API螺纹结构与性能分析

API 钻具接头螺纹的特点、类型、加工要求及技术参数随着牙轮钻进，空气潜孔锤钻进，气举反循环钻进等钻探工艺的推广使用。

API 系列井内钻柱构件和井下工具也得到了越来越广泛的应用。

尤其是连接钻柱构件的API 系列钻具接头螺纹，更是起着不可或缺的作用。

因此，熟悉和掌握API 系列钻具接头螺纹的相关技术规范和设计要求，采用合理的加工参数及检测方法，是保证API 系列井内钻柱构件和井下工具正常使用的重要工作之一。

本文拟在API SPEC7、GB/T9253. 1—1999、SY/T5144—2007及GB/T4749—2003等标准的基础上，并结合生产实践及使用过程中遇到的实际问题，分别就API 系列钻具接头螺纹的特点、类型、规格、加工要求、检测方法、及螺纹的主要失效形式等方面进行论述，以帮助我们加深对API 相关技术规范的理解和认识，正确掌握API 系列钻具接头螺纹的生产加工和操作使用。

一、螺纹特点API 系列钻具接头螺纹主要用于钻杆、钻铤、钻具稳定器和转换器等钻井工具及钻柱构件的连接。

目前生产和检验的主要依据标准为：API SPEC 7《旋转钻柱构件规范》（2001年11月第40版）和GB/T9253.1—1999《石油钻杆接头螺纹》。

API SPEC 7将钻具接头螺纹称为“旋转台肩连接”，这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连接部分直径误差的特点。

因此互换程度高、结合紧密、装拆容易。

其技术特点为：“英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹”，因此在管材连接中应用极为广泛。

API 系列钻具接头螺纹按螺纹形式分为四大类，分类情况见表一。

二、螺纹类型1、数字型螺纹（NC ）这是以螺纹基面中径的英寸和十分之一英寸数值表示的螺纹。

所有规格螺纹均采用V -0.038R 平顶圆底三角形牙型。

牙型特点为：圆形牙底，牙底半径为0.038英寸（0.965毫米）。

数字形螺纹（NC ）是API 推荐优先使用的螺纹类型。

该螺纹有1：6和1：4两种锥度标准，主要应用于钻杆、钻铤、钻具稳定器等钻柱构件的连接，NC50还可应用于在钻头螺纹的连接上。

API钻具接头螺纹的特点、类型、加工要求及技术参数随着牙轮钻进，空气潜孔锤钻进，气举反循环钻进等钻探工艺的推广使用。

API系列井内钻柱构件和井下工具也得到了越来越广泛的应用。

尤其是连接钻柱构件的API系列钻具接头螺纹，更是起着不可或缺的作用。

因此，熟悉和掌握API系列钻具接头螺纹的相关技术规范和设计要求，采用合理的加工参数及检测方法，是保证API系列井内钻柱构件和井下工具正常使用的重要工作之一。

本文拟在API SPEC7、GB/T9253. 1—1999、SY/T5144—2007及GB/T4749—2003等标准的基础上，并结合生产实践及使用过程中遇到的实际问题，分别就API系列钻具接头螺纹的特点、类型、规格、加工要求、检测方法、及螺纹的主要失效形式等方面进行论述，以帮助我们加深对API相关技术规范的理解和认识，正确掌握API系列钻具接头螺纹的生产加工和操作使用。

一、螺纹特点API系列钻具接头螺纹主要用于钻杆、钻铤、钻具稳定器和转换器等钻井工具及钻柱构件的连接。

目前生产和检验的主要依据标准为：API SPEC 7《旋转钻柱构件规范》（2001年11月第40版）和GB/T9253.1—1999《石油钻杆接头螺纹》。

API SPEC 7将钻具接头螺纹称为“旋转台肩连接”，这种带锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连接部分直径误差的特点。

因此互换程度高、结合紧密、装拆容易。

其技术特点为：“英制锥管螺纹、有台肩连接、三角形螺纹”，因此在管材连接中应用极为广泛。

API系列钻具接头螺纹按螺纹形式分为四大类，分类情况见表一。

1、数字型螺纹（NC）这是以螺纹基面中径的英寸和十分之一英寸数值表示的螺纹。

所有规格螺纹均采用V-0.038R 平顶圆底三角形牙型。

牙型特点为：圆形牙底，牙底半径为0.038英寸（0.965毫米）。

数字形螺纹（NC）是API推荐优先使用的螺纹类型。

该螺纹有1：6和1：4两种锥度标准，主要应用于钻杆、钻铤、钻具稳定器等钻柱构件的连接，NC50还可应用于在钻头螺纹的连接上。

API螺纹结构与性能分析作者：杨凯来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第17期[摘要]本文通过有限元法研究了API螺纹的结构与性能之间的关系，圆螺纹连接强度低是因为其牙侧角较大，拉伸时产生的径向分力大，使接箍外涨，管体内缩，内外螺纹承载面之间易产生相对滑动，从而大大降低螺纹的连接强度；而偏梯形螺纹密封性差的原因是在上扣和拉伸载荷作用下，各齿面上的接触压力严重不均匀分布，及螺纹配合后泄漏通道面积加要大于圆螺纹而造成的。

