ГОСТ ISO 13679-2023. Межгосударственный стандарт. Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Методы испытаний резьбовых соединений

(введен в действие Приказом Росстандарта от 21.03.2024 № 349-ст)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ГОСТ Р ИСО 13679-2016"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/gost-r-iso-13679-2016" "ГОСТ Р ИСО 13679-2016. Национальный стандарт Российской Федерации. Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Методы испытаний резьбовых"
  n1["ГОСТ ISO 13679-2023"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/standart-gost-iso-13679-2023" "ГОСТ ISO 13679-2023. Межгосударственный стандарт. Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Методы испытаний резьбовых соединений (введ"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2024 г. № 349-ст

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ ОБСАДНЫЕ И НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Casing and tubing steel pipes for the oil and gas industry. Procedures of thread connection testing

(ISO 13679:2019, Petroleum and natural gas industries — Procedures for testing casing and tubing connections, IDT)

ГОСТ ISO 13679-2023

МКС 75.200

75.180.10

Дата введения 1 июня 2024 года

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом «Русский научно-исследовательский институт трубной промышленности» (АО «РусНИТИ») и ПК 7 «Нарезные трубы» ТК 357 «Стальные и чугунные трубы и баллоны» на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 357 «Стальные и чугунные трубы и баллоны»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 15 декабря 2023 г. № 64-2023)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2024 г. № 349-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 13679-2023 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2024 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 13679:2019 «Нефтяная и газовая промышленность. Процедуры для испытания соединений обсадных и насосно-компрессорных труб» («Petroleum and natural gas industries — Procedures for testing casing and tubing connection», IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 67 «Материалы, оборудование и морские сооружения для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности», ПК SC 5 «Обсадные, насосно-компрессорные и бурильные трубы».

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6).

В настоящий стандарт внесено дополнительное приложение ДА, которое содержит основные положения API RP 5C5 «Procedures for Testing Casing and Tubing Connections» («Процедуры испытаний соединений обсадных и насосно-компрессорных труб»), четвертое издание, 2017 г. Более подробная информация об этом и других редакционных изменениях указанного международного стандарта приведена во введении к настоящему стандарту.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДБ

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 Настоящий стандарт подготовлен на основе ГОСТ Р ИСО 13679-2016 <*>

<*> Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2024 г. № 349-ст ГОСТ Р ИСО 13679-2016 отменен с 1 июня 2024 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»

Введение

Настоящий стандарт подготовлен на основе ISO 13679:2019, в котором, в свою очередь, учтены основные положения API RP 5C5, 4-е издание, 2017 г., с включением ряда дополнительных положений.

Содержание API RP 5C5, 4-е издание, 2017 г., приведено в настоящем стандарте в дополнительном приложении ДА с целью удобства пользователя. При этом в приложении ДА значения и показатели в единицах USC заменены на значения и показатели в единицах СИ.

Ряд терминов ISO 13679:2019 заменен терминами, применяемыми в межгосударственной практике: термин «материнская труба» на термин «исходная заготовка», термин «укороченная труба» на термин «патрубок», термин «муфтовое соединение», означающий элемент соединения с внутренней резьбой, на термин «раструбный элемент».

Настоящий стандарт разработан с целью гармонизации с международной практикой экспериментального подтверждения области испытательных и предельных критических нагрузок на резьбовое соединение, имеющего решающее значение при проектировании обсадных и насосно-компрессорных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности. Обсадные и насосно-компрессорные трубы подвергают нагрузкам, включающим наружное и внутреннее давления, осевое растяжение, осевое сжатие, изгиб, скручивание, поперечные усилия и температурные изменения. Величина и комбинация этих нагрузок приводят к различным механизмам разрушения тела трубы и резьбового соединения. Механизм разрушения, испытательные и предельные нагрузки для резьбового соединения отличаются, и зачастую меньше, чем для тела трубы, что требует экспериментального подтверждения.

Подтверждение испытательных и предельных нагрузок предусматривает испытания эксплуатационных характеристик резьбового соединения при заданных предельных нагрузках. Такие испытания гарантируют, что эксплуатационные характеристики резьбовых соединений, применяемых в пределах этих нагрузок, будут не ниже эксплуатационных характеристик испытанных резьбовых соединений и будут включать предельные отклонения размеров, механические свойства, обработку поверхности, момент свинчивания, вид и количество резьбовой смазки.

Для специальных условий эксплуатации может потребоваться проведение других испытаний резьбовых соединений, и в этом случае между заказчиком и изготовителем будут согласованы необходимые отклонения от положений настоящего стандарта.

Рекомендуется проведение испытаний под наблюдением представителей заказчика и (или) инспекции третьей стороны.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний стойкости к образованию задиров при свинчивании, уплотнительных свойств и конструктивной прочности резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб, применяемых для общих условий эксплуатации, без учета наружного диаметра труб.

Настоящий стандарт включает испытания резьбовых соединений, применяемых в наиболее распространенных условиях, и не распространяется на применение резьбовых соединений в любых условиях, например в агрессивных средах, которые могут повлиять на эксплуатационные характеристики резьбовых соединений.

Настоящий стандарт дополняет API RP 5C5:2017, требования которого применяют, если в настоящем стандарте не указано иное.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения)]:

ISO 3183, Petroleum and natural gas industries. Steel pipe for pipeline transportation systems (Промышленность нефтяная и газовая. Стальные трубы для трубопроводно-транспортных систем)

ISO 11960, Petroleum and natural gas industries. Steel pipes for use as casing or tubing for wells (Нефтяная и газовая промышленность. Трубы стальные, используемые в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин)

API RP 505:2017, Procedures for testing casing and tubing connections (Процедуры испытаний соединений обсадных и насосно-компрессорных труб)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по API RP 5C5:2017, а также следующие термины с соответствующими определениями.

ISO и IEC поддерживают терминологические базы данных, используемые в целях стандартизации по следующим адресам:

• платформа онлайн-просмотра ISO: доступна по адресу http://www.iso.org/obp;
• Электропедия IEC: доступна по адресу http://www.electropedia.org/.

3.1 влияние нагрузки, близкой к пределу текучести (near-yield loading effects): Циклический рост диапазона пластических деформаций в циклически размягчающемся материале при напряжениях ниже предела текучести этого материала.

3.2 область номинальных эксплуатационных характеристик соединения (nominal connection performance envelope): Заявленные изготовителем эксплуатационные характеристики резьбового соединения, основанные на установленных геометрических и технических характеристиках трубы.

4 Дополнения к основным положениям API RP 5C5:2017

4.1 Общие требования

Должны быть применены требования API RP 5C5:2017, если в 4.2 - 4.7 не указано иное.

4.2 Область применения

Заменить в API RP 5C5:2017 раздел 1 разделом 1 настоящего стандарта.

4.3 Нормативные ссылки

Замена:

«API Spec 5CT Спецификация на обсадные и насосно-компрессорные трубы» на «ISO 11960 Нефтяная и газовая промышленность. Стальные трубы, используемые в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин».

Замена:

«API Spec 5L Спецификация на трубы для трубопроводов» на «ISO 3183 Нефтяная и газовая промышленность. Стальные трубы для трубопроводных транспортных систем».

4.4 Область номинальных эксплуатационных характеристик соединения

Замена первого абзаца в API RP 5C5:2017 (пункт 4.3) следующим абзацем:

«До начала испытаний изготовитель должен предоставить план испытаний. План испытаний должен содержать лист технических требований к резьбовому соединению с указанием предполагаемого уровня оценки при испытаниях и характеристик резьбового соединения с областью номинальных эксплуатационных характеристик.»

Изготовитель должен представить чертеж с сечениями резьбового соединения и документацию, детализирующую технические требования, процессы и процедуры, необходимые для полного изготовления и контроля резьбового соединения, а также параметры свинчивания резьбового соединения и порядок ремонта. Дополнительно изготовитель должен указать особые характеристики тела трубы, например: минимальную толщину стенки, равную 90% номинальной, высокую стойкость к смятию или контролируемый предел текучести, который требуется для оценки резьбового соединения».

Замена пункта A.1.5 в API RP 5C5:2017 следующим пунктом:

«Изготовитель резьбового соединения должен предоставить область номинальных эксплуатационных характеристик соединения с одноосными номинальными значениями и заданными параметрами, указанными в этой области».

4.5 Анизотропные эталонные кривые

В настоящем стандарте принимается, что изотропное поведение материала проявляется не во всех трубных изделиях нефтяного сортамента (OCTG) и что кривая номинального VME тела трубы (см. API RP 5C5:2017, приложение D, кривая 1) и кривая фактического VME испытательного образца тела трубы (см. API RP 5C5:2017, приложение D, кривая 4) явно отражают предположение об изотропности материала. Чтобы обеспечить соответствующий контекст для проведения испытаний резьбовых соединений с учетом анизотропности материалов, изготовитель должен разработать и предоставить кривую номинальной текучести тела трубы и кривые фактической текучести испытательного образца тела трубы, используя анизотропный критерий текучести, например: обычный анизотропный критерий текучести Хилла или другие критерии для учета наблюдаемых свойств текучести (сжатия) вместо кривых изотропного материала. Изготовитель резьбового соединения должен документировать методику построения этих анизотропных кривых текучести и представить эту методику и кривые для отчета об испытаниях резьбового соединения [см. API RP 5C5:2017, раздел C.2, подраздел 7, перечисление a)].

4.6 Влияние нагрузки, близкой к пределу текучести

В системах резьбовых соединений труб, т.е. в испытательных образцах резьбовых соединений, циклическое нагружение до уровней напряжений, приближающихся к пределу текучести металла трубы, может вызвать пластическую деформацию (пластическое растяжение), которая(ое) соразмерно увеличивается с каждым циклом нагрузки. Возникающее в результате этого накопление пластической деформации может повлиять на работоспособность систем резьбовых соединений труб или привести к разрушению их конструкции, что отмечено при исследовании свойств металла и в процессе полномасштабных испытаний, проведенных для оценки резьбовых соединений обсадных труб. Эти аспекты поведения металла обсадных и насосно-компрессорных труб и их проявления в системах резьбовых соединений труб рассмотрены как влияние нагрузки, близкой к пределу текучести [1].

Взаимодействия между переменными, влияющими на нагрузку, близкую к пределу текучести (конструкция резьбовых соединений, свойства металла и нагружение), сложны; в общем случае степень выраженности влияния нагрузки, близкой к пределу текучести, зависит от следующих факторов:

• неопределенность оценки текучести материала (температура окружающей среды и повышенные температуры);
• скорость деформации;
• приложенная амплитуда циклического напряжения;
• многоосевое напряженное состояние в колонне труб;
• реакция на напряжение — деформацию (предел текучести и предел упругости при изгибе);
• склонность к циклическому разупрочнению;
• ударные нагрузки;
• термомеханические нагрузки на металл труб в прошлом.

Влияние нагрузки, близкой к пределу текучести, наблюдалось при выполнении испытаний на изгиб резьбовых соединений, предусмотренных настоящим стандартом. Необходимо контролировать деформацию (растяжение) резьбовых соединений труб во время испытаний для оценки устойчивости к пластической деформации, особенно в тех случаях, когда испытательный образец резьбового соединения многократно нагружают до напряжений, потенциально превышающих пределы упругости металла труб. Участки для контроля устойчивости к пластической деформации, а также допустимые уровни пластической деформации должны быть рекомендованы изготовителем резьбового соединения.

4.7 Отчет об испытаниях

Замена перечисления c) C.2.1 в API RP 5C5:2017 следующим перечислением:

«c) ссылкой на настоящий стандарт и используемое издание;».

Замена перечисления f) C.2.1 в API RP 5C5:2017 следующим перечислением:

«f) температура и DLS, используемые в испытаниях;».

Приложение ДА (рекомендуемое)

API RP 5C5

Примечание - В настоящем приложении для удобства пользования:

• сохранены нумерация и обозначения структурных элементов API RP 5C5;
• к терминам API RP 5C5 добавлен ряд терминов;
• значения в единицах USC заменены на значения в единицах СИ;
• часть нормативных ссылок заменена ссылками на соответствующие межгосударственные стандарты.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний стойкости к образованию задиров при свинчивании, уплотнительных свойств и конструктивной прочности резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб. Термины «обсадная труба» и «насосно-компрессорная труба» относятся к трубам, применяемым в общих условиях эксплуатации, без учета их наружного диаметра. Настоящий стандарт распространяется на основные нагрузки, которым подвергают колонны обсадных и насосно-компрессорных труб: давление текучей среды (внутреннее и/или внешнее), осевое усилие (растяжение и/или сжатие), изгиб (изгиб и/или искривление ствола скважины) и колебания температуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ ISO 13680 Трубы бесшовные обсадные, насосно-компрессорные и трубные заготовки для муфт из коррозионно-стойких высоколегированных сталей и сплавов для нефтяной и газовой промышленности. Технические условия

ГОСТ 31446 (ISO 11960:2014) Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия

ГОСТ ISO 13678 Трубы обсадные, насосно-компрессорные, трубопроводные и элементы бурильных колонн для нефтяной и газовой промышленности. Оценка и испытание резьбовых смазок

ГОСТ ISO 3183 Трубы стальные для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия

ISO/TR 10400:2018 Petroleum and natural gas industries — Formulas and calculations for the properties of casing, tubing, drill pipe and line pipe used as casing or tubing (Нефтяная и газовая промышленность. Формулы и расчеты свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных труб и труб для трубопроводов, используемых в качестве обсадных или насосно-компрессорных труб)

ASTM A370 Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products (Стандартные методы испытаний и определения для механических испытаний стальной продукции)

3 Термины, определения, условные обозначения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 кривая фактического давления смятия по API при температуре окружающей среды (actual API collapse curve at ambient temperature): Кривая для испытательного образца по ISO/TR 10400:2018 с использованием измеренного максимального среднего наружного диаметра, измеренной минимальной средней толщины стенки и измеренного минимального предела текучести материала, при температуре окружающей среды и установленных в качестве исходных данных.

Примечание - См. раздел 8 ISO/TR 10400:2018, который касается сопротивления наружному давлению.

3.1.2 кривая фактического VME при температуре окружающей среды (actual VME curve at ambient temperature): Кривая для испытательного образца по ISO/TR 10400:2018 с использованием измеренного среднего наружного диаметра, измеренной минимальной толщины стенки (только для окружного напряжения), измеренной минимальной средней толщины стенки и измеренного минимального предела текучести материала, при температуре окружающей среды, установленных в качестве исходных данных.

3.1.3 температура окружающей среды, комнатная температура (ambient temperature): Фактическая температура в помещении испытательной лаборатории во время проведения испытаний.

3.1.4 осевая диаграмма «нагрузка — давление» (axial-pressure load diagram): График зависимости давления от осевой нагрузки, показывающий эталонные характеристики тела трубы и характеризующий область оценки резьбового соединения (CEE) и область испытательных нагрузок (TLE) или предельную нагрузку.

3.1.5 двухосное масштабирование (bi-axial scaling): Масштабирование исходной области или кривой вдоль оси осевой нагрузки и оси нагрузки от давления с применением соответствующего коэффициента масштабирования, в результате чего образуется вторая область или кривая, радиально пропорциональная исходной.

3.1.6 соединение (connection): Резьбовое соединение двух концов труб с помощью муфты (муфтовое соединение) или двух концов труб без помощи муфты (раструбное соединение).

3.1.7 область оценки резьбового соединения; CEE (connection evaluation envelope): График, в котором содержатся данные, по которым оценивают резьбовое соединение.

3.1.8 область или кривая повышенной температуры (elevated temperature envelope or curve): Область или кривая, двухосно масштабируемая от соответствующей области или кривой температуры окружающей среды как в направлении осевой нагрузки, так и в направлении нагрузки от давления с коэффициентом масштабирования, являющимся соотношением между пределом текучести материала при повышенной температуре и пределом текучести материала при температуре окружающей среды.

3.1.9 разрушающая нагрузка (failure load): Нагрузка, при которой тело трубы или резьбовое соединение полностью разрушаются, в виде выхода резьбового соединения из сопряжения, растрескивания, значительной остаточной деформации (например, продольный изгиб или смятие) или значительной потери герметичности уплотнения.

3.1.10 заедание (galling): Повреждение поверхности в результате холодного сваривания контактных поверхностей, сопровождаемое отрывом материала при дальнейшем скольжении или вращении.

Примечание — Различают несколько степеней заедания в зависимости от необходимого ремонта и отчета (см. 8.2).

3.1.11 натяг (interference): Расстояние, характеризующее посадку одного изделия на другое, и припуск на механическое довинчивание.

3.1.12 утечка (leak, leakage): Любое вытеснение текучей среды в измерительной системе во время выдержки резьбового соединения под давлением.

3.1.13 утечка вследствие вытеснения (leak tube displacement): Изменение уровня воды в мерном цилиндре, указывающее на изменение объема из-за изменений прилагаемой нагрузки, температуры, давления или утечки.

3.1.14 легкое заедание (light galling): Заедание, последствия которого могут быть устранены при помощи шлифовальной шкурки в соответствии с инструкциями изготовителя по обслуживанию в полевых условиях.

3.1.15 предельная нагрузка (limit load): Экстремальная комбинация нагрузок [осевой нагрузки и (или) давления], определяющая условия разрушения резьбового соединения, или комбинация нагрузок, вызывающая значительную остаточную деформацию (например, продольный изгиб) перед полным разрушением резьбового соединения (отказом).

3.1.16 партия (lot): Трубы одного размера, одной группы прочности, из стали одной плавки, которые подвергались термообработке в течение одного непрерывного процесса или в одной садке.

3.1.17 образец материала для испытаний (проба); MT (material test coupon): Цилиндр из трубы и (или) трубной заготовки для муфт, из которого вырезают образцы для испытаний на растяжение.

3.1.18 уплотнение металл-металл (metal-to-metal seal): Уплотнение или система уплотнений, создающие герметичность резьбового соединения за счет высокого контактного напряжения сопрягаемых металлических поверхностей.

Примечание - Резьбовая смазка и обработка поверхности могут иметь как положительное, так и отрицательное влияние на эксплуатационные характеристики уплотнения металл-металл.

3.1.19 умеренное заедание (moderate galling): Заедание, последствия которого могут быть устранены при помощи надфиля и шлифовальной шкурки в соответствии с инструкциями изготовителя по обслуживанию в полевых условиях.

3.1.20 исходная заготовка (mother joint): Труба или трубная заготовка для муфт, от которой отрезают патрубки для изготовления испытательных образцов.

3.1.21 многоэлементное уплотнение (multiple seals): Система уплотнений, которая состоит из двух или более независимых элементов и каждый элемент которой является самостоятельным уплотнением.

3.1.22 кривая номинального давления смятия по API при температуре окружающей среды (nominal API collapse curve at ambient temperature): Кривая характеристик для испытательного образца по ISO/TR 10400:2018 с использованием наружного диаметра, толщины стенки и минимального предела текучести материала, установленных в качестве исходных данных.

Примечание - См. раздел 8 ISO/TR 10400:2018, который касается сопротивления наружному давлению.

3.1.23 кривая номинального VME при температуре окружающей среды (nominal VME curve at ambient temperature): Кривая характеристик для испытательного образца по ISO/TR 10400:2018, с использованием наружного диаметра, толщины стенки kwall (для минимальной толщины стенки) и минимального предела текучести материала, установленных в качестве исходных данных.

Примечание - См. раздел 6 ISO/TR 10400:2018, который касается трехмерной текучести трубы.

3.1.24 эталонные характеристики тела трубы (pipe body reference envelope): Область испытательных нагрузок, соответствующая 100% от предела текучести VME для тела трубы.

Примечание - Характеристики трубы, такие как текучесть эквивалентного напряжения по Мизесу, см. ISO/TR 10400:2018 по смятию.

3.1.25 кривая наружного давления для труб, стойких к смятию, при температуре окружающей среды (proprietary high collapse curve at ambient temperature): Кривая номинального давления смятия только в направлении давления с коэффициентом масштабирования, являющимся соотношением одноосного наружного давления смятия и одноосного номинального давления смятия.

3.1.26 патрубок (pup joint or pup): Отрезок трубы или трубной заготовки для муфт, который может быть с резьбой.

3.1.27 циклы QI — QIII (QI — QIII cycles): Циклическое нагружение между QI (растяжение и внутреннее давление) при температуре не выше 65 °C включительно и QIII (сжатие и наружное давление) при температуре 180 °C.

