GB/T 23512-2009石油天然气工业 套管、油管和管线管用螺纹脂的评价与试验

ICS75.180.10
中华人民共和国国家标准
GB/T23512-2009/1S013678：2000石油天然气工业
套管、油管和管线管
用螺纹脂的评价与试验
Petroleum and natural gas industries-Evaluation and testing of threadcompoundsforusewithcasing,tubing，and linepipe（ISO13678.2000,IDT）
2009-04-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-11-01实施
规范性引用文件
术语和定义
螺纹脂性能
螺纹脂使用性能
质量保证和控制
标记要求
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（规范性附录）
附录D（规范性附录）
附录E（规范性附录）
附录F（规范性附录）
附录G（规范性附录）
附录H（规范性附录）
附录I（资料性附录）
附录J（资料性附录）
附录K（规范性附录）
附录L（资料性附录）
附录M（资料性附录）
参考文献·
API改进型螺纹脂
参考标样配方
锥入度试验·
蒸发量试验·
分油量试验
涂数/粘附试验
逸气量试验·
水沥滤试验
摩擦性能试验
极限表面接触压力(粘着)试验
流体密封试验：
防腐蚀试验
螺纹脂高温稳定性试验
GB/T23512—2009/IS013678:2000m
GB/T23512—2009/ISO13678:2000本标准等同采用ISO13678：2000石油天然气工业业一套管、油管和管线管用螺纹脂的评价与试验》（英文版）。
为便于使用，本标推做了下列编辑性修改：a）“本国际标准”一词改为“本标准”；b）用小数点“\代替作为小数点的返号“，”，册除国际标准的前言。
本标准的附录B、附录C、附录D、附录E、附录F、附录G、附录H和附录K为规范性附录，附录A、附录I、附录J、附录L和附录M为资料性附录。本标准由中国石油天然气集团公司提出本标准由全国石油天然气标准化技术委员会归口。本标准起草单位：中国石油天然气集团公司管材研究所。本标准主要起草人：邓永溶、刘养勤、方伟、徐婷。m
1范围
GB/T23512—2009/ISO13678:2000石油天然气工业套管、油管和管线管用螺纹脂的评价与试验
本标准对ISO/API圆螺纹、偏梯形螺纹的套管、油管和管线管连接部位所用螺纹脂的制造、试验和选择，规定了要求、建议和方法。在本标准内概述的试验是用于评价螺纹脂的临界使用性能和试验室情况下的物理性能和化学性能，
本标准试验方法主要被用于润滑基脂配方的螺纹脂。对于一些在螺纹连接的润滑和(或）密封中所使用的其他材料，这些试验是不适合的，本标准不适用于旋转台肩式连接所使用的爆纹脂的评价，其评价方法在APIRP7A1中描述，本标准不陈述有关螺纹脂使用和处理的环境问题。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用面成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括期误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ISO2137：1985石油产品润滑脂和石油锥人度测定法ISO2176：1995石油产品—-润滑脂——滴点的测定ISO10400：1993石油和天然气工业一套管、油管、钻杆和管线管性能公式及计算3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.1
