ICS 75.180.10
E 92
D
中华人民共和国国家标准
GB/T 20657—2011/ISO/TR 10400:2007
代替GB/T20657—2006
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
Petroleum and natural gas industries-Equations and calculations for the properties of casing, tubing,drill pipe and
line pipe used as casing and tubing
(ISO/TR 10400:2007,IDT)
2012-06-01实施
2011-12-30发布
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
数码防价 中华人民共和国
国家标准
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/T20657—2011/ISO/TR10400:2007
*
中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号（100013) 北京市西城区三里河北街16号（100045）
网址www.spc.net.cn
总编室：(010)64275323发行中心：（010)51780235
读者服务部：（010)68523946 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷
各地新华书店经销
*
开本880×12301/16印张23字数702千字 2012年6月第一版 2012年6月第一次印刷
*
书号：155066·1-44909 定价158.00元
如有印装差错 由本社发行中心调换
版权专有 侵权必究举报电话：（010)68510107 GB/T20657-2011/IS0/TR10400:2007
目 次
前言 1范围一致性
2
2.1规范性引用文件 2.2计量单位 3规范性引用文件 4术语和定义符号和缩略语
5
管体三轴应力屈服设计 6.1 通则 6.2 假设条件和适用范围· 6.3 计算所需参数… 6.4 管体三轴应力屈服设计公式 6.5 管线管三轴应力屈服设计公式使用· 6.6 计算示例管体延性断裂· 7. 1 通则 7. 2 假设条件和适用范围 7.3计算所需参数· 7. 4 封堵管端延性断裂设计公式 7. 5 轴向拉伸和外压作用下延性断裂设计公式修正 7. 6 计算示例 8外压挤毁 8.1 通则· 8.2 假设条件和适用范围· 8.3 计算所需参数· 8.4 管体挤毁压力设计公式.. 8.5 经验系数 8.6 挤毁压力公式在管线管的应用
6
12
4
12
13
:
15 16 16 18 18 20 21 21 22 22 22 26 27
8.7 计算示例 9接头连接强度·
2 28
28 28 30 31 31 I
9.1 遵则· 9.2 API套管接头拉伸连接强度设计公式 9.3 API油管接头拉伸连接强度 9.4 管线管连接强度·
10接箍抗内压性能 GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
10.1 通则 10.2圆螺纹和偏梯形螺纹接箍内屈服压力 10.3圆螺纹或偏梯形螺纹接箍的内压泄漏强度 11 质量
31 32 32 32 32 32 33 33 33 34 34 35 37 41 44 44 44 45 45 45 46 46 47 47 49 49 49 51 53 54 56 57 57 57 58 66 93 95 100 110
11. 1 通则 11.2 名义质量 11.3 平端管质量 11. 4 管端加工管子质量 11. 5 螺纹和接箍质量 11.6 端部加厚和带螺纹的整体连接油管和直连型套管的质量 11.7 端部加厚质量 11.8 接箍质量 11.9 螺纹加工损失质量 11.10 端部加厚质量 12 伸长率 13压扁试验 13.1套管和油管的压扁试验 13.2管线管压扁试验 . 14静水压试验 14.1平端管子、直连型套管和整体接头油管的静水压试验· 14.2带螺纹和接箍管子的静水压试验压力 15圆螺纹套管和油管上扣扭矩 16 埋弧焊管线管导向弯曲试验
16.1通则 16.2背景 17 API接箍和管体最小冲击试样规格确定 17.1 临界厚度 17.2 接箍半成品壁厚 17.3 横向冲击试样壁厚 17.4 纵向冲击试样壁厚 17.5 API接箍最小试样尺寸 17.6 管体冲击试样尺寸 17.7 更大尺寸试样 17.8 参考信息附录A（资料性附录） 管体三轴屈服公式讨论附录B（资料性附录） 延性断裂公式的讨论附录C（资料性附录） 内压破裂试验程序附录D（资料性附录） 破裂公式讨论附录E（资料性附录） API挤毁公式发展讨论附录F（资料性附录） 挤毁强度可靠性研究发展 I GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
142 145 157 162 166 260
附录（（资料性附录） 由外压挤毁试验数据计算抗挤毁强度设计值附录1{（资料性附录） 根据产品数据确定抗挤毁强度附录】（资料性附录） 外压挤毁试验程序. 附录」（资料性附录） 接头连接强度公式讨论附录K（资料性附录） 国际单位制计算性能表格列表附录L（资料性附录） 美国惯用单位制性能列表 GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准代替了GB/T20657一2006《石油天然气工业套管、油管、钻杆和管线管性能公式及计算》。 本标准与GB/T20657—2006相比，主要技术变化如下：