3.1.28 упругое уплотнение (resilient seal): Уплотнение или система уплотнений, создающие герметичность резьбового соединения при помощи уплотнительного кольца, установленного в обработанной канавке резьбового соединения (например, в профиле резьбы или на уплотнительном участке).

3.1.29 уплотнение (seal): Элемент, препятствующий проникновению испытательной среды.

3.1.30 овальность уплотнения (seal ovality): Разность максимального диаметра уплотнения и минимального диаметра уплотнения, деленная на средний диаметр уплотнения и умноженная на 100.

3.1.31 сильное заедание (severe galling): Заедание, последствия которого не могут быть устранены с помощью надфиля и шлифовальной шкурки в соответствии с рекомендациями изготовителя по обслуживанию в полевых условиях.

3.1.32 одноэлементное уплотнение (single seal): Одно уплотнение или несколько уплотнений, функции которых не представляется возможным разделить физически.

3.1.33 образец (specimen): Два патрубка, каждый с ниппельным соединением и общей муфтой, образующие сцепленный узел, или два патрубка, один из которых с ниппельным соединением, а другой — с муфтовым соединением, образующие цельный узел.

Примечание — Для целей настоящего стандарта рекомендуется применять термин 3.1.40 «образец резьбового соединения».

3.1.34 образец для испытания на растяжение (tensile test specimen): Полноразмерный плоский образец от стенки или цилиндрический образец, вырезанный из пробы.

3.1.35 область испытательных нагрузок; TLE (test load envelope): Точки испытательных нагрузок (осевой нагрузки, давления, изгиба) в четырех квадрантах, полученных из области оценки резьбового соединения CEE.

3.1.36 партия изделий с резьбой (thread lot): Изделия, изготовленные на резьбонарезном оборудовании в течение непрерывного производственного цикла, который не прерывался значительными поломками инструмента или неисправностями оборудования (исключая износ или незначительные поломки инструмента), заменой держателя (кроме черновой расточной оправки) или другими сбоями в работе резьбонарезного оборудования либо при контроле калибрами.

3.1.37 резьбовое уплотнение (thread seal): Уплотнение или система уплотнений, создающие герметичность резьбового соединения за счет точности профиля резьбы и резьбовой смазки, нанесенной на поверхность резьбы.

3.1.38 одноосное масштабирование (uni-axial scaling): Масштабирование исходной области или кривой вдоль оси нагрузки от давления с применением соответствующего коэффициента масштабирования, в результате которого образуется вторая область или кривая с наибольшим расхождением на оси нагрузки от давления, сходящаяся с исходной кривой в одной точке на оси осевой нагрузки.

3.1.39 эквивалентное напряжение по Мизесу (von Mises equivalent stress): Эквивалентное напряжение, основанное на максимальном критерии потенциальной энергии деформации формоизменения Мизеса — Генки.

3.1.40 образец резьбового соединения (connection specimen): Два патрубка, соединенные между собой.

Примечания

1 Образец муфтового соединения состоит из патрубков с наружной резьбой (ниппельных элементов), соединенных муфтой с внутренней резьбой (раструбным элементом), образец раструбного соединения — из патрубка с наружной резьбой (ниппельного элемента) и патрубка с внутренней резьбой (раструбного элемента).

2 Термин введен с целью пояснения понятия, используемого в настоящем стандарте.

3.1.41 колонна труб (pipe string): Несколько труб, соединенных между собой.

Примечание - Термин введен с целью пояснения понятия, используемого в настоящем стандарте.

3.1.42 муфта (coupling): Цилиндр с внутренней резьбой, предназначенный для соединения двух труб, имеющих на концах наружную резьбу.

Примечание - Термин введен с целью пояснения понятия, используемого в настоящем стандарте.

3.1.43 муфтовый конец (box end): Конец элемента колонны труб, имеющий резьбовое упорное соединение с внутренней замковой резьбой.

Примечание - Термин введен с целью пояснения понятия, используемого в настоящем стандарте.

3.2 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

A — резьбовое соединение заводского конца трубы (элемент A);

AMYS — фактический минимальный предел текучести;

B — резьбовое соединение полевого конца трубы (элемент B);

BO — развинчивание;

CAL — уровень оценки резьбового соединения;

CCW — направление против часовой стрелки вокруг области испытательных нагрузок;

CEE — область оценки резьбового соединения;

CEPL — нагрузка (растяжение), возникающая(ее) под действием давления на элемент резьбового соединения с торцевой заглушкой;

CRA — коррозионно-стойкий сплав;

CW — направление по часовой стрелке вокруг области испытательных нагрузок;

EP — наружное давление;

FEA — анализ методом конечных элементов;

FMU — образец резьбового соединения в состоянии после окончательного свинчивания;

H — максимальный (высокий) диапазон натяга резьбы или уплотнения;

H/H — установленное максимальное количество резьбовой смазки/установленный максимальный момент затяжки; на рисунках 4 - 7 - максимальный натяг резьбы/максимальный натяг уплотнения;

H/L — установленное максимальное количество резьбовой смазки/установленный минимальный момент затяжки; на рисунках 4 - 7 - максимальный натяг резьбы/минимальный натяг уплотнения;

IJ — резьбовое соединение Integral Joint;

IP — внутреннее давление;

L — минимальный (низкий) диапазон натяга резьбы или уплотнения;

L/H — установленное минимальное количество резьбовой смазки/установленный максимальный момент затяжки; на рисунках 4 - 7 - минимальный натяг резьбы/максимальный натяг уплотнения;

LL — предельная нагрузка;

LL1 — траектория испытания предельной нагрузкой 1;

LL2 — траектория испытания предельной нагрузкой 2;

LL3 — траектория испытания предельной нагрузкой 3;

LL4 — траектория испытания предельной нагрузкой 4;

LL5 — траектория испытания предельной нагрузкой 5;

LP — точка нагрузки;

MBG — испытание образца на заедание при свинчивании-развинчивании;

MC — механический цикл;

MT — образец материала для испытаний (проба);

MU — свинчивание;

OCTG — трубы нефтяного сортамента;

OD — наружный диаметр;

PBVME — характеристики тела трубы по Мизесу;

PF-BS — ниппельный конец с большой конусностью — раструбный конец с малой конусностью;

PS-BF — ниппельный конец с малой конусностью — раструбный конец с большой конусностью;

PTFE — политетрафторэтилен;

SMYS — установленный минимальный предел текучести;

TC — термический цикл;

T&C — термический цикл с резьбой и муфтой;

TLE — область испытательных нагрузок;

TS-A — испытание серии A;

TS-B — испытание серии B;

TS-C — испытание серии C;

VME — эквивалентное напряжение по Мизесу;

XH — предельный максимальный (высокий) диапазон натяга резьбы или уплотнения;

XL — предельный минимальный (низкий) диапазон натяга резьбы или уплотнения.

3.3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

Aa — циклы в испытании серии A при температуре окружающей среды с использованием газа для внутреннего давления и жидкости для наружного давления; для CAL I — с использованием жидкости для внутреннего давления;

Ae — циклы в испытании серии A при температуре 180 °C для CAL III и CAL IV с использованием газа для внутреннего давления и жидкости для наружного давления;

Ap — номинальная или средняя площадь поперечного сечения трубы; на основании D и d для номинального значения, Dave и dave для среднего значения;

Ba — циклы в испытании серии B, без изгиба, при температуре окружающей среды с использованием газа для CAL II — CAL IV; для CAL I — с использованием жидкости для внутреннего давления;

B_{b}^{a} — циклы в испытании серии B, с изгибом, при температуре окружающей среды с использованием газа для CAL II — CAL IV; для CAL I — с использованием жидкости для внутреннего давления;

B_{b}^{e} — циклы в испытании серии B, с изгибом, с использованием газа при температуре 180 °C для CAL III и CAL IV или при температуре 135 °C для CAL II;

C — осевое усилие сжатия;

CEE_{c}^{a} — сжатие оцениваемых характеристик резьбового соединения при нулевом давлении при температуре окружающей среды;

CEE_{t}^{a} — растяжение оцениваемых характеристик резьбового соединения при нулевом давлении при температуре окружающей среды;

D — номинальный наружный диаметр трубы;

Davg — максимальный из средних измеренных в установленных плоскостях наружных диаметров испытательного образца трубы;

Di — внутренний диаметр трубы;

Dleg — эффективная степень прогиба, градусы на 30 м;

Do — наружный диаметр трубы;

d — номинальный внутренний диаметр трубы на основании D и t;

davg — средний внутренний диаметр испытательного образца трубы на основании измерений Davg и tavg;

dwall — максимальный внутренний диаметр трубы на основании D и tmin или испытательного образца трубы на основании Davg и tmin;

E — модуль упругости материала тела трубы;

Er — абсолютная погрешность калибровки нагрузочного устройства;

Erp — относительная погрешность калибровки нагрузочного устройства, выраженная в процентах;

FCEPL — нагрузка от давления на конце с торцевой заглушкой, действующая на резьбовое соединение;

Fa — общее осевое усилие растяжения или сжатия (сумма применяемых нагрузок Fb, Fi, FCEPL);

Fb — эквивалентное осевое усилие изгиба;

Fc — сжимающая нагрузка в эталонных характеристиках тела трубы при нулевом давлении (одноосное сжатие);

Ff — фактическое осевое усилие растяжения или сжатия;

Fi — номинальное осевое усилие растяжения или сжатия;

Ft — растягивающая нагрузка в эталонных характеристиках тела трубы при нулевом давлении (одноосное растяжение);

fymn — установленный минимальный предел текучести материала;

I — момент инерции;

I_max - максимальный расчетный натяг между резьбой или элементами уплотнения, принятый на основании диаметров ниппельного и раструбного элементов и предельных отклонений;

Imin — минимальный расчетный натяг между резьбой или элементами уплотнения, принятый на основании диаметров ниппельного и раструбного элементов и предельных отклонений;

Irange — диапазон расчетного натяга между резьбой или элементами уплотнения, равный Imax — Imin;

Khc — коэффициент масштабирования наружного давления для труб, стойких к смятию;

Ktemp — коэффициент масштабирования для предела текучести при повышенной температуре;

kwall (Kwall) — коэффициент, учитывающий установленное предельное отклонение толщины стенки трубы (равный 0,875 для предельного отклонения минус 12,5%);

LA — длина ниппельного элемента A от торца муфты (или торца раструбного элемента) до торцевой заглушки или захвата;

LB — длина ниппельного элемента B от торца муфты (или торца раструбного элемента) до торцевой заглушки или захвата;

LC — длина муфты или раструбного соединения, если они неразъемные;

LD — длина от торца неразъемного раструбного элемента до плоскости измерения участка 5 на патрубке A;

LMA — длина между плоскостями измерения участков 1 и 5 на патрубке A;

LMB — длина между плоскостями измерения участков 1 и 5 на патрубке B;

Lp_j - минимальная межопорная длина патрубка;

pc — давление смятия по API для номинального наружного диаметра, толщины стенки и минимального предела текучести (см. ISO/TR 10400:2018).

Примечание - См. разделе ISO/TR 10400:2018, который касается сопротивления наружному давлению;

pi — внутреннее давление;

p0 — наружное давление;

qac — фактическая фиксируемая скорость утечки;

q0 — наблюдаемая скорость утечки;

R — радиус кривизны тела трубы на оси трубы;

T — осевое усилие растяжения;

t — номинальная толщина стенки трубы;

tavg — измеренная средняя толщина стенки трубы испытательного образца;

tmin — минимальная толщина стенки трубы;

\eta_{Ids} — уровень чувствительности системы выявления утечек;

\sigma — напряжение;

\sigma_{a} — осевое напряжение без изгиба;

\sigma_{ab} — осевое напряжение с изгибом;

\sigma_{b} — осевое напряжение вследствие изгиба;

\sigma_{c} — предел текучести в осевом направлении при сжатии (при наличии), в обратном случае предел текучести в осевом направлении при растяжении;

\sigma_{e} — эквивалентное напряжение;

\sigma_{h} — окружное (тангенциальное) напряжение;

\sigma_{ho} — окружное (тангенциальное) напряжение по наружному диаметру;

\sigma_{r} — радиальное (нормальное) напряжение;

\sigma_{ro} — радиальное (нормальное) напряжение по наружному диаметру;

\sigma_{t} — предел текучести в поперечном направлении при растяжении (при наличии), в обратном случае предел текучести в осевом направлении при растяжении;

\sigma_{tc} — установленный предел текучести в поперечном направлении при сжатии (при наличии), в обратном случае предел текучести в осевом направлении при растяжении;

\sigma_{y} — предел текучести в осевом направлении при растяжении.

4 Общие требования

4.1 Общая информация

Настоящее приложение состоит из следующих основных частей:

a) в разделах 4 - 8 приведены требования и процедуры по проведению испытаний резьбовых соединений, основанные на данных о резьбовых соединениях, поставляемых изготовителем;

b) в приложении A перечислены требования для листа технических требований к резьбовым соединениям изготовителя и представлены информационные листы испытательных образцов;

c) в приложении B приведены формы, необходимые для представления данных, собранных во время испытаний;

d) в приложении C изложена информация, указываемая в полном протоколе испытаний (также см. раздел 9);

e) в приложении D приведены методология расчета и примеры эталонных характеристик тела трубы, TLE и точки приложения испытательных нагрузок;

f) в приложении E представлен пример калибровки нагрузочного устройства;

g) в приложении F изложены рекомендации по оценке группы резьбовых соединений;

h) в приложении G приведены рекомендации по проведению дополнительных испытаний, которые можно использовать в особых условиях эксплуатации.

4.2 Схема испытания резьбовых соединений

Схемы испытаний резьбовых соединений для каждого образца изображены на тех рисунках, на которых определены траектории испытаний. Характеристика образца (см. рисунок 1), эталонные характеристики тела трубы и CEE (см. рисунок 2), TLE и схемы испытательных нагрузок (см. рисунок 3) разработаны отдельно для каждого испытательного образца. Определение характеристик материала осуществлено согласно 5.5. Эталонные характеристики тела трубы, CEE, TLE и схемы испытательных нагрузок определены согласно 7.3.

Примечание - В настоящем разделе предполагается, что муфта или раструбный конец не являются уязвимыми элементами соединительного узла.

Рисунок 1 — Схема определения исходных параметров, используемых для создания эталонных характеристик тела трубы для испытательного образца

Рисунок 2 — Схема определения эталонных характеристик тела трубы при температуре окружающей среды и при повышенной температуре и области оценки резьбового соединения для испытательного образца

Рисунок 3 — Схема определения области испытательных нагрузок при температуре окружающей среды и повышенной температуре и схемы испытательных нагрузок для испытательного образца

4.3 Лист технических требований к резьбовому соединению и информационный лист на испытательный образец

Перед началом испытаний изготовитель должен представить план испытаний. План испытаний должен содержать технические требования с указанием предполагаемого уровня применения резьбового соединения и эксплуатационные характеристики резьбового соединения, а также информационный лист резьбового соединения с указанием заявленных минимальных эксплуатационных характеристик, таких как растяжение, сжатие, внутреннее давление, наружное давление, изгиб и крутящий момент, в зависимости от минимальных эксплуатационных характеристик тела трубы по API при заданных минимальном пределе текучести, наружном диаметре, толщине стенки и минимальной толщине стенки (см. таблицу A.1 для листа технических требований к резьбовому соединению). Изготовитель должен представить чертеж площади поперечного сечения резьбового соединения, техническую документацию, необходимую для изготовления и контроля, а также параметры свинчивания резьбового соединения и процедуры по ремонту. Дополнительно изготовитель должен определить особые характеристики тела трубы, например: 90% минимальной номинальной толщины стенки, высокое давление смятия или контролируемый предел текучести, которые требуются для оценки резьбового соединения.

Для каждого испытательного образца изготовитель должен представить информационный лист на испытательный образец, а также следующие изображения в двухмерной графической форме как для испытаний при температуре окружающей среды, так и при повышенной температуре:

a) эталонные характеристики тела трубы (график VME с соответствующими кривыми давления смятия);

b) CEE (многоугольной или иной формы, представленная в таких же осях и масштабе, как и эталонные характеристики тела трубы);

c) TLE (область испытательных нагрузок).

Для получения CEE следует использовать метод расчета, применяемый изготовителем. CEE должна включать требуемые точки CEE, указанные в таблице 7. Для определения CEE можно использовать эксплуатационные характеристики. Область испытательных нагрузок TLE должна быть получена путем двухосного масштабирования в процентном выражении (80%, 90%, 95% или 100%, в зависимости от того, что применимо) от CEE, включать требуемые точки нагрузки, указанные в таблице 7, и должна быть использована для расчета в схемах испытательных нагрузок.

Изготовитель должен определить предельные нагрузки для каждого испытательного образца (см. 7.4 и 7.5).

При расчете эталонных характеристик тела трубы и CEE настоящий стандарт предполагает проведение испытания каждого образца по возможности при наиболее высокой нагрузке или комбинации нагрузок, допустимых с точки зрения безопасности.

4.4 Контроль качества

Процедуры контроля качества при изготовлении испытательных образцов должны быть задокументированы и соответствовать процедурам, используемым для резьбовых соединений, изготавливаемых для реальной эксплуатации в скважине. Изготовитель должен обеспечить изготовление резьбовых соединений для испытаний по настоящему стандарту такой же конструкции, с такими же размерами и предельными отклонениями размеров (см. 6.5), как и резьбовые соединения, поставляемые для реальной эксплуатации в скважине. Изготовитель резьбовых соединений должен оформить сертификат соответствия и разработать план контроля технологического процесса, включающий номер(а) чертежа(ей) и уровни пересмотра применяемых документов промежуточного уровня [например, на изготовление, калибровку измерительного инструмента, процедуру измерения, обработку поверхности (тип и/или толщина), резьбовую смазку (тип и количество или другие количественные показатели) и свинчивание]. В процессе изготовления испытательных образцов следует применять перечисленные выше и другие процедуры, которые необходимы для обеспечения соответствия продукции требованиям эксплуатации в полевых условиях (см. A.1.6).

4.5 Безопасность стендовых испытаний

При проведении испытаний по настоящему стандарту могут быть применены нагрузки, близкие к фактическому диапазону предела текучести испытательного образца. Испытания могут привести к выходу из строя испытательного образца или отказу оборудования. В целях безопасности необходимо учитывать следующее:

a) специальные вкладыши:

1. испытательные образцы, подвергаемые внутреннему давлению, должны иметь специальные вкладыши для снижения объема сжатой испытательной среды, что позволит уменьшить энергию, которая выделилась бы в случае катастрофического отказа,

2. специальные вкладыши должны быть непроницаемыми для испытательной среды (газа или жидкости) и не должны захватывать или задерживать испытательную среду, находящуюся под давлением. Размеры специальных вкладышей следует рассчитать таким образом, чтобы значительно уменьшить внутренний объем образца, но при этом не должно быть механического взаимодействия с образцом при его деформации во время проведения испытаний,

3. специальные вкладыши, расположенные в пределах резьбового соединения испытательного образца, должны быть радиально позиционированы таким образом, чтобы обеспечить минимальный контакт с внутренним диаметром резьбового соединения Di. Специальные вкладыши должны доходить (не контактируя с внутренним диаметром резьбового соединения), как минимум, до половины диаметра трубы за пределами торца муфты и конца ниппеля для неразъемного соединения или за пределами торца обоих концов муфты для муфтового соединения и должны быть центрированы по длине резьбового соединения;

b) защитная оболочка испытательного образца:

1. нагрузочные устройства и сосуды под давлением должны иметь достаточное количество защитных оболочек, чтобы сдерживать утечки жидкости или газа под высоким давлением, возникающие в результате испытаний или разрушения испытательного образца,

2. испытание наружным давлением при повышенной температуре на выявление утечек должно проходить в закрытой системе, чтобы предотвратить небезопасные утечки горячей жидкости,

3. испытания в квадрантах II и III потенциально имеют высокое напряжение при сжатии, которое может привести к повреждению нагрузочного устройства. Рекомендуется использовать противоударное оборудование;

c) испытательная среда:

1. во время испытаний при повышенных температурах для минимизации возможности возникновения пожара следует использовать негорючие материалы, жидкости с температурой возгорания, превышающей предельные температуры испытаний, а также термостойкие материалы,

2. во время испытаний на предельную нагрузку испытательная среда должна быть жидкой;

d) пожарная безопасность: для стендовых испытаний должны быть разработаны правила техники безопасности, которые описывают действия в случае пожара.