这些结构上的缺陷影响了API螺纹接头的性能，使其不适用于一些工况恶劣的油气井。

[关键词]API螺纹有限元连接强度密封性能API螺纹是油管、套管的主要螺纹形式，其具有统一完善的加工、检验和使用标准，螺纹结构简单，易加工。

常用的API标准油套管接头可以分为长圆螺纹接头和偏梯形螺纹接头。

但是，由于API螺纹接头其本身结构设计的问题，至使其性能存在一定的缺陷，圆螺纹密封性能好但连接强度低，偏梯形螺纹连接强度高但密封性能差。

这些问题使API螺纹接头的适用井矿受到一定的限制，不适用于高压气井、深井、热采井等服役条件恶劣的井矿。

1 API螺纹的结构特点API圆螺纹的结构为承载面和导向面都为30°角、螺距3.175mm、齿高1.81mm，锥度1：16。

API偏梯形螺纹的结构为导向角10°，承载角3°角、螺距5.08、齿高1.575mm，锥度1：16。

圆螺纹和偏梯形螺纹内外螺纹旋合后，螺纹之间存在一条泄露通道。

圆螺纹主要在啮合螺纹的齿顶和齿底形成螺旋形通道；偏梯形螺纹主要在啮合螺纹的导向面之间，以及螺纹齿顶和齿底之间存在螺旋形通道，这些通道使套管内、外通过螺纹之间的通道连通，从而使流体泄漏。

因此从结构上分析，API螺纹不具有流体（尤其是气体）密封能力。

为了使API螺纹能够密封一定的流体或气体，在上扣时给内外螺纹涂抹一定量的螺纹脂，上扣过程中螺纹脂被挤压到螺纹之间的泄露通道中，来封堵这些通道来实现API螺纹的密封功能。

api螺纹标准手册API螺纹标准手册。

API螺纹是一种常见的管道连接标准，广泛应用于石油、天然气、化工、航空航天等行业。

本手册将介绍API螺纹的标准规范、尺寸参数、加工工艺以及相关注意事项，旨在帮助用户更好地了解和应用API螺纹标准。

一、API螺纹标准规范。

API螺纹标准是由美国石油协会（API）制定的，其主要规范包括API 5B和API 7-2。

API 5B是针对螺纹连接的规范，包括螺纹尺寸、螺纹角度、螺纹牙型等内容；API 7-2是针对旋转钻井设备用螺纹的规范，包括螺纹尺寸、技术要求、检测方法等内容。

用户在选择和应用API螺纹时，应严格按照相关规范执行，以确保连接质量和安全可靠性。

二、API螺纹尺寸参数。

API螺纹的尺寸参数是用户选择和应用螺纹连接时的重要参考依据。

主要包括螺纹外径、螺纹节距、螺纹牙型等参数。

用户在设计和加工螺纹连接时，应准确掌握API螺纹的尺寸参数，以确保螺纹连接的互换性和可靠性。

三、API螺纹加工工艺。

API螺纹的加工工艺对螺纹质量和连接性能具有重要影响。

常见的加工工艺包括切削加工、滚压加工、锻造加工等。

不同的加工工艺对螺纹的牙型、尺寸精度、表面质量等有不同要求，用户在选择加工工艺时，应根据具体要求进行合理选择，并严格执行相关工艺标准。

四、API螺纹注意事项。

在使用API螺纹连接时，用户应注意以下事项，首先，严格按照规范要求进行螺纹加工和连接装配；其次，定期检测和维护螺纹连接，确保其安全可靠性；最后，严禁使用损坏或磨损严重的螺纹连接，以免造成泄漏或断裂等安全事故。

总结。

本手册对API螺纹标准进行了全面介绍，包括标准规范、尺寸参数、加工工艺以及注意事项等内容。

用户在选择和应用API螺纹时，应严格执行相关标准和规范要求，以确保螺纹连接的质量和安全可靠性。

希望本手册能够为广大用户在API 螺纹应用中提供参考和帮助。

API圆螺纹套管锥度公差和中径公差的控制API圆螺纹属圆锥螺纹，其锥度和中径是两个重要的参数，二者关系为T=（D大-D小）/L 式中T——螺纹锥度，m/m；D大——螺纹大端中径，mm；D小——螺纹小端中径，mm；L——大端与小端之间的螺纹长度，mm。

