。
5 . 3 . 3 . 2 海洋水面上及水下用螺栓
5 . 3 . 3 . 2 . 1 总则
OEM应提供评定螺栓制造商的文件化程序,该程序应符合 API Spec 20E 和 API Spec 20F 的要求。
采用合金钢或碳钢制造的螺栓最高硬度应不超过 34 HRC。
暴露螺栓应符合 GB/T 20972 的要求。 OEM应提供有关双头螺柱、螺母及螺栓的螺纹形状和尺寸的书面说明。
若规定进行镀层或涂覆,应提供 API Spec 20E镀层和涂覆要求。
采用专用材料制造的螺栓除了化学成分和力学性能符合制造商规定外,还应符合制造商的书面规
范和 API Spec 20E或 API Spec 20F 的要求。
螺栓要求参见表 6 。
5 . 3 . 3 . 2 . 2 控压螺栓
合金钢和碳钢螺栓应符合 API Spec 20E BSL-2 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA螺栓应符合 API Spec 20F BSL-2 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
将剪切闸板刀体固定至闸板的螺栓应符合:
—API Spec 20E BSL-3 或 API Spec 20F BSL-3 以及 GB/T 22513 关于材料类型的要求;
— 制造商关于化学成分与力学特性的书面规范与要求。
5 . 3 . 3 . 2 . 3 封闭螺栓
合金钢和碳钢封闭螺栓应符合 API Spec 20E BSL-3 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA封闭螺栓应符合 API Spec 20F BSL-3 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
GB/T 20174—2019
5 . 3 . 3 . 2 . 4 承压螺栓
合金钢和碳钢承压螺栓应符合 API Spec 20E BSL-3 的最低要求以及 GB/T 22513 中材料级别和力学试验的要求。
不锈钢和 CRA承压螺栓应符合 API Spec 20F BSL-3 的最低要求。
5 . 3 . 3 . 2 . 5 多功能螺栓
合金钢、碳钢、不锈钢和 CRA螺栓应符合制造商规范。
5 . 3 . 4 毂式端部和出口连接
5 . 3 . 4 . 1 总则
毂式端部和出口连接(16B 型和 16BX型)应符合本标准的规定。
16B 型和 16BX型毂可用作整体连接。
安装在钻通设备上的 16B 型和 16BX 型毂,应不带试验连接。
16B 型和 16BX 型毂应用表 7 所示的公称尺寸和压力等级组合设计。
表 7 16B型和 16BX型毂的额定压力等级和尺寸范围
5 . 3 . 4 . 2 16B型毂
16B 型毂是一种垫环型连接,设计为面对面组装。 这些连接使用 RX 型垫环。
为了实现面对面的组装,应采用表 8 和表 9 所示的特殊 SR 型垫环槽。
16B型整体式毂的尺寸应符合表 8 或表 9 及图 4 的规定。
16B型盲板式毂的尺寸应符合表 8 或表 9 及图 5 的规定。
16B型毂应使用符合 5 . 3 . 6 的 RX 型垫环。
注:16B型毂可以制作成在垫环槽堆焊耐腐蚀层的形式。
堆焊前,垫环槽应按表 10 和图 6 的规定制备。
垫环槽的尺寸应符合表 11 和图 7 的规定。 所有垫环槽 23°表面的粗糙度应不超过 Ra= 1. 6 μm [63 μin(微英寸)RMS]。
GB/T 20174—2019
表 8 额定压力 13.8 Mpa(2 000 psi)的 16B型整体式毂连接尺寸
单位为毫米
注:表面粗糙度单位为微米。
图 4 16B型及 16BX型整体式毂连接
GB/T 20174—2019
表 9 额定压力 20.7 Mpa(3 000 psi)的 16B型整体式毂连接尺寸
单位为毫米
注 1:对于 13.8 MPa(2 000 psi) 和 20.7 MPa(3 000 psi) 16B型盲板毂,毂尺寸见表 8 和表 9。如果垫环槽堆焊耐腐
蚀层,其粗加工详细尺寸见表 10 。
注 2:对于 34.5 MPa(5 000 psi)、69.00 MPa(10 000 psi)、103.5 MPa(15 000 psi) 和 138.00 MPa(20 000 psi) 16BX 型
盲板毂,垫 环 槽 尺 寸 及 允 差 见 表 11、表 12、表 13 或 表 14 。 如 果 垫 环 槽 堆 焊 耐 腐 蚀 层,其 粗 加 工 详 图 见GB/T 22513 。
注 3:表面粗糙度单位为微米。
a 16B型或 16BX型盲板毂的沉孔是可选择的。 如果选用沉孔,其深度不得超过相应的垫环槽尺寸表中所示 E 或 C的尺寸及允差。