5 Общие требования к испытаниям

5.1 Программы испытаний

5.1.1 Общие положения

Данные об эксплуатационных характеристиках резьбовых соединений получают в ходе испытаний. Применяют четыре программы испытаний или оценки резьбовых соединений (CAL) 4-го уровня. Разрабатывают все более сложные программы испытаний, соответствующие возрастающим механическим нагрузкам при эксплуатации резьбовых соединений. Повышение сложности испытаний по разным программам достигается путем увеличения количества испытуемых характеристик и количества испытательных образцов резьбового соединения.

Приложение испытательных нагрузок в каждом из четырех квадрантов (QI, QII, QIII и QIV) определяет эксплуатационные характеристики резьбового соединения, зависящие от траектории приложения нагрузки. Способ испытаний в четырех квадрантах предназначен для повышения эффективности программы испытаний; однако программа может не учитывать нагрузку на отдельное резьбовое соединение. Это связано с тем, что ни одно резьбовое соединение, используемое в колонне обсадных или насосно-компрессорных труб, не будет испытывать высоких эксплуатационных нагрузок как в верхней, так и в нижней части колонны. Программы испытаний, в ходе которых применяют реальные комбинации нагрузок, учитывающие эксплуатацию отдельно в верхней или в нижней части колонн, могут представить более достоверные результаты испытаний для определения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений в тех случаях, когда на резьбовые соединения влияет эта зависимость от траектории приложения нагрузки. Согласно требованиям настоящего стандарта необходимо применять надлежащую техническую оценку при разработке и использовании указанных программ испытаний, а также при оценке результатов испытаний.

Программы испытаний не охватывают все возможные условия эксплуатации. Например, не рассмотрено присутствие коррозионной среды, которая может существенно повлиять на эксплуатационные характеристики резьбового соединения.

При применении настоящего стандарта следует установить требуемый уровень оценки резьбового соединения CAL исходя из конкретных требований эксплуатации. Специалисты, использующие резьбовое соединение, должны знать установленный уровень его оценки, область испытательных нагрузок и предельные нагрузки.

Установлены следующие уровни оценки резьбовых соединений CAL:

a) CAL IV (пять образцов) — наиболее высокая сложность испытаний.

Условия испытаний CAL IV предусматривают нагружение резьбового соединения циклическими испытательными нагрузками, зависящими от условий эксплуатации, включая внутреннее давление, наружное давление, растяжение, сжатие и изгиб при температуре окружающей среды и при повышенной температуре. Общее суммарное время выдержки составляет приблизительно 238 ч. При CAL IV резьбовое соединение подвергают интенсивной термической нагрузке при повышенной температуре 180 °C. Испытания при предельных нагрузках проводят до разрушения в квадрантах I, II и III диаграммы «осевая нагрузка — давление»;

b) CAL III (пять образцов) — значительная сложность испытаний.

Как и при CAL IV, условия испытаний CAL III предусматривают нагружение резьбового соединения циклическими испытательными нагрузками, зависящими от условий эксплуатации, включая внутреннее давление, наружное давление, растяжение, сжатие и изгиб при температуре окружающей среды и при повышенной температуре. При CAL III резьбовое соединение подвергают менее жесткому термическому циклическому воздействию, чем при CAL IV. Общее суммарное время выдержки составляет приблизительно 185 ч. Требования к повышенной температуре остаются на уровне 180 °C. Испытания при предельных нагрузках проводят до разрушения в квадрантах I, II и III диаграммы «осевая нагрузка — давление»;

c) CAL II (три образца) — умеренная сложность испытаний.

Условия испытаний CAL II предусматривают нагружение резьбового соединения циклическими испытательными нагрузками, зависящими от условий эксплуатации, включая внутреннее давление, растяжение, сжатие и изгиб при температуре окружающей среды и при повышенной температуре. Наружное давление определяют только при температуре окружающей среды при сокращенном количестве циклов. Температура испытания на внутреннее давление ограничена 135 °C. Испытания при предельных нагрузках проводят до разрушения в квадрантах I и II диаграммы «осевая нагрузка — давление». Общее суммарное время выдержки составляет приблизительно 80 ч;

d) CAL I (два образца) — незначительная сложность испытаний.

Условия испытаний CAL I предусматривают испытания на внутреннее давление при растяжении, сжатии и изгибе при температуре окружающей среды с одним испытательным образцом, при которых используют жидкость или газ в качестве внутренней нагнетательной среды. Наружное давление определяют при температуре окружающей среды при сокращенном количестве циклов. Испытание при предельных нагрузках проводят до разрушения в квадранте I диаграммы «осевая нагрузка — давление». Общее суммарное время выдержки составляет приблизительно 20 ч.

5.1.2 Предыдущие испытания

Испытания для каждого CAL, требуемые настоящим стандартом, более сложные, чем испытания, проведенные до введения настоящего стандарта. Ранее испытанные резьбовые соединения должны сохранять тот же уровень оценки CAL и ту же редакцию, по которым они прошли испытания. Использованный протокол испытаний и его дата должны быть указаны в отчете о проведенных испытаниях (см. приложение C). Результаты испытаний резьбовых соединений, полученные до введения настоящего стандарта, могут быть применены в рамках процесса проверки конструкции или преемственности проведенных испытаний.

5.1.3 Альтернативные испытания и отклонения от условий испытания

Можно выбрать программу альтернативных испытаний для приведения в соответствие с проектными методами заказчика, в связи с необходимостью рассмотреть дополнительные свойства и характеристики резьбового соединения или только для того, чтобы исследовать характеристики до предела, требуемого для специальной области применения (испытание на проектные нагрузки). Программы альтернативных испытаний могут использовать значительную часть программ настоящего стандарта в качестве основы или могут существенно отличаться. Программы альтернативных испытаний могут соответствовать программам испытаний по настоящему стандарту для оценки пригодности резьбового соединения. Однако программы альтернативных испытаний не считают программами испытаний, соответствующими настоящему стандарту, даже если они используют часть данной программы в качестве основы.

Некоторые из программ испытаний по настоящему стандарту могут быть достаточными для подтверждения применимости резьбовых соединений для конкретных условий эксплуатации, без проведения всей программы испытаний. Такие случаи могут иметь место при наличии соответствующего опыта и результатов других испытаний, например резьбовых соединений другого размера, веса, группы прочности. Допускаются отклонения от установленных программ испытаний при соблюдении следующих условий:

a) планируемые отклонения заранее определены в документации;

b) отклонения согласованы между заинтересованными сторонами;

c) отклонения указаны в полном отчете по испытаниям.

Вопросы аттестации серии изделий и использования при этом интерполяции и экстраполяции приведены в приложении F. По согласованию между заказчиком и изготовителем могут быть установлены более жесткие требования к приемке, чувствительности и (или) к представлению расширенных информационных данных.

5.2 Матрица испытаний

В таблице 1 приведена матрица, связывающая CAL с общим количеством испытательных образцов, их идентификационными номерами и видами проводимых испытаний. На рисунках 4 - 7 приведено графическое представление каждой программы испытаний CAL, которые следует читать и выполнять сверху вниз.

Таблица 1

Матрица испытаний, серии испытаний на герметичность и идентификационные номера образцов

Рисунок 4 — Требования и порядок испытаний при CAL I

Рисунок 5 — Требования и порядок испытаний при CAL II

Рисунок 6 — Требования и порядок испытаний при CAL III

Рисунок 7 — Требования и порядок испытаний при CAL IV

5.3 Программа испытаний

5.3.1 Полномасштабные испытания

В соответствии с процедурами, установленными в настоящем стандарте, проводят программу полномасштабных испытаний, состоящую из испытаний на свинчивание-развинчивание, испытаний TLE и испытаний при предельных нагрузках.

При этом необходимо четко соблюдать указания настоящего стандарта. Если возникают неблагоприятные условия, не предусмотренные настоящим стандартом, то все отклонения от требований настоящего стандарта должны быть указаны в протоколе испытаний. Кроме того, следует привести обоснования того, что результаты испытаний можно считать удовлетворительными.

5.3.2 Оценка результатов испытаний

5.3.2.1 Общие положения

Оценку результатов выполнения программы стендовых испытаний в соответствии с разделом 8 проводят согласно указаниям настоящего пункта.

5.3.2.2 Результаты испытаний, соответствующие заявленному CAL

Если результаты испытаний соответствуют требованиям настоящего стандарта к испытаниям на свинчивание-развинчивание, к испытаниям TLE и испытаниям при предельных нагрузках, то резьбовое соединение установленных размера, массы и группы прочности [т.е. из материала с установленными минимальным пределом текучести (SMYS) и химическим составом] считают соответствующим заявленному CAL.

Если каждое испытание на герметичность, проведенное при уровне 90%, проходит результативно, следует провести испытания на герметичность при уровне 95%. Если испытания на герметичность, проведенные при уровне 95%, не результативны, то резьбовые соединения считают соответствующими заявленному уровню оценки испытаний на герметичность при уровне 90%. Если каждое из испытаний на герметичность прошло при уровнях 90% и 95%, резьбовое соединение считают соответствующим заявленному уровню оценки испытаний на герметичность при уровне 95%. Требования к испытаниям и порядок испытаний приведены на рисунках 4 - 7.

Для испытаний при предельных нагрузках существуют критерии завершения испытания, определенные в 7.4.2. Предельные нагрузки при завершении испытаний следует сравнить с прогнозируемой разрушающей нагрузкой, рассчитанной изготовителем в порядке, установленном в A.1.5. Предельные нагрузки должны превышать CEE. Если предельная нагрузка не превышает CEE, то CEE может быть пересмотрена таким образом, чтобы результирующая CEE была меньше предельных нагрузок, а дальнейшее испытание не требовалось. Если состояние испытательного образца, не прошедшего испытания на герметичность при уровне 90% или 95%, не позволяет продолжить испытания при предельных нагрузках, то для завершения испытаний при предельных нагрузках следует изготовить замещающий испытательный образец. Для замещающего испытательного образца следует использовать окончательное свинчивание (FMU) и нагрев образца, однако не требуется проводить испытания на герметичность до испытаний при предельных нагрузках.

5.3.2.3 Результаты испытаний, не соответствующие заявленному CAL

Если результаты испытаний не соответствуют требованиям к испытаниям TLE, может быть принято решение:

1. о пересмотре конструкции резьбового соединения с последующим полным повторным испытанием;

2. о снижении CEE с последующим повторным испытанием любого(ых) испытательного(ых) образца(ов), которые не соответствуют требованиям большей CEE.

В случае неисправности испытательного оборудования или нарушения условий испытаний, не связанных с конструкцией резьбового соединения, отсутствует необходимость в пересмотре конструкции резьбового соединения, пересмотре CEE или пересмотре предельных нагрузок, однако испытательный(е) образец(цы) или замещающий(ие) испытательный(е) образец(цы) следует подвергнуть полным повторным испытаниям. Любое событие, не соответствующее критериям приемки, должно быть указано в протоколе испытаний. Количество повторных испытаний и необходимость повторных испытаний должны быть указаны в протоколе испытаний.

5.3.2.4 Протокол результатов испытаний

Результаты каждого проведенного испытания следует заносить в протокол в соответствии с разделом 9. Все утечки из резьбового соединения, произошедшие при воздействии нагрузок TLE или на оборудовании независимо от объема или скорости, должны быть указаны в информационных листах и на графиках давления. При изменении нагрузки могут наблюдаться смещения, вызванные не утечкой, а изменением объема. Уровни смещения регистрируют до и после изменений нагрузок.

5.4 Требования к калибровке и аккредитации

5.4.1 Аккредитация

Лаборатория, проводящая испытания по настоящему стандарту, должна быть:

a) либо аккредитована национальным или международным органом по аккредитации;

b) либо полностью соответствовать требованиям, приведенным в 5.4.2 - 5.4.5.

5.4.2 Калибровка оборудования

До начала испытаний необходимо убедиться в том, что все нагрузочные устройства, которые будут использованы в ходе испытаний, имеют калибровку, соответствующую нормативной документации. Исходя из опыта изготовителя резьбовых соединений или испытательной лаборатории необходимо также периодически проводить калибровку измерительной и регистрирующей аппаратуры, такой как манометры. Эталоны испытательной лаборатории, используемые для калибровки, и каждая калибровка должны быть задокументированы. Копии протоколов о текущих калибровках нагрузочного устройства, приборов для измерения давления и крутящего момента должны быть включены в протокол испытаний.

Допускается проведение калибровки оборудования в ходе испытаний исходя из требуемых испытательных нагрузок и предыдущего опыта использования оборудования.

Испытательная лаборатория должна иметь процедуру, обеспечивающую точность показаний температуры термопары.

5.4.3 Ежегодная калибровка нагрузочного устройства

Каждое нагрузочное устройство, используемое для испытаний на осевую или комбинированную нагрузку, необходимо ежегодно подвергать калибровке в режимах растяжения и сжатия при помощи приборов (например, тензодатчиков), соответствующих нормативной документации.

Калибровка должна состоять из двух этапов, включающих по крайней мере десять равных приращений нагрузки, начиная от минимальной калибровочной нагрузки до максимальной калибровочной нагрузки, т.е. охватывающей весь диапазон нагрузок. Диапазон калибровки нагрузочного устройства должен перекрывать диапазон нагрузок, которые будут приложены по программе испытаний. Максимальная калибровочная нагрузка устройства должна превышать наибольшую разрушающую нагрузку испытуемых труб и резьбовых соединений.

Абсолютную погрешность калибровки Er и относительную погрешность калибровки Erp определяют по следующим формулам:

Er = Fi — Ff, (1)

E_{rp} = 100 \frac{E_{r}}{F_{f}} , (2)

где Fi — номинальное осевое усилие растяжения или сжатия;

Ff — фактическое осевое усилие растяжения или сжатия.

Относительная погрешность калибровки для всех нагрузок в рабочем диапазоне нагрузочного устройства (не менее 10% до 100% прочности на растяжение-сжатие) не должна превышать +/- 1,0% (см. приложение E в качестве примера).

5.4.4 Проверка нагрузочного устройства

Если нагрузочное устройство подвергают воздействию нетипичных нагрузок, например нагрузок, выходящих за диапазон калибровки, или при незапланированной нагрузке возникает отказ, который может указывать на трудности с калибровкой устройства, для проверки правильности калибровки нагрузочного устройства следует использовать проверочную шкалу. Такая проверочная шкала должна соответствовать требованиям нормативной документации и сертифицироваться один раз в три года. Вместо проверочной шкалы допускается также проводить полную ежегодную калибровку нагрузочного устройства.

5.4.5 Калибровка датчиков давления

Каждый датчик давления следует подвергать ежегодной калибровке. Относительная погрешность измерений давления в пределах диапазона нагрузки не должна превышать +/- 1,0% полной шкалы. Соответствующие датчики давления следует выбирать и использовать на основании ожидаемого максимального испытательного давления.

5.5 Характеристика материала

5.5.1 Общие положения

Для определения предела текучести, необходимого для расчета эталонных характеристик тела трубы для каждого испытательного образца, проводят механические испытания труб. Трубную заготовку для муфт следует также подвергнуть механическим испытаниям для определения предела текучести. Данные о механических испытаниях патрубков и трубных заготовок для муфт следует рассматривать при определении CEE каждого испытательного образца.

Механические свойства труб и трубных заготовок для муфт должны быть определены по документированной процедуре, соответствующей стандарту на изделие. Как правило, это ГОСТ 31446 на изделия из низколегированных сталей или ГОСТ ISO 13680 на изделия из коррозионно-стойких сталей (CRA). Для резьбовых соединений магистральных труб документированная процедура должна соответствовать требованиям ГОСТ ISO 3183.

Данные о свойствах материала необходимо зафиксировать в информационном листе (см. рисунок B.3).

Испытания на растяжение продольных образцов при температуре окружающей среды проводят в соответствии с ГОСТ 31446 и ASTM A370, при повышенных температурах по ASTM E21.

Модуль упругости определяют в соответствии с ISO/TR 10400:2018. Для отдельных материалов модуль упругости можно определить при температуре окружающей среды и при повышенных температурах по ASTM E111.

Следует измерить толщину стенки каждого патрубка и для каждого установить минимальную толщину стенки и среднюю минимальную толщину стенки. Данные значения следует использовать для расчета эталонных характеристик тела трубы для каждого испытательного образца (см. 5.5.3 и рисунок B.5).

Необходимо измерить наружный диаметр каждого патрубка и для каждого установить максимальный средний наружный диаметр. Данные значения следует использовать для расчета эталонных характеристик тела трубы каждого испытательного образца (см. 5.5.3 и рисунок B.5).

Следует измерить наружный диаметр муфт и для каждой из них установить минимальный наружный диаметр и средний наружный диаметр (см. 5.5.3 и рисунок B.5).

5.5.2 Испытания для определения свойств материала

5.5.2.1 Образцы для испытания материала

MT должны быть отобраны от каждой длины трубы и трубных заготовок для муфт, используемых для изготовления испытательных образцов. MT должны быть отобраны от исходной заготовки или трубной заготовки для муфты (независимо от их длины) рядом с резьбовым соединением каждого испытательного образца патрубка или по меньшей мере одного испытательного образца муфты в зависимости от применимости.

Рекомендуемая схема отбора образцов приведена на рисунке B.1. Для определения предела текучести при температуре окружающей среды для каждого испытательного образца следует использовать образцы, находящиеся рядом с испытуемым резьбовым соединением (см. 5.5.2.5). Кроме того, для определения соответствующего коэффициента масштабирования при повышенной температуре необходимо использовать как минимум один MT от каждой исходной заготовки или трубной заготовки для муфт (см. 5.5.2.6).

MT должны прослеживаться до исходной заготовки или исходной трубной заготовки для муфты и осевого расположения в пределах трубы.

5.5.2.2 Продольные образцы для испытаний на растяжение

Испытания для определения свойств материала при растяжении следует проводить на продольных образцах, отобранных от MT.

Отбор продольных образцов для испытаний на растяжение от каждого MT проводят следующим образом:

a) для определения предела текучести при температуре окружающей среды изготавливают как минимум четыре образца (см. 5.5.2.5). Продольные образцы для испытаний на растяжение должны быть полноразмерными плоскими образцами из стенки трубы, однако если полноразмерные плоские образцы превышают возможности испытательного оборудования или их применение нецелесообразно по иным причинам, то допускается использование цилиндрических образцов;

b) в случае проведения испытаний на MT при повышенной температуре изготавливают как минимум четыре образца для испытаний при температуре окружающей среды и как минимум четыре образца для испытаний при повышенной температуре для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре (см. 5.5.2.6). Геометрические параметры образца должны быть одинаковыми как для испытания при температуре окружающей среды, так и при повышенной температуре. Для испытаний на растяжение наиболее предпочтительными являются цилиндрические образцы с максимально возможными размерами в соответствии с ГОСТ 31446 и ASTM A370.

Для испытаний на растяжение следует отобрать как минимум один продольный образец с каждого квадранта MT. Для испытаний при повышенной температуре местоположения по окружности продольных образцов для испытания на растяжение при температуре окружающей среды и при повышенной температуре в пределах каждого MT должны быть смежными (насколько это практически возможно).

Продольные образцы для испытаний на растяжение и результаты испытаний свойств материала должны иметь прослеживаемость с MT. Местоположения по окружности отобранных продольных образцов для испытаний на растяжение при температуре окружающей среды и при повышенной температуре (если они проводятся) от MT должны быть указаны в информационном листе о свойствах материала (см. рисунок B.3).

Рекомендуемое расположение испытательных образцов из патрубка или муфтовых заготовок и MT, показанное на рисунке B.1, обеспечивает прочность материала в непосредственной близости к резьбовому соединению каждого испытательного образца из патрубка или трубной заготовки для муфт. Если испытательные образцы из патрубков, трубных заготовок для муфт или MT отобраны иначе, чем показано на рисунке B.1, изготовитель должен внести изменения в информационный лист о свойствах материала, приведенный на рисунке B.3, и представить схематический чертеж, аналогичный рисунку B.1, с указанием фактических местоположений.

Необходимо убедиться в том, что проведены испытания достаточного количества труб и трубных заготовок для муфт и что их механические свойства соответствуют требованиям, указанным в настоящем стандарте (см. 6.3.3).

5.5.2.3 Поперечные образцы для испытаний на растяжение и сжатие

Если материал образца проявляет анизотропию прочностных свойств (например, холоднодеформированные CRA), проводят испытания для определения характеристик анизотропии. При наличии данных испытаний на определение анизотропии, относящихся к конкретному технологическому процессу, группе прочности и размеру материала, по согласованию с заказчиком эти данные могут быть использованы вместо испытаний. Указанные изменения должны быть задокументированы в протоколе испытаний.