阻止流体通过的障碍物。
螺纹脂threadcompound
在上扣前涂刷到管子连接螺纹上的一种物质，它在管子上扣和卸扣中起润滑作用，并且在服役时对抗高内、外压力而起到辅助密封作用。注：一些竭纹脂可能含有利于储存作用的物质。3.3
储存脂storagecompound
涂刷到管子连接螺纹上的一种物质，它可以在储存或运输、运输并储存期间防止螺纹的腐蚀。注：储存脂不能单独用于上炭连接。3.4
API改进型螺纹脂APImodifiedthreadcompound按APIBUL5A2(已废止）“改进型螺纹脂”要求配成的螺纹脂。3.5
参考标样
referencestandard
按附录B，包括按附录B中的表B.1、表B.2和表B.3所列的限制和允许差的要求配成的螺纹脂。注：参考标样一般不用于油田服投作业。1
GB/T23512—2009/ISO13678:20003.6
连接connection
由两个外螺纹接头和一个接箍，或一个外螺纹接头和一个内螺纹接头所组合一起的管子上扣。3.7
螺纹脂/连接系统threadcompound/connectionsystem系统由各种重要的螺纹管连接组件所构成，包括特定的连接几何方式，特别的连接材料和同螺纹脂结合使用的涂镀层。
4螺纹脂性能
4.1产品性能
本标准所述的试验是为明确螺纹脂在服役情况下的性能，而不是规定一个配方。因此，买方和生产厂应商定所提供产品的特性，例如：稠化剂类型
流化类型
分油量
抗水性
逸气量
流变学特性
脂/铜反应
极限压力特性
流体密封特性
擦特性
防腐蚀性
涂剧/粘着特性
服役应用
储存和服役寿命
螺纹脂生产厂在变更配方并引起以上任一待性改变时，应及时发布产品公报。所有的文件应提供有代表性的一批产品的数据。
在本标准下形成的试验记录和检测记录将由生产厂保存，并且买方在产品生产之日起的三年内随时可索取到这些记录。
4.2物理性能和化学性能
4.2.1概述
螺纹脂基本的物理性能和化学性能在表1中规定。这些性能交化范围很大，并耳很多配方都是保密的。除了在表1中所列的物理性能和化学性能外，用户还应考虑使用性能和螺纹脂生产广的推荐意见。4.2.2滴点
滴点是螺纹脂在加热情况下变软和流动倾向的一个益度。滴点试验的结果可以反映脂在映露情况下而没有液化或分油时的最高温度，它可作为脂的一个指标，也可用于制定本特性的制造和质量控制界限。滴点试验的结果和服役作业一般没有直接的关系，除非它们的相互关系已被确定。在螺纹脂中，滴点可作为基脂和其他添加的润滑剂的热稳定性的一个量度，不好的热稳定性在油田高温作业中对螺纹脂性能有不利的影响。为了满足当前高温作业的需要，滴点的最低值应为138℃，测试方法按ISO2176进行。注；油田股役情况的极端温度或许要求较高的性能界限。4.2.3蒸发量
蒸发量是在温度升高时，螺纹脂的物理/化学稳定性的一个指标，与所用的基脂/油或其他添加剂有关。由手自前所用的螺纹脂的密度变化范围很大，质分数不能提供一个可靠的相对比较，蒸发量将采用体积分数测量。当按附录D里的试验方法评价时，在100℃条件下，24h的最大蒸发量是3.75%（体积分数)。
4.2.4逸气量
GB/T23512--2009/IS013678：2000逸气量是在温度升高时，螺纹脂的化学稳定性的一个指标。当按附录G里的试验方法评价时，最大逸气量为20mL，
螺纹脂物理性能和化学性能试验项目
检验项目
滴点/℃
蒸发量(损失量)体积分数/%
100,24h
逸气盘/cm
66,120h
分油量体积分数/%
100,24h（锦丝滤锥）