螺纹锥度表示单位长度内螺纹中径的增加量。

一方面，螺纹中径直接决定螺纹锥度的大小，另一方面，当锥度确定时，它又影响螺纹中径的变化。

所以，对API圆螺纹而言，螺纹锥度公差和中径公差的选取是相互影响和相互制约的。

API标准的规定有关API 圆螺纹生产、制造和检验方法在API STD 5B标准［1］中给出。

这个标准规定，所有圆螺纹套管锥度在名义尺寸下为1/16，即0.0625m/m （0.0625英寸/英寸），在全长螺纹范围内，公差取-0.0026～+0.0052m/m，因此，API圆螺纹套管锥度实际范围为0.0599～0.0677m/m。

API圆螺纹中径名义值在基准面E1平面给出，不同规格套管中径的名义值在API STD 5B中列表给出。

API并未直接给出中径公差值，而是通过量规（环规和塞规）检验的紧密距公差间接给出，在其它参数为名义值时，紧密距公差折算的中径公差为±0.1984375mm （0.0078125英寸），故API圆螺纹中径变化为E1±0.1984375mm。

从API STD 5B的规定来看，API圆螺纹锥度和中径公差的选择并无直接关系，即锥度和中径公差的确定并未充分考虑其相关性。

这种规定产生的不良后果是：当锥度和基准面处中径合格时，在大端或小端处的中径却有可能不合格；当全长螺纹内中径均合格，锥度却可能不合格，而且这种不合格，按目前的检验方式有可能检验不出来。

锥度公差对中径公差的影响如图1所示，位于大端和小端处的中径可由下面的关系式确定。

图1中径计算示意图对于外螺纹D小=E-L1TD大=E+(L-L1)T对于内螺纹D小=E-LT D大=E式中E——螺纹基准面处的中径，mm；L1——管端至基准面长度，mm。

API螺纹的检验学习API--AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE(美国石油协会)Cham2015-12-251.石油管简介钻杆钻具钻铤方钻杆油井管转换接头油套管石油专用管管线管2.石油管螺纹的特点：带有一定锥度的螺纹，如1：4（3寸/12寸）、1：6（2寸/12寸）、1：8（1.5寸/12寸）、1：9.6（1.25寸/12寸）、1：12（1寸/12寸）、1：16（0.75寸/12寸）。

具有上扣速度快，连接强度高，密封性能好等特点。

主要用于钻具、油套管和管线管等石油管螺纹连接。

3.石油管螺纹特性螺纹连接部位是最薄弱的环节，失效事故80%以上发生在螺纹连接处。

因此，螺纹主要应具备两个特性：结构完整生：就是螺纹啮合后应具备足够的连接强度，不致于在外力作用下使结构受到破坏。

密封完整性：就是要能够保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各种不同受力状态下承受内外压差（一般为几百个大气压）的长期作用而不泄。

结构完整生和密封完整性是油井管两个极为重要的技术指标。

4. 螺纹检测的目的：就是要把存在螺纹质量问题的管子检查出来，防止不合格管出厂或下井，最大限度避免或减少油井管失效事故的发生。

生产厂要经过工序检验、巡检、入库前抽检（成品库抽检）等多道工序把关;各油田还要进行到货后商检（验收）或派人到工厂监造或在出厂前、装船（车）前检验，有的油田则委托第三方检验机构驻厂监造。

油田除螺纹参数、外观按比例抽检外，有的单位还要对螺纹接头进行静水压密封性能检验。

油井管下井前，作业员还需要对螺纹进行外观检查（有无变形、损伤、锈蚀等）。

5.石油管螺纹检测5.1 检测项目5.1. 1 螺纹外观（缺陷、缺欠）5.1. 2螺纹参数及几何尺寸（牙高、锥度、螺距、牙半角、紧密距等）5.2螺纹形式及代号钻具：数字型接头NC(NC23~NC77)正规型接头REG(2 3/8REG~8 5/8 REG)内平型接头IF(2 3/8IF~5 ½ IF)贯眼型接头FH(3 1/2FH~6 5/8FH)螺纹有左右旋之分。