При проведении испытаний для определения характеристик анизотропии должны быть определены значения предела текучести при осевом сжатии, осевом растяжении и при растяжении на поперечных образцах.

Отбор испытательных образцов от MT проводят следующим образом:

a) для определения коэффициента масштабирования для поперечных образцов изготавливают как минимум четыре продольных образца и четыре поперечных образца для испытаний на растяжение при температуре окружающей среды (см. 5.5.2.7). Геометрические параметры образцов должны быть одинаковыми как для продольных, так и для поперечных образцов. Наиболее предпочтительными являются цилиндрические испытательные образцы с максимально возможными размерами в соответствии с ГОСТ 31446 и ASTM A370;

b) для определения коэффициента масштабирования для продольных образцов изготавливают как минимум четыре продольных образца для испытаний на растяжение и четыре продольных образца для испытаний на сжатие при температуре окружающей среды (см. 5.5.2.7). Испытания на сжатие при температуре окружающей среды проводят в соответствии с ASTM E9.

При проведении испытаний на растяжение или сжатие на поперечных образцах изготовитель должен документировать процедуру (прилагаемую к протоколу испытаний) с детальным описанием мест отбора проб, геометрических параметров испытательного образца и параметров испытаний. Для определения CEE можно использовать значения минимального предела текучести, полученные по результатам этих испытаний, при условии, что это зафиксировано в протоколе испытаний.

5.5.2.4 Минимальный объем испытаний

5.5.2.4.1 Испытания для определения свойств материала

Для испытаний на определение свойств материала должны отбираться:

a) минимум четыре продольных образца от каждого MT для испытаний на растяжение (по одному из каждого квадранта) при температуре окружающей среды,

минимум четыре продольных образца для испытаний на растяжение (по одному из каждого квадранта) при повышенной температуре от одного из MT из середины 50% исходной трубы, подвергнутой испытанию при повышенной температуре;

b) для испытаний на растяжение при температуре окружающей среды скорость растяжения должна соответствовать максимальной скорости деформации, равной 0,127 мм/мм/мин;

c) для испытаний на растяжение при повышенной температуре скорость растяжения должна соответствовать максимальной скорости деформации, равной 0,076 мм/мм/мин.

5.5.2.4.2 Испытания при повышенной температуре

Испытания при повышенной температуре проводят при следующих температурах:

a) для CAL II: 150 °C, 0 °C/минус 5 °C;

b) для CAL III и CAL IV: 195 °C, 0 °C/минус 5 °C.

5.5.2.4.3 Протокол испытаний на растяжение

В протокол испытаний на растяжение включают следующее:

a) полученный график зависимости «напряжение-деформация» от нулевой деформации до деформации 2% или до разрушения образца, в зависимости от того, что произойдет раньше;

b) предел текучести, определенный в соответствии с нормативной документацией, для материалов и групп прочности, соответствующих ГОСТ 31446, ГОСТ ISO 13680 или ГОСТ ISO 3183. Дополнительно включают условный предел текучести 0,2%;

c) предел прочности;

d) общее удлинение.

Требования к протоколу испытаний приведены в C.2 (раздел 3).

5.5.2.4.4 Требования к контролю температуры

Для каждого испытания при температуре окружающей среды необходимо фиксировать температуру. При повышенной температуре контролируют фактическую температуру испытательного образца при помощи термопары, закрепленной на материале образца, и включают данные об изменении температуры в протокол испытаний.

5.5.2.5 Предел текучести материала при температуре окружающей среды

Предел текучести материала при температуре окружающей среды для каждого испытательного образца от патрубка или испытательной муфты принимают равным минимальному пределу текучести материала при температуре окружающей среды MT, примыкающего к испытательному образцу от патрубка или испытательной муфты.

За предел текучести материала испытательного образца принимают минимальный результат, полученный в результате испытаний четырех или более продольных образцов при испытании на растяжение, отобранных от MT в соответствии с 5.5.2.2. При наличии результатов испытаний как плоских, так и цилиндрических образцов для определения предела текучести материала в продольном направлении следует использовать только результаты испытаний плоских образцов. Если результат ниже SMYS группы прочности, можно провести два дополнительных испытания на растяжение на одном и том же образце материала из одного и того же квадранта. Если предел текучести любого из дополнительных испытаний ниже SMYS, то данное резьбовое соединение не следует использовать.

5.5.2.6 Коэффициент масштабирования при повышенной температуре

Минимальным условием для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре является использование одного MT, взятого из середины (между 25% и 75% общей длины, если измерять с одного конца) исходной трубы или исходной трубной заготовки для муфты.

Коэффициент масштабирования при повышенной температуре для исходной трубы или исходной трубной заготовки для муфты представляет собой отношение среднего значения всех результатов испытания на предел текучести при растяжении продольных образцов при повышенной температуре к среднему значению всех результатов испытания на предел текучести при растяжении продольных образцов при температуре окружающей среды для образцов, вырезанных для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре. Результаты испытаний плоских образцов при температуре окружающей среды не следует использовать для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре. Испытательные образцы, применяемые для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре, должны иметь размер и геометрические параметры, указанные в 5.5.2.2. Для определения коэффициента масштабирования при повышенной температуре для исходной трубы или исходной трубной заготовки для муфт следует использовать все достоверные результаты испытаний образцов на растяжение.

Коэффициент масштабирования при повышенной температуре следует использовать для определения эталонных характеристик тела трубы при повышенной температуре для каждого испытательного образца, взятого с исходной трубы.

5.5.2.7 Коэффициент масштабирования для расчета анизотропии

Коэффициент масштабирования для расчета анизотропии при растяжении продольных образцов для исходной трубы или исходной трубной заготовки для муфт представляет собой отношение среднего значения всех результатов испытаний на растяжение поперечных образцов к среднему значению всех результатов испытаний на растяжение продольных образцов. Результаты испытаний плоских образцов при температуре окружающей среды не следует использовать для определения коэффициента масштабирования для расчета анизотропии при растяжении поперечных образцов. Испытательные образцы, применяемые для определения коэффициента масштабирования для расчета анизотропии при растяжении поперечных образцов, должны иметь размер и геометрические параметры, указанные в 5.5.2.3.

Коэффициент масштабирования для расчета анизотропии при сжатии для исходной трубы или исходной трубной заготовки для муфт представляет собой отношение среднего значения всех результатов испытаний на сжатие продольных образцов к среднему значению всех результатов испытаний на растяжение продольных образцов. Для определения коэффициента масштабирования для расчета анизотропии при сжатии следует использовать только данные испытаний на растяжение продольных цилиндрических образцов и данные испытаний на сжатие согласно ASTM E9 (см. 5.5.2.3).

Коэффициенты масштабирования для расчета анизотропии, полученные из предыдущих испытаний, могут быть применены, если это согласовано с заказчиком и подтверждено данными, соответствующими технологическому процессу, группе прочности материала и размеру (см. 5.5.2.3).

Эти коэффициенты масштабирования можно использовать для определения CEE.

5.5.3 Измерения размеров материала

5.5.3.1 Общие положения

Для каждого испытательного образца от патрубка следует измерить и записать критические размеры, необходимые для расчета эталонных характеристик тела трубы (см. рисунок B.5).

Для каждого испытательного образца от патрубка определяют пять плоскостей вдоль оси патрубка следующим образом (см. рисунок B.2):

a) плоскость № 1 на расстоянии 76,2 мм от конца участка крепления или испытательной заглушки;

b) плоскость № 5 на расстоянии 76,2 мм от торца муфты (на патрубках с гладкими ниппельными элементами), на расстоянии 76,2 мм от конца резьбового соединения IJ или на расстоянии 76,2 мм от конца промежуточной зоны высаженных элементов (на резьбовых соединениях IJ и высаженных ниппельных/раструбных элементах);

c) плоскости № 2, № 3 и № 4 на одинаковом расстоянии между плоскостью № 1 и плоскостью № 5.

В каждой из пяти плоскостей находят точку с минимальной толщиной стенки. Отмечают точку на патрубке как 0° и регистрируют минимальное значение толщины стенки (см. рисунок B.5).

В каждой плоскости отмечают семь дополнительных точек на равных промежутках по окружности патрубка, помечая их как 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° и 315°. Измеряют и регистрируют толщину стенки в каждой точке на каждой из пяти плоскостей (см. рисунок B.5).

Изготовитель несет ответственность за измерение и запись размеров, требуемых для определения CEE.

5.5.3.2 Минимальная толщина стенки

Для каждого испытательного образца от патрубка трубы минимальную толщину стенки определяют как наименьшую из пяти минимальных толщин стенки, измеренных в каждой плоскости измерения (см. рисунок B.5).

За установленную минимальную толщину стенки каждого испытательного образца принимают наименьшую из минимальных толщин стенок двух патрубков. Установленную минимальную толщину стенки испытательного образца следует использовать для расчета кривой фактического VME при температуре окружающей среды (см. 7.3.1.2.3).

5.5.3.3 Минимальная средняя толщина стенки

Для каждого испытательного образца от патрубка среднюю толщину стенки определяют как среднюю из восьми измеренных толщин стенки в каждой из пяти плоскостей измерения (см. рисунок B.5).

Для каждого испытательного образца от патрубка за минимальную среднюю толщину стенки принимают наименьшую из пяти средних толщин стенки в пяти плоскостях измерения (см. рисунок B.5).

За установленную минимальную среднюю толщину стенки каждого испытательного образца принимают наименьшую минимальную среднюю толщину стенки двух патрубков. Установленную минимальную среднюю толщину стенки испытательного образца следует использовать для расчета кривой фактического VME при температуре окружающей среды и кривой фактического давления смятия по API при температуре окружающей среды (см. 7.3.1.2.3).

5.5.3.4 Максимальный средний наружный диаметр

Для каждого испытательного образца от патрубка трубы средний наружный диаметр определяют как среднее из четырех измеренных наружных диаметров в каждой из пяти плоскостей измерения (см. рисунок B.5).

Для каждого испытательного образца от патрубка трубы максимальный средний наружный диаметр определяют как наибольший из пяти средних наружных диаметров в пяти плоскостях измерения. Установленный максимальный средний наружный диаметр для каждого испытательного образца представляет собой наибольший средний наружный диаметр двух патрубков.

Установленный максимальный средний наружный диаметр испытательного образца следует использовать для расчета кривой фактического VME при температуре окружающей среды и кривой фактического давления смятия по API при температуре окружающей среды (см. 7.3.1.2.3).

5.6 Процедуры свинчивания и развинчивания

5.6.1 Основные положения

Процедуры свинчивания и развинчивания, резьбовая смазка и обработка поверхности, используемые во время испытаний, должны соответствовать рекомендациям изготовителя по эксплуатации труб в полевых условиях.

5.6.2 Резьбовая смазка при свинчивании

Изготовитель резьбового соединения должен указать тип и количество (с предельными отклонениями +/- 1 г) резьбовой смазки, наносимой на резьбовое соединение, а также участки для нанесения резьбовой смазки. Требования к резьбовой смазке должны быть такими же, как и к смазке, используемой в полевых условиях. Для каждого испытательного образца должна быть применена одна резьбовая смазка. Рекомендуется указать минимальное и максимальное количество резьбовой смазки в единицах массы. Удельный вес используемой резьбовой смазки необходимо привести в информационном листе. Изготовитель должен также представить фотографии и описание порядка нанесения резьбовой смазки в заводских и полевых условиях. На фотографиях должно быть показано резьбовое соединение с минимальным и максимальным количеством резьбовой смазки.

Установлено, что в промышленном производстве применяют резьбовые соединения, обработка поверхности которых не требует резьбовой смазки, и поэтому требования настоящего пункта могут не применяться. Однако для проверки соответствия эксплуатационных характеристик могут быть проведены дополнительные испытания с комбинацией резьбовой смазки и обработки поверхности.

Примечание — Резьбовые смазки, используемые при свинчивании, должны соответствовать требованиям ГОСТ ISO 13678 или ISO 13678 и применяться согласно руководству по эксплуатации.

5.6.3 Моменты свинчивания

Моменты свинчивания, указанные в разделе 7, представляют собой максимальные или минимальные крутящие моменты, рекомендуемые изготовителем. Для высокого заданного крутящего момента свинчивание испытательного образца допустимо, если крутящий момент превышает сумму 80% максимального крутящего момента и 20% минимального крутящего момента, рекомендуемых изготовителем. Для низкого заданного крутящего момента свинчивание испытательного образца допустимо, если крутящий момент менее суммы 80% минимального крутящего момента и 20% максимального крутящего момента, рекомендуемых изготовителем.

Если фактический момент свинчивания меньше минимального момента, рекомендованного изготовителем из-за погрешности испытаний, то для каждого из отдельно взятых испытательных образцов для свинчивания в серии испытаний допускаются развинчивание и повторное свинчивание образца для достижения минимального крутящего момента, рекомендуемого изготовителем. Если и при повторном свинчивании минимальный крутящий момент, рекомендуемый изготовителем, не достигнут, то образец можно испытать в текущем состоянии или его следует заменить.

5.6.4 Процедура свинчивания

Свинчивание каждого резьбового соединения проводят в соответствии с настоящим пунктом. Результаты регистрируют в журнале (см. рисунок B.4).

Перед каждым свинчиванием необходимо тщательно очистить и высушить элементы резьбового соединения, взвесить и зарегистрировать количество резьбовой смазки, наносимой на каждый элемент (ниппельный и раструбный или интегральное соединение). Далее контролируют и регистрируют моменты свинчивания и развинчивания на графиках зависимости крутящего момента от числа оборотов. Разрешающая способность вращения должна быть не менее 0,001 оборота. Графики зависимости крутящего момента от числа оборотов при параметрах свинчивания, приведенных в разделе 7, и при других приемлемых параметрах должны быть добавлены в протокол испытаний (см. раздел 9 и приложение C). Во время свинчивания на каждом графике должны быть указаны испытательный образец, ниппельный или раструбный элемент, номер свинчивания, дата, время и другие данные.

Для свинчивания резьбовых соединений применяют стандартные трубные ключи и плашки, аналогичные используемым в полевых условиях. При этом особое внимание следует уделить выбору типа ключей и плашек для сплавов CRA. Свинчивание должно быть проведено в вертикальном положении. При свинчивании муфтовых соединений не допускается плавающее положение муфты, т.е. каждая сторона муфты должна свинчиваться отдельно. Все оборудование для свинчивания и, по крайней мере, свинчивание одного резьбового соединения необходимо сфотографировать в процессе свинчивания. Скорость свинчивания необходимо фиксировать для каждого свинчивания. Свинчивание и развинчивание следует проводить при помощи трубных ключей на низкой передаче. При креплении раструбного элемента (или муфтовых элементов) необходимо контролировать усилие сжатия, чтобы не допустить деформацию элемента с внутренней резьбой.

Во избежание повреждения резьбового соединения при выполнении процедуры свинчивания и развинчивания рекомендуется установить заглушку на муфтовый конец, который не участвует в свинчивании, чтобы обеспечить дополнительную жесткость этого муфтового конца во время свинчивания другого муфтового конца. Конструкция резьбы заглушки должна быть совместимой с испытательным образцом, однако обеспечение определенных предельных отклонений на геометрические размеры не требуется. В качестве альтернативы заглушке допускается установить ниппель, затягиваемый вручную.

Использование тензометров является необязательным (см. 5.9.3).

5.6.5 Процедура развинчивания

Развинчивание резьбового соединения испытательного образца выполняют с помощью трубного ключа и инструментов, приведенных в 5.6.4, в соответствии с процедурой изготовителя. Результаты регистрируют в журнале (см. рисунок B.4).

5.6.6 Ремонт резьбового соединения после развинчивания

После каждого развинчивания допускается ремонт ниппельных и раструбных элементов только теми методами, оборудованием и инструментами, которые рекомендованы изготовителем резьбового соединения для применения в полевых условиях. Все случаи ремонта должны быть зарегистрированы с указанием времени, израсходованного на ремонт. Необходимо указать в отчете все случаи заедания и другие несоответствия. Оценка заедания, включая описание размера и характера повреждения, должна быть отражена в окончательном протоколе. Следует сфотографировать участки заедания, участки ремонта, эти же участки после следующего развинчивания и после окончательного развинчивания и включить фотографии в окончательный протокол.

5.6.7 Контроль резьбового соединения испытательного образца

После каждого развинчивания резьбовые соединения испытательного образца тщательно осматривают. Оценивают и отмечают на графиках зависимости крутящего момента от числа оборотов все наблюдаемые случаи заедания. На этих же графиках отмечают все нарушения процесса свинчивания (проскальзывание конца трубы или муфты в плашках трубных ключей, сбои компьютера/скачки напряжения, не позволившие распечатать график зависимости крутящего момента от числа оборотов и т.д.).

5.6.8 Проверка шаблоном после окончательного свинчивания

После окончательного свинчивания каждого испытательного образца и перед дальнейшими испытаниями должна быть выполнена проверка шаблоном в соответствии с 7.2.4 для подтверждения проходимости резьбового соединения после испытаний свинчиванием и развинчиванием.

5.7 Выявление утечек при внутреннем давлении для испытаний TS-B и TS-C

5.7.1 Основные положения

Требования к выявлению утечек имеют особое значение для резьбовых соединений, которые должны быть непроницаемыми для газа или жидкости. В 5.7.5 и 5.7.6 приведены два проверенных метода выявления утечек, подходящих для разных типов резьбовых соединений, однако может быть использован любой метод выявления утечек, который может быть откалиброван в соответствии с нормативной документацией и отвечает требованиям к чувствительности, приведенным в 5.7.4. Для TS-B и TS-C образцы обсадных и насосно-компрессорных труб, подвергаемых воздействию внутреннего давления, должны быть проконтролированы с помощью системы, способной выявлять и измерять объем утечек или скорость потока.

Вытеснения при изменении нагрузки необходимо фиксировать в информационных листах, однако эти вытеснения не считают утечкой в резьбовом соединении. Критерии приемки герметичности под давлением приведены в 8.3. Утечки в резьбовом соединении должны быть отмечены на графиках давления.

5.7.2 Среда для создания давления

Для CAL II, CAL III и CAL IV испытания внутренним давлением для подтверждения TLE следует проводить с использованием сухого азота. Для CAL I испытания внутренним давлением для подтверждения TLE должны быть осуществлены с применением жидкого или сухого азота в соответствии с программой испытаний. По согласованию между сторонами, участвующими в испытаниях, в качестве газа-индикатора может быть добавлен гелий.

Для циклов испытаний при повышенной температуре в TS-B и TS-C применяют требования, указанные в 5.10.

5.7.3 Чувствительность системы выявления утечек при внутреннем давлении

Система контроля и измерения для выявления утечек при внутреннем давлении должна обладать чувствительностью к утечкам не ниже 0,9 см3/15 мин с использованием градуированного цилиндра с ценой деления 0,1 см3 или чувствительностью не ниже 0,0001 см3/с в стандартных условиях для системы с газовым хроматографом или спектрометра. При использовании гелия в качестве газа-индикатора система измерения с градуированным цилиндром должна обладать способностью улавливать накопленный газ для анализа содержания гелия с целью подтверждения или исключения фактов утечки.

При использовании градуированного цилиндра необходимо предусмотреть компенсацию изменений барометрического давления и других явлений, не связанных с испытаниями, которые могут оказывать влияние на чувствительность выявления утечек. Рекомендуется перед началом любых испытаний настроить отдельный градуированный цилиндр (см. рисунок 11), имитирующий устройство для выявления утечек. Этот отдельный цилиндр можно использовать во время анализа для установления наличия утечек в резьбовом соединении или того, вызвано ли отклонение изменением барометрического давления. Отдельный градуированный цилиндр при применении должен содержать объем газа, соответствующий объему газа в перевернутых градуированных цилиндрах испытуемых резьбовых соединений.

5.7.4 Индикаторы утечки

Индикаторы утечки можно оценивать в отношении источника утечки, если имеются основания предполагать, что утечка происходит не от испытуемого резьбового соединения. Для подтверждения того, что утечка возникает от среды под давлением, а не от дегазации резьбовой смазки, или от теплового расширения резьбового соединения, или испытательного оборудования, можно использовать датчик, калиброванный на улавливание гелия. Оценка источника утечки должна быть основана на тщательном анализе газа утечки. Если утечка происходит не от резьбового соединения, а от другого источника, например от торцевых заглушек, необходимо выполнить ремонт источника утечки, а затем продолжить испытания. Следует регистрировать все утечки и их источники (например, нагнетательный штуцер, клапан, соединение). В протоколе испытаний должны быть указаны все индикаторы утечек, а также обоснование для уменьшения утечки резьбового соединения.