一修订了标准名称，明确了该标准适用于套管、油管和钻杆； -增加了三轴应力屈服设计公式； -增加了考虑缺欠尺寸的延性断裂强度公式；一增加了冲击试样加工所需接箍或管体临界壁厚计算公式； --附录中增加了抗挤毁强度延性断裂公式的更新研究成果。
本标准使用翻译法等同采用ISO/TR10400：2007《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》。由于ISO/TR10400：2007中部分公式的推导是在统计基础上由回归分析方法得到的，公式中的参数（包括有量纲参数及无量纲参数)在从英制向国际单位制转化过程中相对变化较大，从而导致原公式变形；而且，ISO/TR10400：2007也采用英制单位，因此，本标准同ISO/ TR10400：2007保持一致，此类公式也采用英制单位。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：
a）删去了国际标推表头中的数字序号； b）删除国际标准的前言和通则。 本标准由中国石油天燃气集团公司提出。 本标准由全国石油天然气标准化技术委员会（SAC/TC355）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。 本标准主要起草人：申昭熙、王建军、林凯、徐婷、许晓峰。 GB/T20657-2011/IS0/TR.10400:2007
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
1范围
本树准给出了各种管材性能必要的计算公式和模板，包括：一管体性能，如轴向强度、内压抗力和外压挤毁抗力；
1
"最小物理指标； *上扣扭矩；产品试验压力；一与试验检测标准相关的产品临界尺寸；试验设备的临界尺寸； +试样临界尺寸。 对管材性能计算公式，提供了与其发展和使用相关的大量背景资料。 本械准的公式可用于根据ISO1960或APISpec5CT，ISO11961或APISpec5D，ISO3183或
1
APISpe:5L生产的管材，根据具体况选用合适的公式。这些公式和模板用于其他管材时应谨慎。 制造过科中有冷加工（如冷矫直管）的产品也包括在本标准范围内。成品管再进行冷加工的，如膨胀管和连续油管就超出了本标准的范围。
管续管和其他管材使用本标准中的性能计算公式时仅限于这些管材用作套管/油管或试验室使用，并需对其热处理过程、矫直过程和屈服强度等与最接近的套管/油管产品谨慎对应。这些公式用于钻杆性能计算时也应保持同样的谨慎。
通过输入管材几何、生产工艺及材料参数，本标准公式可计算出ISO11960或APISpec5CT， ISO1191或APISpec-5D，ISO3183或APISpec5L中管材预期性能。本标准公式计算结果不能理解为生产过程的保证。制造厂根据包括产品尺寸和理化性能的生产规范要求可生产石油管材。本标准设计公式为用户了解管材性能提供了一个参考数值，可用于进行井身设计或研究。
本概准不是设计规程，它只提供用于下井使用的管材性能计算的公式和模板。本标准不提供任何关于管可能会遇到的载荷或者可接受的设计必须的安全裕量。用户确定合适的设计载荷和选择足够的安全系数以进行安全有效的设计。设计载荷和安全系数应基于历史经验、当地法规要求和特定并况选择确定。
本准中所有的公式和所列管材性能数据均假定处于良好环境，材料性能满足ISO11960或API Spec5CT，ISO11961或APISpec5D，ISO3183或APISpec5L要求。其他环境可能需要另外的分析，如附D中所列的那样。
本标准不包括管材接头密封强度和动载荷作用下的管材性能。 本标准中所有的拉伸应力都是正值。
2一致性
2.1规范性引用文件
为本标准能在世界范围内使用，经仔细讨论后，在API、ASTM和ANSI准备的相关文件相关要
1 GB/T20657—2011/ISO/TR10400:2007
求条款里，ISO/TC67决定在第3条款中所列的规范性引用文件和ISO/TC67或其他ISO技术委员会推荐的文件是可互换的。这些文件在后面以ISO参考书目形式列出，或在前面以“ISOXXX或API XXX”形式列出。以这种方式列出的可替换的规范性引用文件的应用可能导致与前面ISO引用文献不同的技术结果。但是这两种结果都是可接受的，这些文件在应用中是可互换的。 2.2计量单位
本标准中，所有数据都以国际单位制和美国惯用单位制同时给出。对某个特定订货条款，只需使用一种单位制，不必配合使用其他单位制。
3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/T9253.2套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范 GB/T17745石油天然气工业套管和油管的维护与使用（GB/T17745—1999，ISO10405：
1993,IDT)
SY/T6417套管、油管和钻杆的使用性能公报（SY/T6417—2009，APIBul5C2：1999IDT） ISO3183：2007石油天然气工业管线输送系统用钢管（Petroleumandnaturalgasindustries-
Steel pipe forpipeline transportation systems)
ISO11960：2004石油天然气工业油气井套管或油管用钢管（Petroleumandnaturalgasindus tries-Steel pipes for use as casing or tubing for wells)