锥入度/（mm×1/10mm）
25℃、工作60次
产品可接受的范围（极差）
—7工作60次
质量密度/%
和产品平均量值的差值
水沥滤质量分数(损失量)/%
66c,2h
涂刷和粘着（损失量）质量分数/%低温涂用
腐蚀性
规定腐蚀水平
防腐蚀性腐蚀面积
38c,500h
脂稳定性，12月储存
维人度改变值/（mm×1/10mm）
分油量体积分数/%
脂稳定性(报失量)体积分数/%
油田服役138℃.24h
检验状态
试验方法
ISO2176
附录D
附录G
附录E
附录C
生产厂控制
附录H
附录F
ASTMD4048
附录L
生产厂控制
附录C
附录E
附录M
(M)：强制性的;(D;资料性的;(S);规范性的;(R)：推荐性的，数据
≥>138
指标要求
报告数据
-7℃时能涂剧
1B或更好
注：本表中的值同附录A，表A3的值是不一致的。表A.3上的值是APIBul5A2（已废止）的原有值和要求。由于油田操作高温要求和不同生产厂螺纹脂配方之间质量密度的变化，它们已被修订并加入到说明中。4.2.5
分油量
分油量是在温度升高时，螺纹脂物理/化学稳定性的一个指标，与所用的基脂油有关。由于目前所3
GB/T235122009/S013678:2000
用的螺纹脂的密度变化范围很大，质量分数不能提供一个可靠的相对比较，分油量将采用体积分数测量。为了满足目前高温作业的需要，当按附录E里的试验方法评定时，最大分油量为10.0%（体积分数)。
4.2.6锥入度
锥入度是测定螺纹脂稠度（例如“黏度”或“硬度”）的一个指标，它关系到螺纹脂涂刷时的难易情况。生产厂应测量和记录每一生产批螺纹脂的锥人度值，并报告此种螺纹脂的平均测量值，当按附录C的试验方法评价时，在25℃时可接受的范围（极差）应不大于30个锥人度单位。报告数据时，试验温度（一7℃）时的锥人度将作为参考值。密度将影响从这一过程获得的量值。因此锥入度不用于密度在很宽范围内改变的物质之间的相对比较。注：布氏黏度（ASTMD2196）基本上不受物质的密度所影响，和锥贯人方法相比，黏度和涂剧性的相关性更密切。下列的范围是用一些配方有差异的API改进型娠纹脂和一些目前用于套管、油管和管线管连接的典型的螺纹脂来确定的。采用确定的芯轴尺寸、旋转速度和试验温度，以便得到能相比较的黏度数据，如用a#7芯轴在10z/min和25C条件下，所测的布氏黏度范围是200000MPa·s~400000MPa·S，API改进型爆纹脂具有代表性的数值范围为200000MPa·s~240000MPa·s4.2.7密度
螺纹脂的密度是由配方中使用的组分的类型和数量决定的。对于特定的螺纹脂，产品批次之间的密度变化范围是产品一致性的指示。螺纹脂生产厂应测量和记录每一生产批的螺纹脂产品密度，并报告此种螺纹脂的平均密度。特定螺纹脂的密度变化范围不应超过生产厂的平均值的5%。4.2.8水沥滤
水沥滤是螺纹脂在接触水并且温度升高时，物理/化学稳定性的一项指标。当按附录H的试验方法测定时，螺纹脂的质量分数（损失量)应不大于5.0%。4.2.9涂敷/粘着性能
螺纹脂应按脂的生产厂和螺纹加工厂的建议，以一定的方式进行涂敷。对于8牙圆螺纹和偏梯形螺纹连接，其涂激量应能达到有效的润滑和密封性能效果，对一此有专利权的连接方式，其涤敏量也应能达到有效的润滑性能效果。在一7℃～66℃的温度范围内，螺纹脂应能被涂敷并能粘附上去，而不能结块或从连接部位流下去。
应进行确定螺纹脂涂敷/粘着特性的试验室试验，并记录结果。附录F中描述的试验室试验方法旨在提供一个用于螺纹脂相互比较的一个方法，对油田作业来讲可能不具有代表性。4.2.10防离蚀和保护性能