5.7.5 Устройства для выявления утечек под внутренним давлением

5.7.5.1 Общие положения

Во время испытания под давлением резьбовое соединение испытательного образца должно содержать одно или несколько устройств для выявления утечек под внутренним давлением, приведенных в 5.7.6.2 - 5.7.6.4. Если испытания проводят при повышенной температуре, материалы устройства для выявления утечек должны быть применимы для использования при температурах выше максимальной температуры испытания.

5.7.5.2 Устройство для выявления утечек с уплотнительным кольцом

Устройство для выявления утечек должно состоять из уплотнительного кольца, прижатого к торцу или наружной поверхности муфты при помощи фланца, имеющего не менее четырех сквозных отверстий под шпильки, которыми фланцы плотно прижимаются к торцу муфты. Уплотнение между фланцем и телом трубы создают с помощью отдельного уплотнительного кольца со шпилькой, как показано на рисунке 8.

1 — металлический фланец; 2 — резьбовая шпилька; 3 — пружины; 4 — резьбовая гайка; 5 — муфта; 6 — труба; 7 — гибкий шланг (термостойкий для испытаний при повышенной температуре); 8 — уплотнительное кольцо; 9 — прокладка с гладкой поверхностью

Рисунок 8 — Устройство для выявления утечек с уплотнительным кольцом при испытании под внутренним давлением

5.7.5.3 Устройство для выявления утечек с гибким шлангом

Устройство для выявления утечек с гибким шлангом из эластичного материала типа силикон устанавливают на конец муфты. Зазоры между наружными поверхностями трубы, муфты и шланга заполняют уплотнительным материалом. Для крепления шланга к наружной поверхности трубы и муфты используют хомуты для шланга. Между шлангом и наружной поверхностью трубы вводят трубку с уплотнительным материалом, направляющую протекающий газ через шланг, как показано на рисунке 9.

1 — гибкий шланг; 2 — хомуты для шланга; 3 — металлическая трубка или гибкий шланг [термостойкая(ий) для испытаний при повышенной температуре]; 4 — уплотнительный материал; 5 — небольшой зазор для повышения чувствительности выявления утечек

Рисунок 9 — Устройство для выявления утечек с гибким шлангом при испытании под внутренним давлением

5.7.5.4 Устройство для выявления утечек с перфорированной муфтой

В муфте, над участком сбега резьбы ниппеля, вблизи торца муфты сверлят сквозное выпускное отверстие, позволяющее выходящему газу вытекать из соединения. В отверстии нарезают внутреннюю резьбу и дополняют резьбовым переходником, к которому подсоединяют гибкий шланг. Торец муфты уплотняют во избежание неконтролируемой утечки газа, как показано на рисунке 10.

1 — резьбовое отверстие на участке сбега резьбы с резьбовым переходником; 2 — уплотнительный материал; 3 — гибкий шланг (термостойкий для испытаний при повышенной температуре)

Рисунок 10 — Устройство для выявления утечек с перфорированной муфтой при испытании под внутренним давлением

Сборку перфорированной муфты проводят следующим образом (см. рисунок 10):

a) перед свинчиванием резьбового соединения сверлят отверстия, нарезают в них резьбу, удаляют заусенцы и устанавливают заглушки;

b) свинчивают резьбовое соединение;

c) в отверстия устанавливают резьбовые переходники с нанесением уплотнительного резьбового материала, например PTFE;

d) очищают и уплотняют концы муфты при помощи силиконового или другого уплотнительного материала;

e) дают уплотнительному материалу затвердеть;

f) отверстия могут быть расположены рядом с уплотнением металл-металл.

5.7.6 Выявление утечек пузырьковым методом при испытании под внутренним давлением

5.7.6.1 Основные положения

Система выявления утечек пузырьковым методом изображена на рисунке 11. Система основана на улавливании газа, выделяющегося из резьбового соединения, и на его сборе в газосборнике для измерения объема. Система состоит из следующих основных компонентов:

a) устройств для улавливания газа, например приведенных ранее устройств для выявления утечек (см. 5.7.5);

b) трубки или гибкого шланга для соединения устройства для выявления утечек с газосборником;

c) газосборника, включающего прозрачный градуированный цилиндр с ценой деления не более 0,1 см3:

1. цилиндр заполняют водой, гибкий шланг выводят в открытый конец цилиндра,

2. цилиндр и конец шланга погружают в сосуд с водой и переворачивают (см. рисунок 11);

d) критерии приемки герметичности уплотнения приведены в 8.3.

1 — гибкий шланг (термостойкий для испытаний при повышенной температуре); 2 — сосуд с водой; 3 — градуированные цилиндры; 4 — термостойкая трубка; 5 — устройство для выявления утечек; 6 — замещающий градуированный цилиндр (того же размера и с той же высотой над уровнем воды, что и цилиндры 3)

Рисунок 11 — Пример конфигурации устройства для выявления утечек пузырьковым методом под внутренним давлением

Утечку визуально обнаруживают при наличии пузырьков, поднимающихся в цилиндре. Объем газа из пузырьков измеряют по шкале цилиндра и определяют, приводит ли утечка к протеканию резьбового соединения или она из другого источника, такого как дегазация резьбовой смазки (см. 5.7.4).

5.7.6.2 Испытание устройств для выявления утечек под давлением

Каждое устройство для выявления утечек подвергают испытаниям в следующем порядке:

a) в начале и в конце испытания проверяют уплотнительный материал и переходник на наличие утечки, для чего присоединяют шланг к источнику давления:

1. создают давление газа (воздуха или азота) от 0,007 до 0,014 МПа,

2. перекрывают подвод газа и наблюдают по манометру за падением давления;

b) при необходимости герметизируют или ремонтируют устройство;

c) периодически вывинчивают переходник, при необходимости очищают отверстие и проводят повторное испытание в том порядке, который описан выше.

5.7.6.3 Проверка системы выявления утечек пузырьковым методом

Проверку системы выявления утечек пузырьковым методом осуществляют в следующем порядке:

a) перед началом выполнения программы испытания и после ее выполнения необходимо проверить систему выявления утечек под внутренним давлением путем испытания на наличие утечки и оценки ее чувствительности. В случае выявления утечек системой после проведения испытания следует повторить испытания, проведенные с момента последней оценки системы выявления утечек;

b) для проверки системы на утечки прикладывают давление воздуха или азота от 0,007 до 0,014 МПа. После стабилизации давления перекрывают подвод газа и в течение 2 мин наблюдают за давлением по манометру. Любое падение давления указывает на наличие утечек из системы, которые необходимо выявить и устранить. Уровень чувствительности системы должен быть зарегистрирован и может быть использован для оценки показаний. Чувствительность системы может быть улучшена за счет уменьшения длины шланга;

c) уровень чувствительности системы оценивают, подводя к ней воздух и измеряя прирост объема воздуха в каждом газосборнике. Воздух подводят порциями по 1 см3 как минимум до объема 10 см3. Определяют среднее отношение подводимого и отводимого воздуха на графике (см. рисунок 12). Следует зарегистрировать начальный объем подводимого воздуха, необходимый для того, чтобы воздух начал скапливаться в газосборнике, но этот объем не влияет на расчетную скорость утечки, и поэтому его не учитывают при расчете уровня чувствительности. Уровень чувствительности должен составлять не менее 70%, в противном случае необходимо изменить конфигурацию системы и тем самым повысить чувствительность. Найденный уровень чувствительности должен применяться для коррекции наблюдаемой скорости и объемов утечки во время проведения испытаний и рассчитываться по следующей формуле:

q_{ac} = \frac{q_{0}}{\eta_{Ids}} , (3)

где qac — фактическая фиксируемая скорость утечки;

q0 — наблюдаемая скорость утечки;

\eta_{Ids} — уровень чувствительности системы выявления утечек.

1 — элемент A испытательного образца; 2 — элемент B испытательного образца

Рисунок 12 — Пример графика оценки чувствительности системы выявления утечек

5.7.6.4 Начало испытания

Перед началом испытания под внутренним давлением проводят предварительную загрузку каждой системы выявления утечек путем нагнетания воздуха в систему вблизи раструбного элемента до появления небольшого количества воздуха в газосборнике. Полученный объем регистрируют в качестве начального объема газа, который будет вычитаться из дополнительного объема газа, который накопится в цилиндре в ходе испытания. Полученный объем воздуха должен быть достаточным, чтобы понизить уровень воды в градуированном цилиндре до уровня шкалы перед началом испытаний.

5.7.7 Выявление утечек под внутренним давлением методом гелиевого масс-спектрометра

5.7.7.1 Основные положения

Система выявления утечек методом гелиевого масс-спектрометра (см. рисунок 13) включает следующее:

a) устройство для выявления утечек газа;

b) трубку или гибкий шланг для соединения устройства для выявления утечек с линией подачи газа-носителя;

c) линию подачи чистого азота в качестве газа-носителя, соединенную с масс-спектрометром;

d) гелиевый масс-спектрометр (если масс-спектрометр измеряет утечку методом определения концентрации газа в воздухе, необходимо проверить исправность анализатора при атмосферном давлении).

1 — источник внутреннего давления; 2 — кран для отбора проб; 3 — устройство регистрации данных; 4 — масс-спектрометр; 5 — регуляторы подачи газа-носителя; 6 — испытательный образец (изображен с двумя муфтами и четырьмя соединениями 1S, 2S, 3S и 4S)

Рисунок 13 — Выявление утечек при помощи гелиевого масс-спектрометра

5.7.7.2 Точность системы

Система выявления утечек методом гелиевого масс-спектрометра должна обеспечивать в стандартных условиях измерение общей эффективной скорости утечки 0,0001 см3/с или ниже.

5.7.7.3 Калибровка

Всю систему необходимо калибровать не реже, чем один раз в год, в соответствии с рекомендациями изготовителя оборудования, с использованием сертифицированного и калиброванного источника утечек. Калиброванный источник утечек следует использовать вместо испытательного образца при наличии каждого компонента системы выявления утечек.

5.7.7.4 Измерение утечки нескольких образцов

Для испытания нескольких резьбовых соединений или испытательных образцов можно использовать манифольд. Минимальное необходимое время определения концентрации газа в воздухе зависит от оборудования, и его следует определить и продемонстрировать перед началом испытания. Каждая линия должна быть проверена на концентрацию газа не реже одного раза в минуту.

5.7.7.5 Проверка системы

Перед каждым испытанием продувают систему азотом. Фиксированное количество гелия вводят в устройство для выявления утечек или рядом с ним, чтобы убедиться в том, что детектор реагирует на гелий. Проверяют на утечку гелия всю линию и устройство для выявления утечек. Чтобы убедиться в отсутствии засоров в линии, анализируют содержание гелия в газе. В конце испытания повторно продувают линию для того, чтобы обеспечить отсутствие загрязнений системы в начале испытания.

5.8 Выявление утечек для испытания TS-A

5.8.1 Испытания, проводимые при температуре окружающей среды

5.8.1.1 Основные положения

Резьбовые соединения обсадных и насосно-компрессорных труб подвергают воздействию внутреннего и наружного давлений при температуре окружающей среды в системе, способной выявить возникающие при этом утечки. Выявление таких утечек под действием наружного давления считают более сложным и менее точным, чем выявление утечек под внутренним давлением.

Хотя предпочтительно применять методы выявления утечек, аналогичные указанным в 5.7.6 и 5.7.7, эти методы невозможно применять из-за наличия камеры наружного давления. В связи с чем выявление утечек для TS-A при температуре окружающей среды в процессе испытаний под внутренним давлением следует проводить в соответствии с 5.8.1, если камеру оставляют на испытательном образце во время испытания, или согласно 5.7, если камеру убирают.

Вытеснения при изменении нагрузки необходимо фиксировать в протоколе; однако данные вытеснения не считают утечкой в резьбовом соединении. Критерии приемки герметичности под давлением должны соответствовать 8.3. Утечки в резьбовом соединении следует показать на графиках давления.

Для подтверждения предполагаемых утечек, их скорости и источника проводят дополнительные испытания. В случае предполагаемой утечки под внутренним давлением камеру наружного давления следует удалить для оценки каждого резьбового соединения в собранном испытательном образце по отдельности. При этом вытеснения, наблюдаемые с помощью установленной камеры наружного давления, следует фиксировать, но для оценки точки нагрузки с предполагаемой утечкой должны быть использованы только результаты, полученные без камеры наружного давления.

В случае подтверждения утечки без камеры наружного давления точку(и) нагрузки с предполагаемой утечкой необходимо подвергнуть повторным испытаниям с окончанием в точке нагрузки с той же стороны (CCW или CW), что и при предыдущей оценке, выполненной с камерой наружного давления. Если при выполнении предыдущей последовательности испытаний были предполагаемые утечки точке нагрузки в обоих направлениях, то оценку утечек без камеры наружного давления следует проводить для предыдущей точки нагрузки в обоих направлениях. Период выдержки для проверки утечек должен быть самым длинным периодом выдержки для данной конкретной точки нагрузки во время данной серии испытаний.

В случае обнаружения предполагаемой утечки с помощью камеры наружного давления допускается продолжить испытания с камерой наружного давления до тех пор, пока серия испытаний не будет завершена, и затем провести проверку утечки без использования камеры наружного давления.

Результат, полученный без камеры наружного давления, следует считать частью испытаний, а не их отклонением.

5.8.1.2 Среда для создания давления

Среды для создания давления рассмотрены в 5.7.2.

Испытания под наружным давлением при температуре окружающей среды проводят с использованием воды или соответствующей нагнетательной среды.

5.8.1.3 Чувствительность и проверка системы выявления утечек под внутренним и наружным давлениями

Для испытаний TS-A при температуре окружающей среды чувствительность к выявлению утечек для испытаний под внутренним и наружным давлениями должны соответствовать положениям 5.7.6.3 при калибровке камеры и испытательного образца соответственно. Чувствительность необходимо зафиксировать и задокументировать в соответствии с 5.7.6.3.

Для облегчения выявления утечек можно использовать индикаторные красители в жидкости, или муфта может быть перенесена на участок между уплотнением металл-металл и началом первого витка резьбы на ниппеле. Второй вариант — измерить промежуток времени, необходимый для того, чтобы жидкость пробила отверстие в резьбовом уплотнении. Тогда данный промежуток времени следует использовать для определения минимального времени выдержки для текущих одночасовых периодов выдержки после испытаний под наружным давлением.

5.8.1.4 Торцевые заглушки с отверстиями

В торцевых заглушках испытательного образца резьбового соединения должны быть предусмотрены отверстия для заполнения внутренней части образца водой, оснащенные штуцерами высокого давления, способными удержать внутреннее давление при проведении такого испытания. Как правило, требуются два отверстия — одно для подвода воды и одно для отвода воздуха, расположенные на противоположных концах испытательного образца резьбового соединения. Отверстие для отвода воздуха должно быть расположено в торцевой заглушке таким образом, чтобы можно было полностью удалить воздух из испытательного образца. Если не отводить воздух из камеры наружного давления, это может привести к длительному периоду стабилизации и (или) ошибочным результатам при определении герметичности резьбового соединения. Поэтому следует приложить усилия для отвода воздуха из камеры наружного давления, из испытательного образца и из системы выявления утечек. Расположение отверстий для подвода и отвода в надлежащих участках, наклон испытательного образца во время заполнения образца или камеры наружного давления водой, использование смачивающих веществ и т.д. — это примеры способов удаления воздуха из испытательного образца. Кроме того, отверстия должны быть расположены так, чтобы обеспечить удаление воды из резьбового соединения перед дальнейшими испытаниями под внутренним давлением газа.

5.8.1.5 Установка для испытаний TS-A

Пример установки для испытаний TS-A приведен на рисунке 14. Отверстие для отвода воздуха из камеры (позиция 3 на рисунке 14) должно быть в верхней части камеры наружного давления во время настройки и стабилизации. Затем сборный узел поворачивают вокруг его продольной оси так, чтобы отверстие 3 было как можно ближе к 20° от вертикали, или подсоединяют шланг для выявления утечек с другим отверстием, например в нижней части (180°) или боковой поверхности (90°) камеры, для предотвращения попадания оставшегося воздуха в шланг для выявления утечек. Отверстие, обозначенное позицией 11 на рисунке 14, должно совпадать с внутренним диаметром испытательного образца или быть меньше него.

1 — отверстие для датчика давления при испытании под внутренним давлением газа, для выявления утечек при испытании под наружным давлением и для подвода магистрального воздуха для удаления воды после испытания под наружным давлением; 2 — камера наружного давления; 3 — отверстие, оснащенное гибким шлангом для выявления утечек при испытании под внутренним давлением или датчиком давления при испытании под наружным давлением; 4 — испытуемая труба; 5 — торцевая заглушка с внутренним отверстием сверху (см. позицию 1); 6 — внутренний специальный вкладыш для безопасности; 7 — испытуемое соединение; 8 — торцевая заглушка с внутренним отверстием снизу (см. позицию 11); 9 — камера, полностью заполненная водой; 10 — отверстие для подвода воды в камеру; 11 — отверстие для подвода газа для наполнения водой при испытании под наружным давлением, для отвода воды после испытания под наружным давлением; 12 — гибкий шланг для подсоединения к системе выявления утечек (см. позицию 8 на рисунке 15)

Рисунок 14 — Пример установки для испытаний TS-A

1 — вентиль перед большим градуированным цилиндром; 2 — вентиль перед малым градуированным цилиндром; 3 — большой градуированный цилиндр с открытым верхом (приблизительно от 100 до 200 см3); 4 — малый градуированный цилиндр с открытым верхом (приблизительно 25 см3) с ценой деления 0,1 см3; 5 — уровень воды; 6 — подкрашенная вода; 7 — регулируемый кронштейн цилиндра, позволяющий разместить дно цилиндра на уровне воды от 100 до 200 см3 в начале каждого периода выдержки; 8 — гибкий шланг, соединенный с верхней частью камеры при испытании под внутренним давлением газа и с верхним отверстием одной из торцевых заглушек при испытании под наружным давлением; 9 — гибкий шланг, соединенный с большим цилиндром; 10 — гибкий шланг, соединенный с малым цилиндром

Примечание - Установку не допускается использовать для испытания при повышенной температуре.

Рисунок 15 — Пример системы выявления утечек для TS-A с камерой наружного давления на образце для испытаний под внутренним и наружным давлениями при температуре окружающей среды

5.8.1.6 Выявление и измерение утечек по уровню воды

Для испытания под внутренним давлением при температуре окружающей среды камера и система выявления утечек должны быть заполнены водой согласно 5.8.1.4. В соответствии с 5.8.1.5 гибкий шланг подсоединяют к системе выявления утечек, как показано на рисунке 14 (позиции 3 и 12) и на рисунке 15 (позиция 8).

Для испытаний под наружным давлением при температуре окружающей среды испытательный образец и система выявления утечек должны быть заполнены водой согласно 5.8.1.4. В соответствии с 5.8.1.5 гибкий шланг подсоединяют к системе выявления утечек, как показано на рисунке 14 (позиции 3 и 12) и на рисунке 15 (позиция 8).

Во время испытаний под давлением TS-A камера охватывает испытуемое резьбовое соединение и часть трубы по обе стороны от него. Установлено, что при проведении этого испытания непосредственно после приложения полного давления и осевой нагрузки может иметь место вытеснение значительного объема воды (более 0,9 см3 за 15 мин). При этом интенсивность вытеснения воды обычно постепенно уменьшается. Поэтому необходим период стабилизации перед началом требуемого периода выдержки под давлением. С учетом этой особенности во время испытаний под давлением TS-A следует руководствоваться следующими условиями:

a) прикладывают полное требуемое внутреннее или наружное испытательное давление и закрывают вентили на напорных линиях, идущих от нагнетательного насоса;

b) для поддержания требуемого давления непосредственно после закрытия вентилей может потребоваться небольшое повышение давления;

c) вскоре после закрытия вентилей (после приложения заданных нагрузок и стабилизации системы выявления утечек) начинают регистрировать осевые нагрузки, давление и уровни воды в градуированных цилиндрах;

d) продолжают регистрировать осевые нагрузки, давление и уровни воды в градуированных цилиндрах в соответствии с 8.3;

e) документально фиксируют скорость утечки и отмечают направление утечки в газосборнике. Критерии приемки герметичности под давлением приведены в 8.3.