1研究现状螺纹是套管柱的主要连接形式,套管可以分为API标准套管和特殊螺纹连接套管。

API标准套管是指按照API Spec 5B标准制造的系列套管。

API 标准规定的螺纹连接类型有4种,即:短圆螺纹(STC)、长圆螺纹(LTC)、偏梯形螺纹(BTC)和直连形螺纹(XL)。

特殊螺纹连接套管是指各大钢管厂为了满足各种特殊工况的需要,保证套管柱的结构完整性和密封完整性而开发的系列套管。

1.1 API标准螺纹连接强度研究现状1997年6月,王琍等研究了螺距误差对螺纹牙过盈分布的影响,求出了由于过盈产生的接触压力,进而得到装配扭矩,从理论上揭示了螺距误差对扭矩的影响规律,为进一步深入分析螺纹几何参数对扭矩的影响奠定了基础。

朱翠娥等利用有限元法对存在制造误差的油井套管进行了应力分析,并对套管与套管之间的丝扣联接部分进行了应力分析,编制了数值计算软件,指出了应力提高系数屈服过程,为套管设计提供了依据。

同年7月,张毅等通过全尺寸实物试验发现:套管试件的几何尺寸与螺纹参数的诸多可变参量中,尺寸因素的加权值占到98.4%。

而且在尺寸因素中, 中径所占比例最大,达到64.5%,接箍不圆度占27.1%,锥度仅占2.52%，并给出了推荐的螺纹参数加工公差带。

2000年,习俊通等根据套管螺纹接头的结构和受载特点,在先期建立套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型和分析程序的基础上,研究了因加工误差而造成套管接头内、外螺纹螺距不一致时对其载荷传递特性的影响;为设计时合理选择套管接头内、外螺纹的螺距公差提供了依据。

2001年,王治国等在圆螺纹油套管的API设计思想框架内, 讨论了如何确定最佳上扣扭矩, 得出为了能够发挥API圆螺纹油套管的最佳使用性能,应该根据油套管的实物情况确定对应于最佳上紧位置的实需最佳上扣扭矩。

2005年,高连新等利用弹塑性有限元法,研究了圆螺纹套管接头发生滑脱失效的过程与机理,然后通过全尺寸试验,分析了这种接头在失效过程中的应变分布及变形情况,验证了有限元结果，并得出圆螺纹套管滑脱失效最先发生在啮合大端的第1、2牙螺纹上,设法提高此处螺纹的承载能力,对提高圆螺纹套管的连接强度具有重要意义。