螺纹脂经常用于螺纹连接部位，在运输和储存时期起一个防腐蚀作用，又可起润滑和密封的作用。在油田大气瞬露的情况里，尤其是海洋平台，和在酸性气体环境里，要进行腐蚀的防护和阻止。此外，螺纹脂还应提供有效的防护层阻止（和不促使）连接螺纹和密封面的腐蚀侵蚀。螺纹脂的防腐蚀性能将取决于用途的变化，例如：
脂添加剂类型和工艺水平，
—螺纹加工时用的切前液体和保持在螺纹表面上的沉积物的类型和情况。一一螺纹脂涂敷方法和使用要求。一螺纹保护器的类型和安装方式（如旋人”）。特定用户的涂用程序和环境情况。同螺纹储存保护脂的相容性。
一—螺纹脂组分、环境和接头材料之间的电性能差别。应完成确定是否有潜在的腐蚀性存在于螺纹脂中的实验室试验，并记录结果。一般按照ASTMD4048或相等的方法来进行铜腐蚀试验。虽然铜在石油专用管的连接中不使用（除作为螺纹表面镀层外），但它能迅速地同所存在的活性物质如硫、氯等发生反应，这些活性特质同样也损坏钢。按CEPIC
ASTMD4048方法测定，螺纹脂应达到1B或更好的等级。应完成确定螺纹脂腐蚀防护性的实验室试验，并记录结果。GB/T23512—2009/IS013678:2000螺纹脂的配方随防腐剂的存在和处理水平而改变。因此买方/用户有责任提出必要的要求给生产厂，以使其产品能用于储存或在有腐蚀性的油田使用。列在附录L里的方法，一般都被润滑剂试验室和用户所接受和利用。它旨在提供一个螺纹脂相比较的方法。4.2.11螺纹脂的稳定性
在储存和作业中，螺纹脂的稳定性是上扣连接过程中保证有足够密封性的一个基本的因素。过分软化的不稳定性和分离会导致在长期使用和温度升高时产生泄漏通路。在储存期间如过分变硬，则会影响其涂刷性，不利手在管螺纹表面恰当的应用。爆纹脂生产厂应保留每一生产批的产品样品，并定期评价它们的储存稳定性。在最短周期12个月内，螺纹脂的储存稳定性应能足以阻止其软化或硬化，当按附录C的试验方法评价时，在25C时，在最短周期12个月内，螺纹脂的锥入度改变值不应超过30个单位。在12个月内，分层或分油量不能超过总体积的10%。应完成在附录M中所描述的试验，它是为了提供螺纹脂高温稳定性的相互比较的个方法。
螺纹脂的稳定性结果应写入产品公报或性能证书。5螺纹脂使用性能
5.1概述
下列测定媒纹脂使用性能的小尺寸（台架）试验可能同全尺寸连接试验没有直接相关性，或不具有油田服役的代表性。这些试验不排除其他试验方法，但应把这些方法限定在本文中所讨论的使用性能要求范围之内。
5.2摩擦特性
螺纹脂的一个主要的用途是作为一种润滑剂，在螺纹连接的配合组件之间提供一致的和可重复的摩擦性能。对于一个给定的连接啮合量（一个规定的合螺纹圈数），所需的扭矩和螺纹脂/连接系统的表观摩擦系数成正比变化。螺纹脂/连接系统的摩擦性能影响下列扭矩值：上扣所需的扭矩。
造成进一步上扣所带的扭矩。
一卸扣所需的扭矩。
螺纹脂的率擦性能，在连接中取决于几个外加因素。这些外加因素包括连接几何尺寸、表面加工精度，表面涂镀层、连接组件在上扣时的相对表面速度（每分钟上扣圈数）：螺纹脂膜厚度和表面接触压力。在确定摩擦特性的试验设计和油田使用螺纹脂时，这些因素中的每一个都应考虑到。应完成爆纹脂摩摄特性的实验室记录，并记录结果。在附录1中描述的实验室试验方法，旨在提供一个同在附录B中所提及的参考标样爆纹脂进行比较的方法。假如接箍两端所用的螺纹脂不同，在工厂踏连接和油田现场端连接之间会出现摩擦性能间的差别，结果导致在现场端达到合适的啮合之前，在工厂端出现过啮合。对于ISO/API连接所需的合适的上扣扭矩应按ISO10405中的步骤确定，或参照连接件生产厂的建议。5.3极限表面压力（抗粘扣）性能螺纹脂的另一个主要用途是在螺纹受到局部表面接触压力时，能防止配合连接表面的粘着磨损（金鼠粘着)。