ISO11961石油天然气工业钢钻杆（Petroleumandnaturalgasindustries—Steeldrillpipe) ISO13679石油天然气工业一套管和油管接头试验程序（Petroleumandnaturalgasindustries-
Procedures for testing casing and tubing connections)
ANSI-NACETM0177硫化氢环境中金属材料硫化氢应力开裂和应力腐蚀开裂的试验室检测 (Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking and stress corrsion crackings in H,Senvironments)
APIRP579服役适用性评价推荐作法（Recommendedpracticeforfitness-for-service） APIRP5C1套管和油管的维护与使用推荐做法（Recommendedpracticeforcareanduseofcas-
ing and tubing)
APIRP5C5套管和油管接头试验程序推荐做法（Recommendedpracticeonprocedurefor testing casing and tubing connections)
APISpec5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（Specificationforthreading， gauging and thread inspection of casing,tubing,and line pipe threads)
APISpec5CT套管和油管规范（Specificationforcasingandtubing） APISpec5D钻杆规范（Specificationfordrillpipe) APISpec5L：2004管线管规范（Specificationforlinepipe) BS7910金属结构可接受裂纹评估方法指导（Guidetomethodsforaccessingtheacceptabilityof
flaws in metallic structures) 4术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
2 ICS 75.180.10
E 92
D
中华人民共和国国家标准
GB/T 20657—2011/ISO/TR 10400:2007
代替GB/T20657—2006
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
Petroleum and natural gas industries-Equations and calculations for the properties of casing, tubing,drill pipe and
line pipe used as casing and tubing
(ISO/TR 10400:2007,IDT)
2012-06-01实施
2011-12-30发布
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
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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/T20657—2011/ISO/TR10400:2007
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中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号（100013) 北京市西城区三里河北街16号（100045）
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总编室：(010)64275323发行中心：（010)51780235
读者服务部：（010)68523946 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷
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开本880×12301/16印张23字数702千字 2012年6月第一版 2012年6月第一次印刷
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版权专有 侵权必究举报电话：（010)68510107 GB/T20657-2011/IS0/TR10400:2007
目 次
前言 1范围一致性
2
2.1规范性引用文件 2.2计量单位 3规范性引用文件 4术语和定义符号和缩略语
5
管体三轴应力屈服设计 6.1 通则 6.2 假设条件和适用范围· 6.3 计算所需参数… 6.4 管体三轴应力屈服设计公式 6.5 管线管三轴应力屈服设计公式使用· 6.6 计算示例管体延性断裂· 7. 1 通则 7. 2 假设条件和适用范围 7.3计算所需参数· 7. 4 封堵管端延性断裂设计公式 7. 5 轴向拉伸和外压作用下延性断裂设计公式修正 7. 6 计算示例 8外压挤毁 8.1 通则· 8.2 假设条件和适用范围· 8.3 计算所需参数· 8.4 管体挤毁压力设计公式.. 8.5 经验系数 8.6 挤毁压力公式在管线管的应用