螺纹分析报告1. 引言螺纹是一种常见的连接方式，被广泛应用于工程和制造领域。

螺纹连接在机械设计中扮演着重要的角色，它们可以提供稳定和可靠的连接。

因此，对螺纹的分析和评估变得至关重要。

本文将对螺纹连接进行分析，并提供螺纹连接的评估报告。

2. 螺纹连接的基本原理螺纹连接是利用螺纹的转动摩擦和压力分配特性来实现连接的。

螺纹连接由外螺纹和内螺纹组成，外螺纹是具有凸起螺纹的一侧，而内螺纹是具有凹陷螺纹的一侧。

通过旋转外螺纹与内螺纹，将两个部件紧密连接在一起。

螺纹连接通常具有良好的密封性和抗松动能力。

3. 螺纹连接的设计原则在设计螺纹连接时，需要考虑以下几个关键因素：3.1 螺纹的尺寸和几何形状螺纹的尺寸和几何形状对连接的强度和可靠性有重要影响。

螺纹的直径、螺距和线数都需要经过精确计算，以确保连接的稳定性和负载承载能力。

3.2 材料选择螺纹连接需要使用高强度和耐腐蚀的材料，以确保连接的安全性和持久性。

常见的材料选择包括不锈钢、合金钢等。

3.3 摩擦系数螺纹连接的摩擦系数直接影响到连接的紧固力和松动抗力。

通过适当的润滑和紧固力控制，可以确保螺纹连接的紧固性能。

4. 螺纹连接的分析方法对螺纹连接进行分析有几种常见的方法：4.1 有限元分析有限元分析是一种可以模拟和预测螺纹连接性能的数值模拟方法。

通过建立螺纹连接的有限元模型，并应用适当的载荷和边界条件，可以评估螺纹连接的结构强度和应力分布。

4.2 实验测试实验测试是通过在实际螺纹连接上施加载荷并测量响应来评估连接性能的方法。

例如，可以使用扭矩测力计来测量螺纹连接的紧固力和松动抗力。

4.3 经验公式经验公式是基于大量实验和工程实践得出的经验性公式，用于估计螺纹连接的强度和可靠性。

这些公式对于常见的螺纹尺寸和材料组合可以提供快速的评估和设计指导。

5. 结果与讨论通过对螺纹连接进行分析，可以得出以下结论和讨论：•螺纹连接的设计尺寸和几何形状符合要求，满足预期的负载要求和紧固力。

套管螺纹在API 规范中分为五大类：API 标准螺纹的优点是：1) 加工容易，一般精度，油田现场容易加工配接有关短节，成本低。

2) 采用一般操作条件联接，易于修扣和现场处理。

3) 在有优质密封脂配合使用，对流体密封条件可达69MPa 及1490 C。

4) 可以重复上扣使用。

其缺点有：1) 过高压力及气体不能满足密封要求。

2) API 螺纹的联接强度仅是管体抗拉强度的80％。

3) 在有腐蚀流体的环境，因API 接箍的“干扰值”过大，过大的圆周应力容易产生接箍的氢脆应力破坏或发生应变裂纹套管得选择：从螺纹抗泄漏压力比较，长圆螺纹与短圆螺纹其压力是-致的。

而梯形螺纹抗泄漏压力最大。

因此BTC 更不易漏失。

深井套管承受较大的拉伸负荷和高压缩强度的作用，通常API 钢级套管很难满足，因此尽可能不使用API 而采用非API 钢级套管，尤其不要使用API 圆螺纹套管。

若套管内压超过34．5MPa(5000psi)时宜选用无缝钢管而不用电阻焊钢管。

高温高压气井易使套管受热变形和弯曲，连接部分易发生气体漏失。

现行API 标准钢级尤其是螺纹尚不能满足高温高压井的需要。

而非API 标准钢级和扣型如NKK 系列套管具有高连接强度及高抗漏特性。

硫化氢使钢体脆性断裂，即发生氢脆，在低温下API 高强度钢中氢脆现象更严重，而非API 钢级套管如NKK 系列套管较宜于有硫化氢存在的环境下使用。

在存在CO2环境下宜选用API 无缝钢管而不宜选用电阻焊钢管，或选用抗腐蚀合金钢如Cr9、Crl3、Cr23 或Cr25 级别的不锈钢管由于大斜度井的造斜井段曲率较大，会大大增加套管的弯曲应力，而可能引起套管接箍断裂。

因此应选用较高钢级的API 套管API 规范中有三种类型的接箍：外加厚扣、平式扣和整体扣。

平式扣是在外径相同的油管上加工螺纹。

这样在螺纹的地方由于厚度变薄和应力集中，使得螺纹部门的强度低于油管本体的强度。

外加厚油管是油管两端外径（厚度）大于本体，在两端加工螺纹，使得螺纹部分的强度不低于油管本体的强度。

API螺纹中的全顶螺纹、完整螺纹和有效螺纹杨力能（中国石油天然气集团公司管材研究所陕西西安710065）关键词：全顶螺纹full crested thread、完整螺纹perfect thread、有效螺纹在API 5B 的中文译版中，将full crested thread和perfect thread都翻译成“完整螺纹”。

实际上，对于API锥管螺纹，他们是两个不同的概念。

在API 5B表3、表6、表7、表9、表13、表14、表15中“L c…”对应的是“full crested thread…”，表9第五列“L7…”对应的是“perfect threa d…”。

很显然，他们表示的是不同的概念，如果不加以区分，将影响对标准的理解和执行。

1．全顶螺纹和完整螺纹的含义1.1 全顶螺纹全顶螺纹—full crested thread：在API 5B 4.1.13有如下说明：“所要求的全顶螺纹最小长度由表3、6、7、9、、12、13、14和15中的L c确定。

非全顶螺纹在过去和现在都被认为是由于原轧制表面未清除而形成的“黑顶螺纹”。

“黑顶螺纹”是一个惯用的说明性术语，但是必须指出，非全顶螺纹也可能不是黑顶的。

对于L c范围内的非全顶螺纹及原始管子外径或加厚表面，不得用机械或手工方式修整而使其看似为全顶螺纹”。

全顶螺纹首先应该牙顶完整。

1.2 完整螺纹：GB/T14791—93《螺纹术语》中的完整螺纹（（complete thead））的定义是：“牙顶和牙底都完整的螺纹”。

API 5B中的完整螺纹（perfect thread）在5.1.4节有关于完整螺纹定位的叙述：“a) 第一牙完整螺纹的位置：对于外螺纹是最靠近倒角的螺纹，对于内螺纹是最靠近端面的螺纹。

其牙底两侧都是完整螺纹。

b) 最后一牙完整螺纹的位置：①外螺纹最后一牙完整螺纹的位置，油管和管线管是在距外螺纹端面(L4-g)处，偏梯型套管是在距外螺纹端面L7处；圆螺纹套管是在管端至最后划痕（最后螺纹槽）螺纹消失点长度－0.500in处。