在生产厂制造和油田作业时，由于各种因素的影响，在螺纹连接部位会产生高的表面接触压力。制造因素索包括产品几何尺寸的变化（例如螺纹长度、管子和接箍厚度）和工艺的变化，例如加工（螺纹锥度、螺距、牙型角）、表面粗糙度和镀层。油田作业因素包括吊运损坏、连接表面被污染、螺纹脂涂敷量的不足或不一致、上扣过程中的不对中以及应用不适宜的扭矩。5
GB/T23512—2009/IS0136782000对于连接时形成的磨损来讲，一些材料的倾向大于另一些材料，这是一个必须考虑的重要因索。在两个平滑的金属表面之间的粘若倾向，随着两表面组织的相似、相对硬度的相似而增加，并随实际硬度的减少而增加。对于石油专用管来讲，配合对中的每一个组件的成分和硬度都是相同的。由此看来，石油专用管相对来讲易手产生纹粘扣。因此，接头中的一方应进行涂镀层处理（如锻锌或裤化），使用API改进型螺纹脂，以用来提供足够的抗粘扣能力。硬合金应用的增加和马氏体不锈钢、镍基合金明显的易粘着趋势要求在表面加工、涂镀层、螺纹脂的选择和应用、上扣和卸扣作业中每一个方面都尽可能地小心，以达到防止连接粘扣的目的。应完成螺纹脂/连接系统总体的极限表面接触压力（抗磨损）的实验室试验，并记录结果。附录J里描述的实验室试验方法旨在提供一个把操纹脂同附录B中提及的参考标样相互比较的方法。对于特定的作业应用，总体的操纹脂连接系统应进行抗粘扣性能的评价。这样的试验要求反复进行全尺寸连接的上扣和卸扣，试验最好采用垂直方式，采用最小量和最大量的操纹脂，进行模拟配对上扣。应按附录J里提及的工业试验方法完成这样的试验。表面加工不合适的连接件是不能防止磨损的，与上扣、卸扣程序无关。相反，表面加工合适的连接件，也会因上扣或卸扣工艺的不合适而造成磨损。应控制每个作业过程使之都能达到可重现的极压特性。
对于每一种连接类型和连接材料，为了预防上扣和卸扣作业中的粘扣，应把合适的加工表面，连接件的涂镀层，操纹脂的选择和应用结合起来考虑。5.4流体密封性能
当螺纹脂用于螺纹密封连接时，它的一个主要用途是提供螺纹间隙的流体密封，如ISO/API8牙螺纹的螺旋齿根到齿顶的间隙及ISO/API偏梯形螺纹中的牙侧面间隙。密封是由螺纹脂中的颗粒聚集在一起填满这些娜纹间隙完成的，以阻止管内液体从连接部位通过。为了确保娜旋通路的几何完整性，连接密封同样要保持住沿螺纹表面的接触压力。已规定了用于连接流体压力完整性的接触压力的要求，并在ISO10400标准中给出。应完成螺纹脂的操纹密封特性的实验室试验，并记录结果。在附录K里所描述的实验室试验方法是为了提供一个把螺纹脂同在附录B中所提及的参考标样相互比较的方法对手特定的作业应用，总体的螺纹脂/连接系统的流体密封完整性应用全尺寸连接来评价。虽然对于ISO/API连接的螺纹间隙，螺纹脂提供流体密封这一点很重要，但是螺纹脂不能限制有专利权的连接方式（金属-金展密封）的密封完整性这一点也同样重要。集成块的固体颗粒，可能会使所设计的机械密封（金属金属密封）不能形成有效的连接，从而形成了泄漏通路。在媒纹脂/连接系统上进行密封试验，螺纹脂只是试验中的一个部分，应按附录K.3中所描述的方法进行这些试验。6质量保证和控制
本标准是基于这样一个假定，即用于ISO/API套管、油管和管线管连接的螺纹脂的作用是由其使用性能所决定的，这些性能包括但不局限于第4章和第5章叙述的摩擦、极限表面接触压力、爆纹密封粘着和防腐蚀性能。