6
12
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:
15 16 16 18 18 20 21 21 22 22 22 26 27
8.7 计算示例 9接头连接强度·
2 28
28 28 30 31 31 I
9.1 遵则· 9.2 API套管接头拉伸连接强度设计公式 9.3 API油管接头拉伸连接强度 9.4 管线管连接强度·
10接箍抗内压性能 GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
10.1 通则 10.2圆螺纹和偏梯形螺纹接箍内屈服压力 10.3圆螺纹或偏梯形螺纹接箍的内压泄漏强度 11 质量
31 32 32 32 32 32 33 33 33 34 34 35 37 41 44 44 44 45 45 45 46 46 47 47 49 49 49 51 53 54 56 57 57 57 58 66 93 95 100 110
11. 1 通则 11.2 名义质量 11.3 平端管质量 11. 4 管端加工管子质量 11. 5 螺纹和接箍质量 11.6 端部加厚和带螺纹的整体连接油管和直连型套管的质量 11.7 端部加厚质量 11.8 接箍质量 11.9 螺纹加工损失质量 11.10 端部加厚质量 12 伸长率 13压扁试验 13.1套管和油管的压扁试验 13.2管线管压扁试验 . 14静水压试验 14.1平端管子、直连型套管和整体接头油管的静水压试验· 14.2带螺纹和接箍管子的静水压试验压力 15圆螺纹套管和油管上扣扭矩 16 埋弧焊管线管导向弯曲试验
16.1通则 16.2背景 17 API接箍和管体最小冲击试样规格确定 17.1 临界厚度 17.2 接箍半成品壁厚 17.3 横向冲击试样壁厚 17.4 纵向冲击试样壁厚 17.5 API接箍最小试样尺寸 17.6 管体冲击试样尺寸 17.7 更大尺寸试样 17.8 参考信息附录A（资料性附录） 管体三轴屈服公式讨论附录B（资料性附录） 延性断裂公式的讨论附录C（资料性附录） 内压破裂试验程序附录D（资料性附录） 破裂公式讨论附录E（资料性附录） API挤毁公式发展讨论附录F（资料性附录） 挤毁强度可靠性研究发展 I GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
142 145 157 162 166 260
附录（（资料性附录） 由外压挤毁试验数据计算抗挤毁强度设计值附录1{（资料性附录） 根据产品数据确定抗挤毁强度附录】（资料性附录） 外压挤毁试验程序. 附录」（资料性附录） 接头连接强度公式讨论附录K（资料性附录） 国际单位制计算性能表格列表附录L（资料性附录） 美国惯用单位制性能列表 GB/T20657—2011/IS0/TR10400:2007
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准代替了GB/T20657一2006《石油天然气工业套管、油管、钻杆和管线管性能公式及计算》。 本标准与GB/T20657—2006相比，主要技术变化如下：
一修订了标准名称，明确了该标准适用于套管、油管和钻杆； -增加了三轴应力屈服设计公式； -增加了考虑缺欠尺寸的延性断裂强度公式；一增加了冲击试样加工所需接箍或管体临界壁厚计算公式； --附录中增加了抗挤毁强度延性断裂公式的更新研究成果。
本标准使用翻译法等同采用ISO/TR10400：2007《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》。由于ISO/TR10400：2007中部分公式的推导是在统计基础上由回归分析方法得到的，公式中的参数（包括有量纲参数及无量纲参数)在从英制向国际单位制转化过程中相对变化较大，从而导致原公式变形；而且，ISO/TR10400：2007也采用英制单位，因此，本标准同ISO/ TR10400：2007保持一致，此类公式也采用英制单位。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：
a）删去了国际标推表头中的数字序号； b）删除国际标准的前言和通则。 本标准由中国石油天燃气集团公司提出。 本标准由全国石油天然气标准化技术委员会（SAC/TC355）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。 本标准主要起草人：申昭熙、王建军、林凯、徐婷、许晓峰。 GB/T20657-2011/IS0/TR.10400:2007
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
1范围
本树准给出了各种管材性能必要的计算公式和模板，包括：一管体性能，如轴向强度、内压抗力和外压挤毁抗力；
1
"最小物理指标； *上扣扭矩；产品试验压力；一与试验检测标准相关的产品临界尺寸；试验设备的临界尺寸； +试样临界尺寸。 对管材性能计算公式，提供了与其发展和使用相关的大量背景资料。 本械准的公式可用于根据ISO1960或APISpec5CT，ISO11961或APISpec5D，ISO3183或
1
APISpe:5L生产的管材，根据具体况选用合适的公式。这些公式和模板用于其他管材时应谨慎。 制造过科中有冷加工（如冷矫直管）的产品也包括在本标准范围内。成品管再进行冷加工的，如膨胀管和连续油管就超出了本标准的范围。
管续管和其他管材使用本标准中的性能计算公式时仅限于这些管材用作套管/油管或试验室使用，并需对其热处理过程、矫直过程和屈服强度等与最接近的套管/油管产品谨慎对应。这些公式用于钻杆性能计算时也应保持同样的谨慎。