В начале испытания под внутренним и под наружным давлениями большой градуированный цилиндр, показанный на рисунке 15, должен быть заполнен водой примерно наполовину. Перед приложением и регулировкой испытательных нагрузок открывают большой вентиль (позиция 1 на рисунке 15) и закрывают малый вентиль (позиция 2 на рисунке 15). При приложении испытательных нагрузок уровень воды в большом цилиндре будет повышаться или понижаться. В начале периода выдержки открывают малый вентиль (позиция 2 на рисунке 15) и перемещают малый градуированный цилиндр вверх или вниз так, чтобы уровень воды в нем стал близким к дну цилиндра. Затем закрывают большой вентиль (позиция 1 на рисунке 15). При утечке из резьбового соединения уровень воды в малом цилиндре будет повышаться, и его измерение позволяет делать выводы о скорости утечки. Для облегчения наблюдения за уровнем воды в цилиндрах рекомендуется добавить краситель.

Для определения характеристики утечки уровень воды в малом цилиндре должен регистрироваться в начале и в конце каждого периода выдержки, а при наличии утечки из резьбового соединения — с периодичностью, установленной в 8.3.2.

5.8.2 Испытания, проводимые при повышенной температуре

5.8.2.1 Основные положения

Из-за сложности проведения испытания под наружным давлением при повышенной температуре с использованием точной системы выявления утечек основным принципом является работа соединения при повышенной температуре, а система выявления утечек используется для выявления утечек в резьбовом соединении только в информационных целях.

Выявление утечек в TS-A при повышенной температуре производят с помощью метода падения давления. При удалении камеры наружного давления испытание под внутренним давлением при повышенной температуре должно быть выполнено в соответствии с 5.7. Утечки независимо от метода выявления (давление, объем или скорость) следует фиксировать в протоколе.

Для испытания TS-A при повышенной температуре применяют требования 5.10.

5.8.2.2 Среда для создания давления

Испытания под внутренним давлением выполняют с использованием сухого азота. Испытания под наружным давлением проводят с помощью соответствующей жидкости, которая остается в жидком состоянии при температуре выше температуры испытания.

5.8.2.3 Чувствительность и проверка системы выявления утечек при TS-A

Для испытаний TS-A при повышенной температуре чувствительность выявления утечек, равная чувствительности выявления утечек под внутренним давлением (см. 5.7.3), невозможна из-за сложности, точности и безопасности. Для выявления утечек при повышенной температуре в условиях TS-A следует применить метод падения давления (см. 5.8.2.4). В результате чувствительность выявления утечек равна чувствительности датчика давления. Результаты необходимо документально зафиксировать.

5.8.2.4 Выявление и измерение утечек методом падения давления

Выявление утечек методом падения давления можно применять для испытаний TS-A при повышенной температуре. Изменения давления в зависимости от нагрузки следует фиксировать и указывать в протоколе, однако данные изменения давления не считают утечкой в резьбовом соединении. Критерии приемки герметичности резьбовых соединений должны соответствовать приведенным в 8.3. Утечки в резьбовом соединении должны быть указаны на графиках давления.

При испытаниях под внутренним давлением камера наружного давления заполняется соответствующей нагнетательной средой, и отверстие (позиция 10 на рисунке 16) закрывается, в то время как датчик давления используется для контроля давления в пределах камеры наружного давления в отверстии (позиция 3 на рисунке 16). Давление в камере наружного давления следует поддерживать на уровне не выше 1,4 МПа. В периоды выдержки при внутреннем давлении снижение внутреннего давления сопровождается повышением наружного давления, что указывает на возможную утечку в резьбовом соединении под действием внутреннего давления.

1 — отверстие для датчика давления при испытании внутренним давлением газа; 2 — камера наружного давления; 3 — отверстие, оборудованное датчиком давления для испытания под внутренним давлением газа; 4 — испытуемая труба; 5 — торцевая заглушка с внутренним отверстием сверху (см. позицию 1); 6 — внутренняя уплотнительная прокладка для безопасности; 7 — испытуемое соединение; 8 — торцевая заглушка с внутренним отверстием снизу (см. позицию 11); 9 — камера, полностью заполненная жидкостью; 10 — отверстие для подвода жидкости в камеру, закрытое при испытании под внутренним давлением газа; 11 — отверстие для подвода газа под давлением

Рисунок 16 — Пример установки для TS-A при повышенной температуре (внутреннее давление)

При испытаниях под наружным давлением образец наполняют газовой или жидкой средой. Отверстие торцевой заглушки (позиция 11 на рисунке 17) закрывается, в то время как датчик давления используется для контроля давления в пределах испытательного образца в отверстии (позиция 1 на рисунке 17). Давление в пределах испытательного образца следует поддерживать на уровне не выше 1,4 МПа. В периоды выдержки при наружном давлении понижение наружного давления, сопровождаемое повышением внутреннего давления, указывает на возможную утечку в резьбовом соединении под действием наружного давления. Повышение давления в образце не совпадает с потерей давления в камере. Исходя из того, что для создания наружного давления использована соответствующая нагнетательная среда, может потребоваться значительный объем утечки, прежде чем внутреннее давление повысится настолько, насколько необходимо для выявления утечки.

1 — отверстие для датчика давления при испытании под наружным давлением газа, подвода магистрального воздуха для удаления воды после испытаний под наружным давлением; 2 — камера наружного давления; 3 — отверстие, оборудованное датчиком давления для испытания под наружным давлением; 4 — испытуемая труба; 5 — торцевая заглушка с внутренним отверстием сверху (см. позицию 1); 6 — внутренняя уплотнительная прокладка для безопасности; 7 — испытуемое соединение; 8 — торцевая заглушка с внутренним отверстием снизу (см. позицию 11); 9 — камера, полностью заполненная жидкостью; 10 — отверстие для подвода жидкости под давлением в камеру; 11 — отверстие для подвода жидкости при испытании под наружным давлением, для отвода жидкости после испытания под наружным давлением

Рисунок 17 — Пример установки для TS-A при повышенной температуре (наружное давление)

Выявление утечек для TS-A при повышенной температуре осуществляют при помощи контроля приложенного давления на предмет возможной утечки в резьбовом соединении. Фиксируют скорость потери давления, МПа/мин, с интервалом 5 мин, динамику скорости падения давления и число повышений давления во время выдержки. Длительная потеря давления или увеличение скорости потери давления указывает на возможную утечку в резьбовом соединении. Критерии приемки герметичности резьбовых соединений приведены в 8.3.

Для подтверждения предполагаемых утечек, определения их скорости и источника проводят дополнительные испытания. При наличии предполагаемой утечки под действием внутреннего давления камеру наружного давления следует удалить, а испытание под внутренним давлением повторить, чтобы каждое резьбовое соединение в сборке образца можно было оценить отдельно с выявлением и измерением утечек пузырьковым методом (см. 5.7.7) или методом гелиевого масс-спектрометра (см. 5.7.8). В случае предполагаемой утечки под действием наружного давления и по согласованию между изготовителем и заказчиком можно завершить испытания при повышенной температуре и провести испытания TS-A при температуре окружающей среды при уровне 90% для подтверждения утечки или обосновать ее сложностью выявления утечек при повышенной температуре. В противном случае при отсутствии согласования между сторонами образец следует охладить до температуры окружающей среды и повторно провести испытание под наружным давлением при температуре окружающей среды при уровне 90% с выявлением и измерением утечек по уровню воды (см. 5.8.1.6).

5.9 Сбор данных и методы испытаний

5.9.1 Общие положения

Правильная и точная регистрация данных имеет существенное значение при выполнении программы испытаний. Без соответствующей регистрации данных невозможно обеспечить объективную оценку качества резьбового соединения.

5.9.2 Принципы испытаний

Испытательные образцы подвергают воздействию комбинации нагрузок, включая осевую нагрузку, давление, изгиб и температуру. Соответствующее измерение и контроль этих нагрузок необходимы для выполнения программы испытаний. Для точек нагрузки без преднамеренного изгиба изгибающие нагрузки могут быть вызваны изменениями в трубе или выравниванием элементов испытательного образца и нагрузочного устройства. Рекомендуется предусмотреть крепление испытательных образцов приспособлениями, предотвращающими изгиб. Испытательные лаборатории должны поддерживать процессы управления изгибом испытательных образцов.

Контроль параметров деформации во время испытаний позволяет проанализировать реакцию резьбового соединения на условия испытаний и подтвердить правильность приложения испытательным оборудованием запланированных нагрузок. Возможно подключение тензометров к резьбовому соединению (наружный диаметр раструбного элемента/замковой муфты и внутренний диаметр ниппельного элемента) и (или) по отношению к телу трубы.

5.9.3 Процедура

5.9.3.1 Общие положения

Контролируют и регистрируют внутреннее или наружное давление, осевую нагрузку, изгибающую нагрузку и температуру, воздействующие на испытательный образец. Для каждого испытания непрерывно регистрируют давление, осевую нагрузку и температуру во времени. Данные сведения следует регистрировать в цифровой форме. При цифровой регистрации скорость сбора данных должна соответствовать ожидаемым изменениям нагрузки и давления, но не должна быть менее одного показания с каждого канала с интервалом в 15 с. Для испытаний при предельных нагрузках рекомендуется более высокая скорость сканирования.

5.9.3.2 Давление и (или) осевая нагрузка

К внутренней или наружной поверхности испытательного образца резьбового соединения присоединяют датчик давления. При этом его размещают со стороны отверстия для отвода воздуха, а не со стороны отверстия для нагнетания давления.

Каждый образец нагружают усилием со скоростью роста осевой нагрузки не более 105 МПа/мин, а также давлением со скоростью роста давления не более 105 МПа/мин. Нагружение образцов можно осуществлять непрерывно или дискретно. Однако в случае дискретного нагружения скорости роста осевой нагрузки и давления не должны превышать максимальной скорости. При снятии давления и осевой нагрузки максимальную и минимальную скорости не устанавливают.

Примечание - Эти скорости указаны для обеспечения точной регистрации данных о герметичности и конструктивных характеристиках во время испытаний.

Давление и (или) осевые нагрузки на нагрузочное устройство в периоды выдержки не должны быть выше расчетных нагрузок. Нагрузку давлением в периоды выдержки следует поддерживать в пределах расчетного давления +/- 1,4 МПа или +/- 1% в зависимости от того, что больше; осевую нагрузку на нагрузочное устройство в периоды выдержки — в пределах расчетной осевой нагрузки на раму +/- 0,5% или +/- 22 кН в зависимости от того, что больше.

Добавление или удаление осевых нагрузок, нагрузок давлением или изгибающих нагрузок допустимо в периоды выдержки для сохранения нагрузок в пределах требуемого допустимого диапазона. Снижение осевой нагрузки на нагрузочное устройство, давления, изгиба или температуры до значений меньше нижнего допустимого предела не влияет на выдержку; однако период выдержки следует продлить, чтобы выдержать общее суммарное время выдержки при нагрузках в пределах допустимого диапазона. Превышения верхнего допустимого предела для заданного периода выдержки следует избегать. Если они происходят, их следует зафиксировать.

5.9.3.3 Применение тензометров, установленных на резьбовом соединении, во время испытаний на свинчивание-развинчивание

Во время испытаний на свинчивание-развинчивание могут быть применены тензометры. При их применении в том случае, если предполагается осуществлять сбор данных во время свинчивания и развинчивания, испытательный образец перед начальной сборкой должен быть снабжен измерительной аппаратурой для контроля деформации. Если данные по деформации тела трубы собираются во время испытаний на свинчивание-развинчивание, следует использовать двухосные или трехосные тензометры.

Примечание - Двухосные тензометры измеряют основные деформации во время испытаний с комбинированной нагрузкой, однако при испытаниях на свинчивание-развинчивание более целесообразно применение трехосных тензометров, т.к. основной деформацией трубы во время свинчивания и развинчивания является деформация кручения.

Для размещения тензометров можно использовать различные осевые положения. Минимальное количество тензометров в каждом осевом положении должно быть следующим:

a) три тензометра, расположенные по окружности (каждые 120°) на равном расстоянии друг от друга — для труб наружным диаметром до 101,60 мм включ.;

b) четыре тензометра, расположенные по окружности (каждые 90°) на равном расстоянии друг от друга — для труб наружным диаметром свыше 101,60 мм.

Для свинчиваний и развинчиваний тензометры устанавливают внутри ниппеля и снаружи муфты (для соединений IJ — снаружи муфты), на стороне, противоположной любым участкам уплотнения металл-металл. Если уплотнений металл-металл несколько, тензометры размещают напротив каждого уплотнения, как можно ближе к середине участка уплотнения. Внутренние и наружные тензометры размещают в соответствующих осевых положениях (т.е. при свинчивании резьбового соединения осевое положение внутренних и наружных тензометров должно совпадать). Расположение по окружности может не совпадать.

Для каждого свинчивания показания тензометра следует фиксировать отдельно:

• для ниппеля и муфты (раструбного элемента) не в сборке;
• для резьбового соединения в сборке, свинченного вручную и (или) ленточным ключом;
• для полностью свинченного резьбового соединения.

В случае выхода из строя первого образца из-за заедания обязательно использование тензометров при повторных испытаниях для сбора данных во время сборки образца.

Перед первым свинчиванием тензометры необходимо установить на ноль и выполнить их параллельную калибровку. При многократном свинчивании и развинчивании не допускается корректировать калибровку и нулевое положение между циклами свинчивания и развинчивания (т.е. повторный сброс на ноль не допускается). После FMU внутренние тензометры и связанные с ними провода следует отсоединить и удалить.

5.9.3.4 Применение тензометров для измерения изгиба

5.9.3.4.1 Общие положения

Для TS-B с изгибом требуется использование тензометров для тела трубы. Тензометры могут быть использованы для контроля случайного изгиба в других сериях испытаний.

Эквивалентное осевое усилие изгиба в теле эталонной трубы для расчетного изгиба определяют по формуле

F_{b} = 9,13857 \cdot 10^{- 7} \cdot (t_{avg}D_{avg}^{2} - t_{avg}^{2}D_{avg}) \cdot E \cdot D_{leg}, (4)

где Fb — эквивалентное осевое усилие изгиба, кН;

tavg — измеренная средняя толщина стенки трубы испытательного образца, мм;

Davg — максимальный из средних измеренных в установленных плоскостях наружных диаметров испытательного образца трубы, мм;

Dleg — эффективная степень прогиба, градусы на 30 м;

E — модуль упругости материала тела трубы, МПа (см. 5.5.2).

Константа 9,13857·10-7 основана на переводе единиц измерения и геометрических коэффициентах, учитывающих напряжение на наружной поверхности трубы в плоскости изгиба. Эквивалентное осевое усилие изгиба определяют по формуле (4) с помощью задания плоского напряжения равным напряжению изгиба наружной поверхности и расчета осевой нагрузки. Расширенная информация по формуле и ее происхождению приведена в D.6.2.2.

5.9.3.4.2 Положение и ориентация тензометров

При измерении изгиба при помощи тензометров размещают четыре одноосных тензометра на оба патрубка в одних и тех же расположенных на равном расстоянии друг от друга с интервалом 90° плоскостях и на расстоянии не менее 3 \sqrt{(D \cdot t)} от резьбового соединения и любой торцевой заглушки или крепления. Если необходимо дополнительно использовать тензометры для сбора данных о кольцевой деформации, можно применять двухосные тензометры. Рекомендуется настроить тензометр на 0° в соответствии с расположением наиболее тонкой стенки. Положение/ориентацию каждого тензометра необходимо документально зафиксировать.

Существует два метода контроля расчетного изгиба: метод контроля, основанный на изгибающем моменте Dleg, и метод контроля, основанный на эквивалентном напряжении. В обоих случаях для контроля расчетного изгиба применяют тензометры. Испытательная лаборатория должна выбрать один метод и использовать его на протяжении всего испытания.

Калибровку и нулевое положение тензометра не следует корректировать на протяжении любой серии испытаний (т.е. повторный сброс на ноль не допускается); любой остаточный изгиб является частью общего приложенного изгибающего момента. Однако, если в конце испытаний TS-B без изгиба при температуре окружающей среды испытательный образец остался достаточно прямым (что должно быть продемонстрировано другими способами), допускается повторный сброс на ноль (пока образец находится при повышенной температуре), так как считается, что остаточные деформации (приводящие к расчетному изгибу) являются результатом не изгиба, а неравномерного деформационного упрочнения материала тела трубы. В случае необходимости замены тензометра или его повторного сброса на ноль стороны должны согласовать процедуру и последующие изменения в ходе испытаний.

5.9.3.4.3 Контроль кривизны по изгибающему моменту

При методе контроля по изгибающему моменту Dleg к резьбовому соединению применяют изгиб и доводят до минимального изгибающего момента, установленного для испытаний на изгиб, рассчитанный по результатам измерения напряжений тензометрами тела трубы. Для каждого патрубка изгиб рассчитывают в горизонтальной и вертикальной плоскостях и две плоскости комбинируют векторно для определения изгибающего момента. Применять изгибающий момент необходимо до тех пор, пока наибольшее из показаний двух патрубков не достигнет расчетного значения. Контролируют показания тензометров тела трубы, рассчитывают изгибающее напряжение, изгибающий момент и прогиб и непрерывно регистрируют прогиб.

В периоды выдержки прилагаемую изгибающую нагрузку необходимо поддерживать, как минимум, в пределах расчетной изгибающей нагрузки и, как максимум, в пределах расчетной изгибающей нагрузки плюс предельное отклонение, указанное ниже. Отклонение ниже расчетной изгибающей нагрузки не влияет на выдержку, однако период выдержки следует увеличить, чтобы соблюсти общее суммарное время выдержки при изгибающей нагрузке в пределах допустимого диапазона. Отклонения выше верхнего допустимого предела для заданного периода выдержки следует исключить. Если они возникают, их необходимо зафиксировать:

a) максимально допускаемый изгиб 3,0° на 30 м — для труб наружным диаметром до 73,02 мм включительно;

b) максимально допускаемый изгиб 2,0° на 30 м — для труб наружным диаметром от 73,02 до 101,60 мм;

c) максимально допускаемый изгиб 1,5° на 30 м — для труб наружным диаметром от 101,60 до 139,70 мм;

d) максимально допускаемый изгиб 1,0° на 30 м — для труб наружным диаметром от 139,70 до 254,00 мм;

e) максимально допускаемый изгиб 0,5° на 30 м — для труб наружным диаметром свыше 254,00 мм.

5.9.3.4.4 Контроль кривизны по эквивалентному напряжению

При методе контроля по эквивалентному напряжению каждая точка приложения изгибающей нагрузки соответствует точке нагрузки без изгиба при идентичном расчетном уровне напряжений. Целью такого метода является замещение части осевой нагрузки изгибающей нагрузкой таким образом, чтобы уровень напряжения до и после приложения изгиба был эквивалентным. Данный метод можно использовать только для резьбовых соединений, передающих изгиб на тело трубы, например соединения со 100%-ной эффективностью изгиба (см. 5.9.3.4).

Изгиб необходимо прикладывать и контролировать в одной плоскости. Следует установить соответствующее крепление для ограничения поперечного изгиба и контролировать его. Изгиб QI необходимо контролировать тензометром на стороне растяжения трубы, а изгиб QII — тензометром на стороне сжатия трубы.

Сначала прикладывают нагрузки на этапе нагрузки без изгиба и регистрируют напряжение контрольным тензометром на каждом патрубке. Порядок точек нагрузки с изгибом и без него можно поменять таким образом, что точку одноосной нагрузки можно использовать до применения изгиба. Затем уменьшают осевую нагрузку на расчетное значение и прикладывают изгибающую нагрузку до тех пор, пока контрольный тензометр не возвратится к последнему значению, зарегистрированному на предыдущей точке приложения нагрузки без изгиба. Когда расчетный изгиб достигнут, можно начать период выдержки. Тензометр может сползти во время выдержки из-за того, что материал нагружается сверх предела упругости. Изгибающую нагрузку можно снизить для сохранения напряжения в указанных далее допустимых пределах.

Предельное отклонение на прилагаемую изгибающую нагрузку составляет 2% упругой деформации, основанной на модуле упругости, определенном ранее, и SMYS или 50 мкм/м в зависимости от того, что больше.

5.9.3.4.5 Измерение изгиба

Тензометры, используемые для измерения изгиба, не должны быть более 6,35 мм. Осевое положение тензометров зависит от метода приложения изгибающей нагрузки, как указано далее. В качестве альтернативы для измерения изгиба можно применять методы измерения (например, видео, лазерные, фотограмметрические методы). Альтернативные методы измерения необходимо документировать для демонстрации достижения требуемого минимального изгиба в каждой точке приложения изгибающей нагрузки.

