DIN CEN ISO TR 10400-2011 Petroleum and natural gas industries - Equations and calculations for the properties of casing tubing drill pipe and line pipe used as casing or tubing (I.pdf

1、Juli 2011Normenausschuss Erdl- und Erdgasgewinnung (NG) im DINPreisgruppe 41DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 75.180.10Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen ver

2、schiedene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$m“1745798www.din.deDDIN CEN ISO/TR 10400Erdl- und Erdgasindustrie Formeln und Berechnungen der Eigenschaften von Futterrohren,Steigrohren, Bohrgestngen und Leitungsr

3、ohren (ISO/TR 10400:2007);Englische Fassung CEN ISO/TR 10400:2011, nur auf CD-ROMPetroleum and natural gas industries Equations and calculations for the properties of casing, tubing, drill pipe and line pipe usedas casing or tubing (ISO/TR 10400:2007);English version CEN ISO/TR 10400:2011, only on C

4、D-ROMIndustries du ptrole et du gaz naturel quations et calculs relatifs aux proprits des tubes de cuvelage, des tubes deproduction, des tiges de forage et des tubes de conduites utiliss comme tubes decuvelage et tubes de production (ISO/TR 10400:2007);Version anglaise CEN ISO/TR 10400:2011, seuleme

5、nt en CD-ROMAlleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 248 SeitenDIN SPEC 91040Nationales Vorwort Der Text von ISO/TR 10400:2007 wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 67 Materials, equipment and offshore structures for petroleum, petrochemical and

6、 natural gas industries“, Subkomitee SC 5 Casing, tubing and drill pipe“ erarbeitet und vom Technischen Komitee CEN/TC 12 Materialien, Ausrstungen und Offshore-Bauwerke fr die Erdl-, petrochemische und Erdgasindustrie“ (Sekretariat: AFNOR, Frankreich) als CEN ISO/TR 10400:2011 bernommen. Fr Deutschl

7、and hat hieran der Arbeitskreis NA 109-00-01-05 AK Futter-, Steig- und Bohrrohre Spiegelaus-schuss zu ISO/TC 67/SC 5“ im Normenausschuss Erdl- und Erdgasgewinnung (NG) des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. mitgearbeitet. Dieses Dokument enthlt unter Bercksichtigung des DIN-Prsidialbeschlusses

8、1/2004 nur die englische Originalfassung des ISO/TR. Dieses Dokument enthlt neben den gesetzlichen Einheiten auch die Einheiten ft“, gal (galone)“, in (inch)“, kip“, ksi“, lb (pound)“ und psi (psig)“ die in Deutschland nicht zugelassen sind. Es wird ausdrcklich darauf hingewiesen, dass die Anwendung

9、 dieser Einheiten im nationalen amtlichen und geschftlichen Verkehr aufgrund des Gesetzes ber Einheiten im Messwesen nicht zulssig ist. Umrechnung: Nicht-SI-Einheit SI-Einheit Umrechnungsfaktor ft m 1 ft = 0,304 8 m gal (galone) l 1 gal = 3,785 l in (inch) mm 1 inch = 25,4 mm kip N 1 kip = 4 448,22

10、N ksi MPa 1 ksi = 6,894 757 MPa lb (pound) kg 1 lb = 0,453 592 37 kg psi (psig) kPa 1 psi = 6,894 757 kPa Fr die in diesem Dokument zitierten Internationalen Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: ISO 10405 siehe DIN EN ISO 10405 ISO 11960 siehe DIN EN ISO 1196

11、0 ISO 11961 siehe DIN EN ISO 11961 ISO 13679 siehe DIN EN ISO 13679 2 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe und Symbole Die Benennung der folgenden Begriffe und Symbole sind identisch mit der Benennung in der englischen Fassung. 4 Begriffe Fr die An

12、wendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 4.1 Cauchy-Spannung wahre Spannung auf die Oberflche eines Krpers aufgebrachte Kraft, dividiert durch die momentane Flche dieser Oberflche 4.2 Variationskoeffizient dimensionsloses Ma fr die Streuung einer Zufallsvariablen, das durch Division d