通过输入管材几何、生产工艺及材料参数，本标准公式可计算出ISO11960或APISpec5CT， ISO1191或APISpec-5D，ISO3183或APISpec5L中管材预期性能。本标准公式计算结果不能理解为生产过程的保证。制造厂根据包括产品尺寸和理化性能的生产规范要求可生产石油管材。本标准设计公式为用户了解管材性能提供了一个参考数值，可用于进行井身设计或研究。
本概准不是设计规程，它只提供用于下井使用的管材性能计算的公式和模板。本标准不提供任何关于管可能会遇到的载荷或者可接受的设计必须的安全裕量。用户确定合适的设计载荷和选择足够的安全系数以进行安全有效的设计。设计载荷和安全系数应基于历史经验、当地法规要求和特定并况选择确定。
本准中所有的公式和所列管材性能数据均假定处于良好环境，材料性能满足ISO11960或API Spec5CT，ISO11961或APISpec5D，ISO3183或APISpec5L要求。其他环境可能需要另外的分析，如附D中所列的那样。
本标准不包括管材接头密封强度和动载荷作用下的管材性能。 本标准中所有的拉伸应力都是正值。
2一致性
2.1规范性引用文件
为本标准能在世界范围内使用，经仔细讨论后，在API、ASTM和ANSI准备的相关文件相关要
1 GB/T20657—2011/ISO/TR10400:2007
求条款里，ISO/TC67决定在第3条款中所列的规范性引用文件和ISO/TC67或其他ISO技术委员会推荐的文件是可互换的。这些文件在后面以ISO参考书目形式列出，或在前面以“ISOXXX或API XXX”形式列出。以这种方式列出的可替换的规范性引用文件的应用可能导致与前面ISO引用文献不同的技术结果。但是这两种结果都是可接受的，这些文件在应用中是可互换的。 2.2计量单位
本标准中，所有数据都以国际单位制和美国惯用单位制同时给出。对某个特定订货条款，只需使用一种单位制，不必配合使用其他单位制。
3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/T9253.2套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范 GB/T17745石油天然气工业套管和油管的维护与使用（GB/T17745—1999，ISO10405：
1993,IDT)
SY/T6417套管、油管和钻杆的使用性能公报（SY/T6417—2009，APIBul5C2：1999IDT） ISO3183：2007石油天然气工业管线输送系统用钢管（Petroleumandnaturalgasindustries-
Steel pipe forpipeline transportation systems)
ISO11960：2004石油天然气工业油气井套管或油管用钢管（Petroleumandnaturalgasindus tries-Steel pipes for use as casing or tubing for wells)
ISO11961石油天然气工业钢钻杆（Petroleumandnaturalgasindustries—Steeldrillpipe) ISO13679石油天然气工业一套管和油管接头试验程序（Petroleumandnaturalgasindustries-
Procedures for testing casing and tubing connections)
ANSI-NACETM0177硫化氢环境中金属材料硫化氢应力开裂和应力腐蚀开裂的试验室检测 (Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking and stress corrsion crackings in H,Senvironments)
APIRP579服役适用性评价推荐作法（Recommendedpracticeforfitness-for-service） APIRP5C1套管和油管的维护与使用推荐做法（Recommendedpracticeforcareanduseofcas-
ing and tubing)
APIRP5C5套管和油管接头试验程序推荐做法（Recommendedpracticeonprocedurefor testing casing and tubing connections)
APISpec5B套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范（Specificationforthreading， gauging and thread inspection of casing,tubing,and line pipe threads)
APISpec5CT套管和油管规范（Specificationforcasingandtubing） APISpec5D钻杆规范（Specificationfordrillpipe) APISpec5L：2004管线管规范（Specificationforlinepipe) BS7910金属结构可接受裂纹评估方法指导（Guidetomethodsforaccessingtheacceptabilityof
flaws in metallic structures) 4术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
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