Применяют два метода нагружения для запланированного изгиба:

a) четырехточечный изгиб.

Оба изгибающих цилиндра размещают на одинаковом расстоянии от конечных опор и прилагают с их помощью одинаковую нагрузку. Тензометры, используемые для контроля изгиба, должны быть расположены на теле трубы между двумя изгибающими цилиндрами при условии соблюдения требований 5.9.3.4.2;

b) равномерный изгиб при помощи вращающихся концевых креплений, при котором прилагаемый изгибающий момент должен быть одинаковым на обоих концах. Тензометры могут быть расположены в любом месте по длине трубы при условии соблюдения требований, указанных в 5.9.3.4.2.

5.9.3.5 Испытания под предельной нагрузкой

Контролируют и регистрируют внутреннее или наружное давление и осевую нагрузку, приложенные к испытательному образцу.

При каждом испытании под предельной нагрузкой фотографируют образец после отказа и указывают место и характер разрушения. Отмечают основные нагрузки и размеры в соответствии с рисунком B.7. Результаты испытания регистрируют и записывают в протоколы испытаний (см. раздел 9 и приложение C). Информация о завершении испытаний приведена в 7.4.2.

5.10 Испытания при повышенной температуре

5.10.1 Основные положения

Целью механических циклических испытаний при температуре окружающей среды и при повышенной температуре (TS-A и TS-B) и термоциклических испытаний (TS-C) является имитирование условий эксплуатации и ускорение потенциальной утечки путем циклического термического воздействия на резьбовое соединение при одновременном воздействии осевого растяжения, сжатия, изгиба и внутреннего давления. Для последней серии механических циклических испытаний при температуре окружающей среды при испытаниях TS-A, TS-B и TS-C температура испытательного образца (трубы и резьбового соединения) должна быть ниже 35 °C включительно.

5.10.2 Аппаратура

Колебания температуры для механических и термоциклических испытаний могут достигаться любыми средствами, способными обеспечивать равномерное изменение температуры резьбового соединения в пределах температурного диапазона испытания. Аппаратура не должна подвергать испытательные образцы воздействию температур, значительно превышающих температуру, предусмотренную процедурой испытаний.

Нагрев и охлаждение должны быть равномерно распределены по муфте или резьбовому соединению в зависимости от того, что применимо.

На каждом образце должно быть предусмотрено минимум две термопары. Обе термопары должны находиться в центре муфты для соединений с резьбой и муфтой (T&C) и в центре резьбового соединения для интегрального соединения. Термопары должны быть расположены на расстоянии 180° друг от друга (сверху и снизу для горизонтально ориентированных испытаний). Необходимо следить за тем, чтобы измеряемая температура не зависела от колебаний температуры вблизи термопары и чтобы измеренная температура была показательной для всего резьбового соединения. По усмотрению заказчика или изготовителя можно использовать дополнительные термопары для измерения, контроля или справочного измерения.

При испытаниях TS-A, TS-B и TS-C во время периодов выдержки при повышенной температуре показания термопар должны находиться в пределах +/- 15 °C от установленной повышенной температуры испытаний для указанного уровня применения резьбового соединения. Временны́е отклонения ниже данных пределов допустимы (особенно при повышении и понижении давления), однако отсчет времени выдержки не следует начинать до тех пор, пока показания термопар не достигнут допустимого диапазона. Если временны́е отклонения ниже пределов, а период выдержки уже начался, выдержку следует продлить, чтобы соблюсти общее суммарное время выдержки при температуре в пределах диапазона. Отклонения выше заданной температуры могут повлиять на эксплуатационные характеристики резьбового соединения. Если происходит случайное отклонение выше максимально допустимой температуры, его следует зафиксировать и связаться с уполномоченными лицами для получения дальнейших указаний. За температуру испытательного образца принимают среднее значение из показаний термопар резьбового соединения. Максимальная температура испытательного образца должна быть не ниже 135 °C для CAL II и не ниже 180 °C — для CAL III и CAL IV.

При испытаниях TS-C минимальной температурой для каждого термического цикла является среднее из показаний двух термопар, при этом минимальная температура должна быть не выше 52 °C для каждого уровня применения без ограничения по нижней границе. В каждом из пяти циклов давления — растяжения термопары по окончании TS-C (позиция 10 на рисунке 33) не должны превышать 35 °C.

Термические и механические циклы могут быть непрерывными или прерываться на ночь или для ремонта оборудования.

Выявление утечек при испытаниях TS-B и TS-C должно осуществляться в соответствии с 5.7; при испытаниях TS-A — согласно 5.8. Во время циклических испытаний при повышенной температуре возможны небольшие изменения уровня воды в градуированных цилиндрах. Такие колебания происходят бессистемно и необязательно связаны с утечкой в резьбовом соединении, а могут быть обусловлены быстрыми изменениями температуры и барометрического давления.

Критерии приемки герметичности под давлением приведены в 8.3.

6 Подготовка испытательных образцов

6.1 Общие цели испытаний

Контроль и выбор испытательных образцов имеют решающее значение, поскольку метод основан на оценке наихудшей конфигурации резьбового соединения с крайними значениями допускаемых отклонений, а не на случайном сочетании допускаемых отклонений. Оценка крайних значений допускаемых отклонений учитывает эксплуатационные параметры размеров, момент свинчивания, тип и количество резьбовой смазки. Предельные отклонения изделия установлены с учетом эксплуатационных характеристик, производственных возможностей и стоимости производства. Следует учесть, что данный метод испытаний не может служить статистической базой для анализа рисков и не дает конкретных указаний по применению резьбовых соединений.

Полноразмерные испытательные образцы изготавливают и испытывают при крайних значениях эксплуатационных характеристик резьбового соединения с учетом данных чертежей, планом качества, рабочими процедурами (включая процедуры нанесения резьбовой смазки) и моментами свинчивания, указанными в информационных листах геометрических данных и в эксплуатационных характеристиках резьбового соединения, а также в процедурах контроля качества. В таблице 2 приведены общие цели испытаний испытательных образцов резьбового соединения; в таблице 3 - рекомендации по выбору образцов для испытания резьбовых соединений с уплотнением металл-металл и конической резьбой. Крайние значения испытательного образца должны соответствовать указанным целям испытаний. Для резьбовых соединений с характеристиками, отличными от указанных в таблице 3, необходимо определить и документировать крайние значения, которые соответствуют наихудшему случаю и которые будут использованы для испытаний.

Таблица 2

Цели испытания испытательного образца для CAL

Таблица 3

Выбор испытательных образцов для испытания резьбовых соединений с уплотнением металл-металл и конической резьбой

6.2 Идентификация и маркировка испытательных образцов

На каждый испытательный образец наносят маркировку со следующей информацией (см. рисунок 18):

a) номер испытательного образца (т.е. 1, 2, 3, 4 или 5) должен быть нанесен на оба патрубка и на муфту (по применимости);

b) после номера испытательного образца указывают обозначение патрубка (A или B);

c) на соответствующем конце муфты наносят сторону муфты (A или B). Идентификационная маркировка, нанесенная изготовителем муфты, может отличаться от требуемой маркировки испытательного образца, однако изготовитель должен представить документацию, в которой нанесенная им маркировка привязана к требуемой маркировке испытательного образца;

d) замененные и (или) повторно обрабатываемые резьбовые соединения обозначают «R1» после «A» или «B», если повторную обработку проводят впервые, «R2» — если повторную доработку проводят во второй раз, и т.д.

^a Номер испытательного образца для полномасштабных испытаний, состоящий из цифр 1, 2, 3 и т.п. и букв «A» или «B», обозначающих стороны патрубка и муфты.

^b Lp_j - минимальная межопорная длина патрубка (D + 6 \sqrt{Dt}) , см. 6.3.1.

1 — концевое крепление; 2 — тензометры для измерения изгиба; 3 — минимальное расстояние 3 \sqrt{Dt} между тензометрами и резьбовым соединением [при минимальном расстоянии (D + 3 \sqrt{Dt}) между тензометрами и концевыми креплениями]; 4 — ниппельный элемент; 5 — муфта

Примечание - Патрубки необязательно должны быть одинаковой длины.

Рисунок 18 — Обозначения и межопорная длина испытательных образцов

6.3 Подготовка испытательных образцов

6.3.1 Дополнительная и межопорная длины труб

Испытательные образцы подготавливают таким образом, чтобы для каждого испытательного образца длина трубы имела минимальную межопорную длину патрубка Lpj (см. рисунок 18), рассчитываемую по формуле

L_{pj} \geq D + 6 \sqrt{(Dt)} , (5)

где D — номинальный наружный диаметр трубы, мм;

t — номинальная толщина стенки трубы, мм.

Должна быть предусмотрена дополнительная длина для крепления и (или) торцевых заглушек.

Испытательные образцы маркируют с учетом результатов измерения толщины стенки и наружного диаметра на соответствующих длинах LA, LB, LC (см. рисунок B.2) и регистрируют их в информационном листе (см. рисунок B.5).

6.3.2 Трубы и трубные заготовки для муфт

Испытательные образцы изготавливают из труб и трубных заготовок для муфт в соответствии со стандартными методами фрезерования/нарезания резьбы в следующем порядке:

a) изготавливают резьбовые соединения для трубы с высаженными концами из таких труб;

b) изготавливают резьбовые соединения для штампованных труб из таких труб;

c) изготавливают равнопроходные резьбовые соединения для штампованной трубы с гладкими концами из таких труб;

d) снимают внутренние напряжения с ниппельного и (или) раструбного концов перед нарезанием резьбы, если это является частью процесса серийного производства, принятого изготовителем.

Допустимо, но не рекомендуется изготавливать испытательные образцы из исходных заготовок путем механической обработки высаженных наружу концов трубы, воспроизводя форму изделия. Если высаженные концы резьбового соединения получают не высадкой, а механической обработкой, то форма и длина высаженного конца должны быть минимально допускаемыми изготовителем. В таких случаях в протоколах испытаний необходимо указать, когда применимо, что испытательные образцы изготовлены из толстостенных цилиндров.

6.3.3 Требования к материалам

Для каждой группы испытательных образцов предъявляют следующие требования:

a) патрубки на концах A и B должны быть изготовлены из одной исходной заготовки;

b) исходные трубные заготовки для муфт должны быть из одной партии;

c) свойства материала (механические свойства и размеры) каждого испытательного образца от патрубка должны быть определены в соответствии с 5.5;

d) весь материал должен соответствовать установленным требованиям;

e) общий диапазон измеренных значений предела текучести при температуре окружающей среды каждой исходной заготовки должен быть менее или равным 105 МПа;

f) среднее значение предела текучести при температуре окружающей среды трубных заготовок для муфт не должно превышать минимального предела текучести трубной заготовки для ниппеля более чем на 70 МПа;

g) если труба и муфта имеют разные группы прочности, то разность между фактическими значениями пределов текучести устанавливается по согласованию между изготовителем и заказчиком.

6.3.4 Регистрация данных

Все соответствующие данные необходимо привести в формах, указанных на рисунках B.3, B.5 и B.6.

6.4 Механическая обработка испытательных образцов

Испытательные образцы изготавливают в соответствии с планом контроля процесса, разработанного изготовителем резьбовых соединений. Предельные отклонения должны соответствовать требованиям 6.5.

Профиль резьбы первого испытательного образца или эквивалентный увеличенный отпечаток профиля (например, на пресс-форме) при увеличении не менее чем в 20x должны соответствовать требованиям к размерам испытательного образца резьбового соединения, указанным на чертеже. Прежде чем приступить к изготовлению испытательного образца, необходимо проверить изделие, представляющее начало партии, на полное соответствие требованиям применяемых чертежей. Профиль резьбы или эквивалентный увеличенный отпечаток профиля должны быть приведены в подробном протоколе испытаний, составляемом изготовителем резьбового соединения.

В зоне уплотнения необходимо измерить шероховатость поверхности в соответствии с требованиями к шероховатости поверхности, указанными на чертеже изделия, и внести результат в протокол испытаний. Измерение проводят после изготовления и перед обработкой поверхности, которое должно соответствовать техническим требованиям к шероховатости поверхности, указанным на чертеже изделия.

Выбранное качество обработки поверхности каждого ниппельного и раструбного элементов должно соответствовать качеству производственной обработки поверхности изделия. Изготовитель должен установить, особенно для материалов, чувствительных к заеданию, какое качество обработки поверхности ниппельного и раструбного элементов должно быть минимальным (или максимальным) в диапазоне допускаемых отклонений, в зависимости от того, что является более существенным для резьбового соединения. В протоколе испытаний необходимо зафиксировать фактические параметры полученного резьбового соединения.

Если испытательный образец до окончания испытаний получил повреждение, то изготавливают заменяющий образец. Изготовление и свинчивание этого заменяющего образца проводят с такими же предельными отклонениями, как и поврежденного образца, после чего необходимо повторить весь объем испытаний, необходимый для исходного образца. Заменяющие и (или) повторно обработанные резьбовые соединения маркируют кодом «R1» после «A» или «B», если повторную обработку проводят впервые, кодом «R2» — если повторную обработку проводят во второй раз, и т.д.

Все данные, которые следует документально зафиксировать на рисунке B.6, могут быть указаны в процентах от поля предельных отклонений измеряемого размера (т.е. 0% является минимальным значением поля предельных отклонений измеренного размера, а 100% — максимальным значением поля предельных отклонений). В случае использования процентного выражения измеренные значения должны быть зарегистрированы в документах изготовителя резьбы. Необходимо учитывать, что 50% является серединой поля предельных отклонений. Овальность основного уплотнения резьбового соединения указывают в процентном выражении.

6.5 Предельные отклонения при механической обработке

6.5.1 Эксплуатационные характеристики в наихудшем случае

Фактические размеры при механической обработке зависят от типа резьбового соединения. Для резьбовых соединений с характеристиками, не указанными в таблице 3, или с другими рекомендуемыми предельными отклонениями изготовитель должен предоставить объективные свидетельства того, что испытанию подвергнуто резьбовое соединение с таким сочетанием предельных значений размеров, при котором имеют место наихудшие эксплуатационные характеристики, что может быть определено аналитическим, расчетным [например, методом конечных элементов (FEA)] и (или) экспериментальным методом, например при помощи тензометров. При выборе наихудшего сочетания эксплуатационных характеристик изготовитель должен учитывать минимальные и максимальные значения контактного давления в локальном уплотнении, общую контактную нагрузку на уплотнение и общую рабочую длину контакта в уплотнении, на которые влияют параметры механической обработки. Для соединений T&C стороны A и B должны быть обработаны с одинаковыми размерными допусками.

В таблице 2 приведены цели испытаний испытательного образца CAL; в таблице 3 - рекомендации по выбору испытательных образцов для испытания резьбовых соединений с уплотнением металл-металл и конической резьбой; в таблице 4 - предельные отклонения натягов уплотнения металл-металл и резьбы; в таблице 5 - предельные отклонения конусности резьбы. На рисунке 19 представлено схематическое описание диапазонов натягов испытательных образцов.

Таблица 4

Предельные отклонения натяга

Натяг a	Предельные отклонения натяга
	Минимальное	Максимальное
Максимальный натяг образца (H)		Без ограничений
Предельный максимальный натяг образца (XH)		Без ограничений
Минимальный натяг образца (L)	Без ограничений
Предельный минимальный натяг образца (XL)	Без ограничений
a В отношении натяга уплотнения и резьбы применяют один принцип.

Таблица 5

Предельные отклонения конусности резьбы ^a

Рисунок 19 — Схематическое изображение диапазона натягов испытательных образцов

Предельные отклонения при механической обработке, которые могут иметь значение для наихудшего сочетания эксплуатационных характеристик, включают, помимо прочего, следующее:

a) диаметры уплотнения;

b) конусность резьбы;

c) ширина торца ниппельного элемента;

d) диаметры резьбы;

e) шероховатость поверхности.

Предельные отклонения параметров резьбовых соединений, применяемые к испытательному образцу, создают определенную устойчивость характеристик в программе испытаний и могут быть оценены вместе с вероятностью возникновения этих событий. Для оценки вероятности возникновения событий, связанных с условиями испытаний, можно применять методы количественной оценки рисков.

6.5.2 Пример выбора предельных отклонений при механической обработке

В качестве примера выбрано резьбовое соединение с конической резьбой, уплотнением металл-металл и заплечиками для передачи крутящего момента на торце ниппельного элемента. В таблице 3 приведены комбинации диаметров уплотнения и резьбы, конусности резьбы и моментов FMU, при которых имеет место наихудшее сочетание эксплуатационных характеристик, соответствующее целям испытаний по таблице 2. Для этого типа резьбового соединения изготовитель должен выполнить механическую обработку испытательных образцов, предназначенных для полномасштабных испытаний, до крайних значений, указанных в таблице 3, если только анализ по 6.5.1 не покажет, что необходимо провести испытание резьбового соединения с другими предельными отклонениями. Для каждой сборки ниппеля/муфты и каждого натяга (резьбы или уплотнения) как минимум один из диаметров элементов отдельных элементов соединения (ниппеля или муфты) должен находиться в пределах его проектных предельных отклонений. Дополнительно данный элемент должен находиться в пределах 25% диапазона проектных предельных отклонений при установленной предельной величине. При необходимости другой диаметр может быть за пределами проектных предельных отклонений, пока натяг сборки соответствует установленному натягу комбинации ниппеля и муфты (см. таблицу 4).

6.6 Заплечик с канавками

Для типов резьбовых соединений с заплечиком на упорном торце ниппельного элемента A (торце B для интегрального соединения) испытательных образцов выполняют канавки в соответствии с рисунком 20, которые имитируют возможные повреждения при погрузочно-разгрузочных операциях в процессе эксплуатации резьбовых соединений в полевых условиях. Канавки наносят в любой момент до FMU. Другие концы образца также могут иметь заплечики с канавками.

1 — канавка глубиной не менее 0,2 мм; 2 — канавка глубиной не менее 0,2 мм, расположенная максимально близко к 180° от позиции 1; 3 — заплечик для передачи крутящего момента; 4 — витки резьбы

Рисунок 20 — Канавки в заплечиках для передачи крутящего момента

При испытаниях с уплотнениями другого типа наличие канавок на заплечиках подлежит согласованию между заказчиком и изготовителем. Обоснование отсутствия канавки должно быть включено в полный протокол испытаний, указанный в приложении C. Однако в том случае, когда допускается обработка заплечика в полевых условиях, канавку следует включить в схему испытаний резьбового соединения.

На рисунке 20 углы канавок 1 и 2 должны быть скруглены во избежание возможного заедания. Канавки не должны выходить на поверхность уплотнения металл-металл торца ниппеля.

7 Процедуры испытаний

7.1 Основные положения

Процедуры предусматривают испытания резьбовых соединений с наихудшей конструкцией под воздействием области испытательных нагрузок и предельных нагрузок на тело трубы или резьбовое соединение (в зависимости от того, что меньше).

В соответствии с целями испытания (см. таблицу 2) в таблице 6 приведен перечень процедур испытаний для каждого испытательного образца резьбового соединения в зависимости от натяга уплотнения, состояния свинчивания-развинчивания и испытаний для серий A, B или C и LL (предельные нагрузки до разрушения). В таблице 3 приведена дополнительная информация по отбору испытательных образцов резьбовых соединений с уплотнением металл-металл.

Таблица 6

Описание испытательного образца и перечень испытаний соединений с конической резьбой и уплотнением металл-металл

7.2 Испытания на свинчивание-развинчивание

7.2.1 Принципы испытаний

Одной целью программы испытаний является оценка чувствительности конструкции резьбового соединения к заеданию; другой целью — проведение испытаний на герметичность на концах испытательных образцов, которые собраны однократно, и на выполнение циклов свинчивания и развинчивания на других концах испытательного образца. Таким образом, одни концы испытательного образца проходят испытания на свинчивание и развинчивание согласно 7.2.2 (MBG), после чего выполняется FMU согласно 7.2.3. Другие концы испытательного образца свинчивают только один раз (FMU) согласно 7.2.3.

Все первоначальные и промежуточные операции свинчивания при испытаниях MBG должны быть выполнены до максимального момента свинчивания при минимальном количестве резьбовой смазки. При FMU, выполняемом перед испытаниями TLE, необходимо нанести на каждое резьбовое соединение максимальное количество смазки, а крутящий момент при этом должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 6. Для резьбовых соединений с уплотнением по резьбе FMU перед испытаниями TLE необходимо иметь минимальное количество резьбовой смазки и минимальный или максимальный крутящий момент (см. рисунки 4 - 7 и таблицу 6).