这些使用性能的机理是复杂的，并且有时是互相关联的，因此难于进行定量确定。在产品组分、制造或应用中的微小差别都可能导致使用性能的很大变化。基手这些原因，生产广应建立一套完整的质量保证体系，以确保在原材料，制造工艺和应用环境的变化范围内，所提供的产品的性能得到保证。质量保证活动应在适当的管理系统中进行。生产广应根据买主的要求，提供一套完整的符合要求的资料（或证书），表明此螺纹脂已按本标准进行评价并满足或超过所规定的要求。
7标记要求
7.1标记
GB/T23512—2009/IS013678：2000在按本标准制造和试验的螺纹脂的每个容器上，都应标明生产厂识别标记、跟踪标记和下列语句：“本爆纹脂符合GB/T23512—2009”7.2标签
7.2.1除非一种螺纹脂是既用于旋转台肩连接又用于套管、油管和管线管连接外，容器上应明显地标明下列警示语句：
“不应用于旋转台肩连接”
2除非一种储存脂既用于螺纹脂用途又可用于储存脂用途外，容器上应明显地标明下列语句：7.2.2
“储存脂————不应用于上扣”7.2.3每个容器上应用明显的警示标明有关储存、准备或应用的要求，以达到在产品公报上所描述的特性，两个例子是：
“使用前应充分搅匀”
“螺纹脂——短期储存”
7.2.4也可应用户的要求，在容器上明显地标明其他警示语句，如：“螺纹脂含铅”或“螺纹脂不含铅”7
GB/T23512—2009/IS013678：2000A.1概述
附录A
（资料性附录）
API改进型螺纹脂
本附录A.2～A.6仅是一个资料，并且它是以APIBul5A2（现已过期）为基础的，并省略了硅螺纹脂的所有参考数据。
A.2螺纹脂
此螺纹脂被命名为“改进型燃纹脂”，它是金属和石望粉末均匀分故在基脂里的混合物。固体和基脂的组分列在表 A,1中。
总固体组分
A.3固体组分组成
固体和基脂的组分
质量分数/%
64.0±2.5
36.0±2.5
固体组分是无定形石墨、铅粉、锌末、铜鳞片按列在表A2的比例混合后得到的混合物，并且在A.6.1~A.6.4有规定。
表A.2固体组分
无定形石墨
铜鳞片
A.4基脂
在总固体中
质量分数/%
在娠纹脂中
18.0±1.0
30.5±0.6
12.2±0.3
用于改进型纹脂的基脂，当其同金属和石墨粉末混合后，应满足在表A,3中所列的控制和性能试验要求。
控制和性能试验
螺纹脂应按表A.3的要求进行锥入度、滴点、蒸发量、分油量、逸气量、水沥滤和涂刷性的控制和性能试验，并能满足在表A3里的要求（试样要能代表整个包装容器）。A.6
组分材料要求
A.6.1石星
石墨应为天然无定形类，不含煤粉、灯黑、碳黑、油、脂、砂粒或其他有害的物质。它应满足下列要求。8
组成（ASTMC561)
组分（灰分）质量分数/%
粒度(ASTME11)
通过50号筛的质量分数/%
留在100号筛的质量分数/%
留在200号筛的质量分数/%
通过325号筛的质量分数/%
工作锥入度/（mm×1/10）
25C（NLGP，等级1#）
在-18℃冷却后
（参考附录C中的步骤）
滴点/℃
(ASTMD566)
蒸发量（质量分数）/%
100c,24h
(参考附录D)
分油量（镍丝滤锥）（质低分数）/%66c，24h
（参考附录E）
逸气量/cm
66120h
(参考附录G)
水滤质母分数/%
(66,2h后）
(参考附录H)
涂剧性
（参见附录F)
GB/T23512—2009/IS013678:2000改进型螺纹脂控制和性能试验
310~340
≥200
在一18C能涂刷
美国润活脂协会4635WyandotteStreetKansasCity，MO64112-1596注：在本表中所列的资料仅适用于API改进型竭纹脂配方。2铅粉
铅粉应满足下列要求：
组成（ASTMD1301)
纯金属的质盘分数/%
氧化铅的质量分数/%
粒度（ASTME11)）
通过50号筛的质量分数/%
留在100号筛的质量分数/%