图 5 16B型及 16BX型盲板毂
GB/T 20174—2019单位为毫米
注:表面粗糙度单位为微米。
a 堆焊层的最终机加工厚度应不小于 3 . 2 mm(y8 in)。
图 6 SR型垫环槽的粗加工
表 10 SR型垫环槽的粗加工尺寸
5 . 3 . 4 . 3 16BX型毂
16BX 型毂是一种垫环型连接,设计为面对面的组装。 这些连接使用 BX 型垫环。
16BX型整体式毂的尺寸应符合表 12、表 13、表 14 或表 15 及图 4 的规定。
16BX型盲板式毂的尺寸应符合表 12、表 13、表 14 或表 15 及图 5 的规定。
所有垫环槽的尺寸应符合 GB/T 22513 的规定。
16BX型毂应使用符合 5 . 3 . 6 的 BX 型垫环。
注 1 : 16BX型毂可以制作成在垫环槽堆焊耐腐蚀层的形式。
注 2:如果堆焊层合金的强度不小于基体金属的强度时,可能需要进行其他焊接准备。
注 3 : 16BX型毂上的沉孔是可选择的。
注 4:在运行和测试条件下,摩擦力不利于预紧,但有利于稳固连接。
注 5:本标准所述摩擦系数用于卡箍和毂设计。 本标准不适用于摩擦系数不同的材料或涂层。
如果选择沉孔,其深度应不超过相应的垫环槽尺寸表所示的垫环槽深度和公差(E或 C)。
GB/T 20174—2019
单位为毫米
a 锐棱倒钝。
图 7 SR型垫环槽的精加工
表 1 1 SR型垫环槽的精加工
5 . 3 . 5 卡箍
5 . 3 . 5 . 1 总则
本章规定了用于连接符合 5 . 3 . 4 的 16B 型和 16BX型毂的卡箍最基本的设计、材料及尺寸要求。
5 . 3 . 5 . 2 设计
卡箍应按表 16 规定的尺寸范围和压力等级组合设计,并按表 16 确定卡箍号。
卡箍连接器应按 5 . 4 . 2 的规定进行设计。 每个卡箍应根据其与任何毂装配时可能引起的最大负荷进行设计。
在装配条件下,卡箍内孔和与其设计配合的毂颈部在圆周上应保留至少 3 mm(0. 125 in) 的径向间隙。
所有卡箍在每个连接点应有一个或多个螺栓。
应当使用重型球面六角螺母或球面形垫圈以尽量减小螺栓上可能的弯曲度。
GB/T 20174—2019
卡箍螺栓应力应符合 5 . 4. 2 的规定。 其扭矩应由制造商根据其设计来确定,以确保足够的连接预紧力 。应在预紧、工作和试验条件下计算应力。 应考虑到摩擦系数,其在预紧时为+0.1,工作时为-0.1。
注 1 :在运行和测试条件下,摩擦力不利于预紧,但有利于稳固连接。
注 2:本标准所述摩擦系数用于卡箍和毂设计。 本标准不适用于摩擦系数不同的材料或涂层。
如果使用具有其他摩擦系数的材料,制造商应在设计中加入这些系数。
装配应力直接与螺栓负荷成正比,并且还取决于下面载荷中较大者:
a) 压紧垫环且使毂端面接触所需的螺栓载荷;
b) 承受额定压力下端部和压紧垫环所需的螺栓总载荷。
卡箍应有足够的夹紧力以使在额定压力下毂端面保持接触且外径处毂端面不分离。
工作应力应由额定压力下端部和垫环锁紧载荷所产生的应力确定。
试验条件下的应力应由试验压力下端部和垫环锁紧载荷所产生的应力来确定。
计算应力时,应以垫环外径作为密封直径。
所有卡箍在其孔径内应有一个具有 25°±0.25°坡度的槽以便与 16B型和 16BX型毂相配合(见图 8)。卡箍槽所有 25°坡面的表面粗糙度应不大于 Ra0.8 μm[32 μin(微英寸)RMS]。
尺寸适用于机加工尺寸,不适用于试验后或毂和垫环装配预紧后的尺寸。
考虑其适用性确定使用盲法兰或耐冲蚀法兰。
应考虑到摩擦系数,其在预紧时为 +0.1,工作时为-0.1。
堆焊前,钢圈槽的粗加工尺寸符合 GB/T 22513 。
如果材料使用其他摩擦系数,制造商应在设计中包括那些系数。
表 12 额定压力 34.5 Mpa(5 000 psi)的 16BX型整体式毂连接
GB/T 20174—2019
表 12(续)
表 13 额定压力 69.0 Mpa( 10 000 psi)的 16BX型整体式毂连接
GB/T 20174—2019
表 13(续)
表 14 额定压力 103.5 Mpa( 15 000 psi)的 16BX型整体式毂连接
GB/T 20174—2019
表 14(续)
5 . 3 . 5 . 3 材料
卡箍的材料应符合本标准的规定,不必满足 GB/T 20972 中对材料的要求。
螺栓应符合 5 . 3 . 3 中的要求。
垫环材料应满足制造商的书面材料规范。
5 . 3 . 6 垫环
按本标准所制造设备用的垫圈应符合 GB/T 22513 的全部要求。