В окончательный протокол необходимо включить оценку заедания с приложением фотографий поверхностей заедания до и после ремонта, начиная с первого случая заедания отремонтированных поверхностей после следующего развинчивания и после окончательного развинчивания.

Для типов резьбовых соединений, не включенных в таблицу 6, изготовитель должен предоставить данные о количестве резьбовой смазки и величине крутящего момента, необходимые для достижения целей, указанных на рисунках 4 - 7. Испытания резьбовых соединений с уплотнением по резьбе и резьбовых соединений большого диаметра могут быть проведены с использованием соответствующих данных таблицы 6.

7.2.2 Испытания на стойкость к заеданию при свинчивании-развинчивании (MBG) (концы A и B)

Перед началом испытаний на свинчивание-развинчивание проводят пробные испытания свинчиванием для калибровки настроек разгрузочного клапана на оборудовании для свинчивания. Это увеличивает вероятность достижения требуемого окончательного крутящего момента во время испытаний на свинчивание-развинчивание. Повышение количества оборотов в минуту при свинчивании резьбового соединения может увеличить диапазон предельных отклонений в отношении расчетного крутящего момента.

Свинчивание и развинчивание концов испытательного образца резьбового соединения выполняют в следующем порядке;

a) руководствуются общими указаниями по свинчиванию-развинчиванию, приведенными в 5.6;

b) указывают геометрические параметры резьбового соединения (см. рисунок B.6);

c) следят за тем, чтобы резьбовые соединения были чистыми и сухими, а также регистрируют массу нанесенной на них резьбовой смазки;

d) свинчивают резьбовые соединения (см. таблицу 6) с нанесением определенного количества резьбовой смазки и с приложением указанного момента свинчивания;

e) после каждого развинчивания очищают, осматривают и фотографируют ниппельный и раструбный концы в соответствии с 5.6;

f) выполняют FMU в соответствии с 7.2.3.

Примечание - Все интегральные соединения являются сборками B и не имеют концов A.

7.2.3 Окончательное свинчивание (концы A и B)

Окончательное свинчивание испытательного образца резьбового соединения FMU должно быть выполнено в следующем порядке:

a) руководствуются общими указаниями по свинчиванию-развинчиванию, приведенными в 5.6;

b) указывают геометрические параметры резьбового соединения (см. рисунок B.6);

c) следят за тем, чтобы резьбовые соединения были чистыми и сухими, а также регистрируют массу нанесенной на них резьбовой смазки;

d) свинчивают резьбовые соединения (см. таблицу 6) с нанесением определенного количества резьбовой смазки и с приложением указанного момента свинчивания;

e) результаты испытаний записывают по формам, приведенным на рисунках B.4 и B.6.

7.2.4 Проверка шаблоном после окончательного свинчивания

После окончательного свинчивания каждого испытательного образца необходимо выполнить проверку шаблоном с помощью оправки, содержащей жесткую цилиндрическую часть, соответствующую диаметру шаблона трубы или резьбового соединения. Оправка шаблона должна свободно проходить через резьбовое соединение при перемещении вручную или механизированным способом. В спорных случаях контроль оправкой шаблона должен быть проведен вручную. Контроль оправкой шаблона должен быть выполнен в обоих направлениях.

Длина оправки шаблона должна составлять не менее 305 мм. Размеры оправки шаблона должны быть зафиксированы: одно измерение длины и шесть измерений диаметра шаблона (в верхней, средней и нижней частях шаблона и в двух положениях под углом 90° друг к другу).

Концы оправки шаблона за пределами рабочей цилиндрической части должны быть выполнены так, чтобы облегчить введение оправки в трубу. Трубы не должны содержать посторонних предметов и должны быть правильно закреплены для предотвращения провисания.

7.3 Испытания области испытательных нагрузок

7.3.1 Расчет области испытательных нагрузок

7.3.1.1 Общие положения

При расчете CEE целью настоящего стандарта является испытание образцов при наиболее высоких нагрузках или комбинациях нагрузок, насколько это практически безопасно. Поэтому для каждого испытательного образца следует применять нижеприведенные определения переменных нагрузок.

Если CEE муфтовых соединений меньше эталонных характеристик тела трубы и это не обусловлено фактическим пределом текучести материала (см. 7.3.1.3), то TLE должна составлять 100% от CEE. Для интегральных соединений максимальные осевые нагрузки ограничены критическими сечениями (а не телом трубы), тогда: если CEE определяют как 100% критического сечения, умноженного на фактический предел текучести, применяют 90%-ное ограничение осевых нагрузок; если CEE ограничена осевыми нагрузками и это не обусловлено фактическим пределом текучести материала и критическим сечением (см. 7.3.1.3), то TLE должна составлять 100% от CEE.

7.3.1.2 Эталонные характеристики тела трубы испытательного образца (при температуре окружающей среды и при повышенной температуре)

7.3.1.2.1 Общие положения

Расчет эталонных характеристик тела трубы при температуре окружающей среды требуется для каждого испытательного образца в соответствии с 4.2 и используется на рисунках 21 - 32. Для определения эталонных характеристик тела трубы при температуре окружающей среды необходимо рассчитать ряд эталонных кривых зависимости осевых нагрузок от давления. Эталонные характеристики тела трубы при температуре окружающей среды для каждого испытательного образца получают из кривой фактического VME по API и комбинации эталонных кривых для наружного давления. Для упрощения процесса эталонные кривые для наружного давления целиком накладывают на эталонные характеристики тела трубы.

В рамках настоящего стандарта см. D.3.1 - D.3.5 (кривые 1a — 5a) для методики применения формул по ISO/TR 10400:2018.

7.3.1.2.2 Эталонные кривые тела трубы на основании установленных исходных параметров API

Первые три эталонные кривые неизменны для испытательных образцов, так как являются функцией от исходных параметров API или от номинальных исходных данных. Эти эталонные кривые рассчитывают следующим способом:

a) кривую номинального VME при температуре окружающей среды (кривую 1a) рассчитывают согласно ISO/TR 10400:2018. Исходными параметрами являются SMYS, номинальный наружный диаметр, номинальная толщина стенки и 87,5% номинальной толщины стенки (для минимальной толщины стенки). Кривая номинального VME при температуре окружающей среды должна быть показана в виде непрерывной области VME.

Примечание - В ISO/TR 10400:2018 см. раздел, который относится к трехосному пределу текучести тела трубы;

b) кривую номинального давления смятия по API при температуре окружающей среды (кривая 2a) рассчитывают согласно ISO/TR 10400:2018 с применением в качестве исходных параметров SMYS, номинальный наружный диаметр и номинальную толщину стенки.

Примечание - В ISO/TR 10400:2018 см. раздел, который относится к сопротивлению наружному давлению;

c) кривую наружного давления для труб, стойких к смятию при температуре окружающей среды (кривую 3a) (при применении), получают одноосным масштабированием кривой номинального давления смятия по API при температуре окружающей среды (кривой 2a) с использованием в качестве коэффициента масштабирования отношения между одноосным высоким давлением смятия при температуре окружающей среды, указанным изготовителем, и одноосным номинальным давлением смятия по API при температуре окружающей среды.

7.3.1.2.3 Эталонные кривые тела трубы на основании измеренных исходных параметров

Две оставшиеся эталонные кривые должны быть различными для разных испытательных образцов, поскольку они являются функцией измеренных исходных параметров. Эти эталонные кривые рассчитывают следующим способом:

a) кривую фактического VME при температуре окружающей среды (кривую 4a) рассчитывают согласно ISO/TR 10400:2018 с применением минимального значения характеристик для двух патрубков при температуре окружающей среды: AMYS согласно 5.5.2.5, минимальной толщины стенки (для окружного напряжения) по 5.5.3.2 и минимальной средней толщины стенки (для осевых нагрузок) согласно 5.5.3.3, а также максимального значения характеристик для двух патрубков для максимального среднего наружного диаметра в соответствии с 5.5.3.4. Кривая фактического VME при температуре окружающей среды для каждого испытательного образца должна быть показана в виде непрерывной области VME.

Примечание - В ISO/TR 10400:2018 см. раздел, который относится к трехосному пределу текучести тела трубы;

b) кривую фактического давления смятия по API при температуре окружающей среды (кривую 5a) рассчитывают согласно ISO/TR 10400:2018 для каждого испытательного образца с применением минимального значения характеристик для двух патрубков: AMYS при температуре окружающей среды согласно 5.5.2.5, минимального значения из полученных для двух патрубков минимальной средней толщины стенки по 5.5.3.3 и максимального значения из полученных для двух патрубков максимального среднего наружного диаметра, установленного в соответствии с 5.5.3.4.

Примечание - В ISO/TR 10400:2018 см. раздел, который относится к сопротивлению наружному давлению.

7.3.1.2.4 Эталонные характеристики тела трубы при повышенной температуре

Расчет эталонных характеристик тела трубы при повышенной температуре выполняется для каждого испытательного образца согласно 4.2 и используется на рисунках 28 и 32. Для определения эталонных характеристик тела трубы при повышенной температуре необходимо рассчитать серию эталонных кривых зависимости осевой нагрузки от давления. Эталонные кривые при повышенной температуре окончательно не изучены и находятся на стадии изучения в промышленности. Согласно требованиям настоящего стандарта эти кривые должны быть получены масштабированием соответствующей эталонной кривой при температуре окружающей среды. Допускается применять альтернативные методы масштабирования при расчете эталонных характеристик тела трубы при повышенной температуре, если они приведены в ISO/TR 10400:2018 или при наличии возможности продемонстрировать их экспериментальное подтверждение и подробно описаны в плане испытаний.

Поскольку коэффициент масштабирования для каждой из эталонных кривых при повышенной температуре является функцией AMYS, эти кривые необходимо рассчитывать отдельно для каждого испытательного образца. Эталонные характеристики тела трубы при повышенной температуре для каждого испытательного образца получают из комбинации этих эталонных кривых. Для упрощения процесса эталонные кривые для наружного давления необходимо целиком наложить на эталонные характеристики тела трубы:

a) кривая номинального VME при повышенной температуре (кривая 1e) должна быть получена двухосным масштабированием кривой номинального VME при температуре окружающей среды с применением коэффициента масштабирования при повышенной температуре Ktemp (см. 5.5.2.6). Кривую номинального VME при повышенной температуре необходимо отображать в виде непрерывной области VME;

b) кривая номинального давления смятия по API при повышенной температуре (кривая 2e) должна быть получена двухосным масштабированием кривой номинального давления смятия по API при температуре окружающей среды с применением коэффициента масштабирования при повышенной температуре Ktemp (см. 5.5.2.6);

c) кривую наружного давления для труб, стойких к смятию при повышенной температуре (кривую 3e), должен определить изготовитель трубы, подвергаемой наружному давлению смятия. Коэффициент окончательного масштабирования от кривой 3a должен быть зафиксирован в протоколе;

d) кривая фактического VME при повышенной температуре (кривая 4e) должна быть получена двухосным масштабированием кривой фактического VME при температуре окружающей среды с применением коэффициента масштабирования при повышенной температуре Ktemp (см. 5.5.2.6). Кривую фактического VME при повышенной температуре необходимо отображать в виде непрерывной области VME;

e) кривая фактического давления смятия API при повышенной температуре (кривая 5e) должна быть получена двухосным масштабированием от кривой фактического давления смятия по API при температуре окружающей среды с применением коэффициента масштабирования при повышенной температуре Ktemp (см. 5.5.2.6).

7.3.1.3 CEE испытательных образцов (при температуре окружающей среды и при повышенной температуре)

Расчет CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре выполняют для каждого испытательного образца согласно 4.2.

Изготовитель несет ответственность за определение CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре для каждого испытательного образца с учетом конструкции резьбового соединения, измеренных размеров и предела текучести материала. CEE может быть ограничена эксплуатационными характеристиками тела трубы или резьбового соединения. Если CEE ограничена эксплуатационными характеристиками тела трубы, то CEE основана на пределе текучести материала. Если CEE меньше эталонных характеристик тела трубы, изготовитель должен указать (для каждой точки CEE, определенной в таблице 7), обусловлено ли ограничение CEE пределом текучести материала или другим фактором. Учитывая данную информацию о CEE, можно определить коэффициенты масштабирования для TLE.

Таблица 7

Определение точек нагрузки

CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре не должны превышать кривые фактического VME тела трубы при температуре окружающей среды и при повышенной температуре (кривые 4a и 4e) соответственно для каждого испытательного образца согласно 7.3.1.3. Изготовитель может ограничить CEE с учетом эталонных кривых давления смятия тела трубы для каждого испытательного образца в соответствии с 7.3.1.3. Если CEEa при температуре окружающей среды определена кривой номинального давления смятия по API при температуре окружающей среды (кривой 2a) или кривой наружного давления для труб, стойких к смятию при температуре окружающей среды (кривой 3a), то изготовитель может ограничить сжимающую нагрузку CEEa при температуре окружающей среды в QIII до номинальной сжимающей нагрузки тела трубы с учетом установленных минимального предела текучести материала, номинальной толщины стенки и номинального наружного диаметра.

7.3.1.4 Область испытательных нагрузок испытательного образца (при температуре окружающей среды и при повышенной температуре)

Расчет TLE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре выполняют для каждого испытательного образца в соответствии с 4.2.

Необходимо учитывать, что допущения о давлении смятия при повышенной температуре и фактическом давлении смятия по API находятся за пределами области применения ISO/TR 10400:2018.

Для точек нагрузки при температуре окружающей среды, указанных в таблице 7 и требующих двухосного масштабирования при 80%, коэффициент масштабирования CEE остается равным 80% независимо от того, ограничена ли CEE пределом текучести материала или другим фактором. Для каждой из точек нагрузки под внутренним давлением, указанных в таблице 7, TLE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре необходимо получать двухосным масштабированием в процентах (90% или 95% в зависимости от того, что применимо) от CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре, если CEE является функцией предела текучести материала. При этом осевые нагрузки (растяжение и сжатие) необходимо ограничить 90% от CEE.

Для каждой из точек нагрузки, указанных в таблице 7, TLE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре должна быть 100% от CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре, если CEE не является функцией предела текучести материала, за исключением точек нагрузки, масштабируемых до 80% от CEE, которые должны оставаться на уровне 80%.

Для каждой из точек нагрузки под наружным давлением, указанных в таблице 7, TLE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре необходимо получать двухосным масштабированием в процентах (90%, 95% или 100%, в зависимости от того, что применимо) от CEE при температуре окружающей среды и при повышенной температуре, если CEE является функцией предела текучести материала. При этом осевые нагрузки (растяжение и сжатие) необходимо ограничить 90% от CEE. Для каждой точки CEE, указанной в таблице 7, двухосный коэффициент масштабирования должен составлять 90% или 95% (в зависимости от того, что применимо), если наружное давление определено кривой фактического давления смятия по API или кривой фактического VME. Для каждой точки CEE, указанной в таблице 7, двухосный коэффициент масштабирования должен составлять 100% (без масштабирования), если наружное давление определено кривой номинального давления смятия по API или кривой наружного давления для труб, стойких к смятию. Если эталонных кривых несколько, может потребоваться их оценка для каждой точки CEE, указанной в таблице 7, чтобы определить, какая эталонная кривая имеет точку наиболее высокой нагрузки TLE.

Если CEEa при температуре окружающей среды определена по кривой номинального давления смятия по API (кривой 2a) или по кривой наружного давления для труб, стойких к смятию при температуре окружающей среды (кривой 3a), и изготовитель выбирает ограничение сжимающей нагрузки CEEa в QIII до номинальной сжимающей нагрузки тела трубы на основании установленных минимального предела текучести материала, номинальной толщины стенки и номинального наружного диаметра, то сжимающая нагрузка TLE должна быть 100% от сжимающей нагрузки CEEa.

Последовательность испытаний приведена на рисунках 4 - 7.

Каждая TLE включает, как минимум, соответствующие точки нагрузки при температуре окружающей среды и при повышенной температуре для каждой серии испытаний, как указано в таблице 7. Для каждого испытательного образца как при температуре окружающей среды, так и при повышенной температуре для каждой серии испытаний должны быть представлены отдельные схемы TLE.

Каждый испытательный образец должен пройти испытания при 100%-ном уровне от нагрузок, указанных для TLE. Оценку результатов испытаний выполняют в соответствии с 5.3.2.

На рисунках 21 - 24 приведены примеры двух различных типов стандартных TLE, на рисунках 25 - 32 - примеры TLE для TS-A и TS-B при температуре окружающей среды и при повышенной температуре. Эти примеры не являются исчерпывающими, и другие типы TLE возможны и допустимы. Схемы TLE должны быть отображены на графике трехмерной текучести тела трубы испытательных образцов, рассчитанном в соответствии с ISO/TR 10400:2018, а не в процентах от минимальных заданных одноосных параметров. Изготовитель несет ответственность за достоверность результатов испытаний и определение минимального диапазона эксплуатационных характеристик резьбового соединения.

Примечание - В ISO/TR 10400:2018 см. раздел, который относится к трехосному пределу текучести тела трубы.

Рисунок 21 — Пример области испытательных нагрузок при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения и при TLE, составляющей 95% от CEE для внутреннего давления и 100% от номинального давления смятия по API для наружного давления

Рисунок 22 — Пример области испытательных нагрузок при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения и при TLE, составляющей 95% от CEE для внутреннего давления и 95% от фактического давления смятия по API для наружного давления

Рисунок 23 — Пример области испытательных нагрузок при несовпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения и при TLE, составляющей 95% от CEE для внутреннего давления и комбинации 100% от номинального давления смятия по API и 95% от фактического VME для наружного давления

Рисунок 24 — Пример области испытательных нагрузок при несовпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения и при TLE, составляющей 95% от CEE для внутреннего давления и комбинации 95% от фактического давления смятия по API и 95% от фактического VME для наружного давления

Примечание — См. таблицу 8, этапы нагрузки 90 - 127, и таблицу 9, этапы нагрузки 40 - 77.

Рисунок 25 — Пример точек нагрузки TS-A при температуре окружающей среды при величине нагрузки 95% от CEE, при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения с ограничением растяжения и сжатия до 90% от CEE

Примечание — См. таблицу 8, этапы нагрузки 90 - 127, и таблицу 9, этапы нагрузки 40 - 77.

Рисунок 26 — Пример точек нагрузки TS-A при температуре окружающей среды при величине нагрузки 95% от CEE для внутреннего давления и 100% от CEE для наружного давления, при несовпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения с ограничением растяжения и сжатия до 90% от CEE

Примечание — См. таблицу 8, этапы нагрузки 51 - 89, и таблицу 9, этапы нагрузки 1 - 39.

Рисунок 27 — Пример точек нагрузки TS-A при температуре окружающей среды при величине нагрузки 90% от CEE, при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения

Примечание — См. таблицу 8, этапы нагрузки 1 - 39.

Рисунок 28 — Пример точек нагрузки TS-A при повышенной температуре при величине нагрузки 90% от CEE, при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения

Примечание — См. таблицу 10, этапы нагрузки 1 - 33, и таблицу 11, этапы нагрузки 1 - 34.

Рисунок 29 — Пример точек нагрузки TS-B при температуре окружающей среды при величине нагрузки 95% от CEE при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения с ограничением растяжения и сжатия до 90% от CEE

Примечание — См. таблицу 11, этапы нагрузки 35 - 72, и таблицу 12, этапы нагрузки 1 - 38.

Рисунок 30 — Пример точек нагрузки TS-B при температуре окружающей среды с изгибом при величине нагрузки 95% от CEE при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения с ограничением растяжения и сжатия до 90% от CEE

Примечание — См. таблицу 10, этапы нагрузки 72 - 110.

Рисунок 31 — Пример точек нагрузки TS-B при температуре окружающей среды с изгибом при величине нагрузки 90% от CEE, при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения

Примечание — См. таблицу 10, этапы нагрузки 34 - 71.

Рисунок 32 — Пример точек нагрузки TS-B при повышенной температуре с изгибом при величине нагрузки 90% от CEE, при совпадении эталонных характеристик тела трубы и области оценки резьбового соединения

Таблица 8

TS-A для CAL III ^a и CAL IV

Таблица 9

TS-A для CAL I ^a и CAL II

Таблица 10

TS-B для CAL II, CAL III и CAL IV

Таблица 11

TS-B для CAL I