R 型、RX 型及 BX 型垫环圈用于法兰、螺柱及毂连接。 R 型和 RX 型垫环圈在 R 型环槽中可以互换 。 只有 RX型垫圈才能与 SR 型环槽一起使用。 只有 BX 型垫圈才能与 6BX 型环槽一起使用。 RX型和 BX 型垫圈不可互换。 槽和垫环圈使用概要见表 17 。
表 15 额定压力 138.0 Mpa(20 000 psi)的 16BX型整体式毂连接
GB/T 20174—2019
表 15(续)
5 . 3 . 7 BOP和钻井四通
5 . 3 . 7 . 1 尺寸
BOP 和钻井四通、占位短接的尺寸应与表 1 所规定的一致。
BOP 和钻井四通、占位短接的端面之间的尺寸是指从底部连接底面到顶部连接顶面的总高度。 这些尺寸应符合制造商的书面规范。
BOP 和钻井四通、占位短接应有一个贯穿本体,包括端部连接的圆柱形孔。 本体孔径应符合规定尺寸,且允许通过表 1 所示直径的通径规。
5 . 3 . 7 . 2 设计
设计方法应符合 5 . 4 的规定。
本标准范围内的所有设备端部连接应符合 5 . 3 . 1 、5 . 3 . 2、5 . 3 . 4 或 5 . 3 . 8 的要求。
出 口连接应符合 5 . 3 . 1 、5 . 3 . 2、5 . 3 . 4 或 5 . 3 . 8 的要求。 出 口连接的数量是可选择的。
5 . 3 . 7 . 3 材料
承压零部件的材料应符合第 6 章的规定。
封闭螺栓应符合 5 . 3 . 3 的要求,其他零件应符合制造商的书面规范。
5 . 3 . 8 其他端部连接(OEC)
5 . 3 . 8 . 1 总则
本章对可能用于连接钻通设备而国家标准又未作出规定的其他端部连接提出了要求。 OEC 包括符合本标准但带有专有垫环配件的法兰和毂。 OEC也可以符合制造商的规范。
5 . 3 . 8 . 2 设计
OEC应按照 5 . 4 和表 1 的规定进行设计。
通径应与表 1 所规定的最小孔尺寸一致。
5 . 3 . 8 . 3 材料
OEC 材料应符合第 6 章的规定。
GB/T 20174—2019
5 . 3 . 8 . 4 试验
采用 OEC 的设备应完成第 8 章要求的试验。
表 16 16B型和 16BX型毂连接用卡箍
GB/T 20174—2019
说明:
1 — 螺母;
2 — 外部垫圈;
3 — 内部垫圈;
4 — 球形螺母。
卡箍的最大高度 H= 2L-0.12 in。
注:表面粗糙度单位为微米。
a 尺寸 L 见表 12~表 15 相应的毂。
图 8 16B型和 16BX型毂连接用卡箍
表 17 本标准设备垫环的基本参数
GB/T 20174—2019
表 17(续)
GB/T 20174—2019
5 . 3 . 9 盲板连接
5 . 3 . 9 . 1 法兰
6B 型和 6BX型盲板法兰应符合 GB/T 22513 的尺寸要求。
5 . 3 . 9 . 2 毂
根据相应的尺寸和压力等级,16B 型和 16BX型盲板毂的尺寸应符合图 5 和表 8、表 9、表 12、表 13 、表 14 或表 15 的要求。
5 . 3 . 9 . 3 其他端部连接(OEC)
OEC 的盲板设计和结构应符合 5 . 3 . 8 . 2、5 . 3 . 8 . 3 和 5 . 3 . 8 . 4 的规定。
5 . 3 . 10 转换接头
端部连接应符合 5 . 3 . 1 、5 . 3 . 2、5 . 3 . 4 或 5 . 3 . 8 的规定 。
注:本标准不涉及转换接头的长度要求。
5 . 3 . 1 1 液压连接器
5 . 3 . 1 1 . 1 尺寸
液压连接器的尺寸应与表 1 规定的尺寸一致。
液压连接器的端面之间的尺寸应包括总高度和从内表面(连接到井口装置或 BOP 管柱)到顶部的端部连接表面的高度。 这些尺寸不是标准的,应符合制造商的书面规范。
通径应符合表 1 所规定的端部连接最小通径尺寸。
5 . 3 . 1 1 . 2 设计
设计方法应符合 5 . 4 的规定。
在制造商推荐的操作压力下锁紧并在额定压力下试验时,连接处毂端面不应发生分离。
注:可以使用推荐的最大锁紧压力。
5 . 3 . 1 1 . 3 连接
顶部连接应符合 5 . 3 . 1 、5 . 3 . 2、5 . 3 . 4 或 5 . 3 . 8 的要求 。
底部连接应按制造商的规定在转换接头或井口装置上锁紧和密封。
5 . 3 . 1 1 . 4 垫环保持机构
应具有垫环保持机构。
注:该机构可以是液压的或机械的。
5 . 3 . 1 1 . 5 位置指示器
应配置一个位置指示器以便直观地显示连接器是锁紧状态还是解锁状态。
5 . 3 . 1 1 . 6 材料
材料应符合第 6 章的要求。
5 . 3 . 1 1 . 7 锁紧装置
液压连接器应设计为具有一次和二次解锁功能。
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