13、er Standardabweichung durch den Mittelwert der Zufallsvariablen berechnet wird 4.3 Konstruktionsgleichung Gleichung, die auf der Grundlage von Produktionsmessungen oder -festlegungen eine Leistungseigenschaft liefert, die fr Konstruktionsberechnungen hilfreich ist ANMERKUNG Eine Konstruktionsgleichu

14、ng kann festgelegt werden, indem angemessene Extremwerte auf die Variablen in einer Grenzzustandsgleichung angewendet werden, um zu einem konservativen Wert fr die erwartete Leistung zu gelangen. Wurde die Konstruktionsgleichung statistisch hergeleitet, entspricht sie einem bestimmten niedrigeren Pe

15、rzentil der Wahrscheinlichkeitsverteilungskurve der Festigkeit. 4.4 deterministisch Ansatz, der davon ausgeht, dass alle Variablen, die eine Leistungseigenschaft steuern, mit Sicherheit bekannt sind ANMERKUNG Die Rohrleistungseigenschaften hngen im Allgemeinen von einem oder mehreren Steuerparameter

16、n ab. Eine deterministische Gleichung verwendet bestimmte geometrische Werte und Werte von Werkstoffeigenschaften fr die Berechnung eines einzelnen Wertes fr eine Leistungseigenschaft. Fr Konstruktionsanstze stellt dieser Wert den erwarteten Mindestwert dar. 4.5 Verformungsbruch Versagen eines Rohre

17、s auf Grund des Innendrucks und/oder der axialen Zugspannung im plastischen Verformungsbereich 4.6 e Euler-Konstante 2,718 281 828 3 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 4.7 effektive Spannung in diesem Fachbericht zur Vereinfachung der Gleichungen verwendete Kombination aus Druck und Axial

18、spannung ANMERKUNG Der in diesem Fachbericht verwendete Begriff der effektiven Spannung fhrt keine eigenstndige physikalisch festgelegte Spannungsgre ein. Die effektive Spannung ist eine abhngige Gre, die als Kombination aus Axialspannung, Innendruck, uerem Druck und den Rohrabmessungen ermittelt wi

19、rd und stellt eine passende Ein-gruppierung dieser Begriffe in einigen Gleichungen bereit. Die effektive Spannung wird mitunter auch als Scheinspannung nach Lubinski (engl. Lubinski fictitious stress) bezeichnet. 4.8 technische Dehnung dimensionsloses Ma fr die Dehnung eines sich verformenden Leitun

20、gselementes, das als Lngennderung des Leitungselementes dividiert durch seine ursprngliche Lnge festgelegt ist 4.9 technische Spannung auf die Oberflche eines Krpers aufgebrachte Kraft, die durch die ursprngliche Flche dieser Oberflche dividiert wird 4.10 Bruchdruck Innendruck, bei dem es zum Bruch

21、des Rohres auf Grund der Fortpflanzung einer Fehlstelle kommt 4.11 Kontrollgrenzwert maximale Gre einer rissartigen Fehlstelle, die als fr das Kontrollsystem als annehmbar festgelegt ist 4.12 J-Integral Ma fr die Intensitt des Spannungs-Dehnungsfeldes in der Nhe der Spitze eines Risses 4.13 Label 1

22、dimensionslose Bezeichnung fr die Gre oder den festgelegten Auendurchmesser, die bei der Bestellung von Rohren verwendet werden kann 4.14 Label 2 dimensionslose Bezeichnung fr die Masse je Lngeneinheit oder die Wanddicke, die bei der Bestellung von Rohren verwendet werden kann 4.15 Grenzzustandsglei

23、chung Gleichung, die wenn sie mit den gemessenen geometrischen und Werkstoffeigenschaften einer Probe angewendet wird, zu einer Abschtzung des Versagenswertes dieser Probe fhrt ANMERKUNG Eine Grenzzustandsgleichung beschreibt die Leistung einer einzelnen Probe so genau wie mglich, ohne dabei die Gre

24、nzabmae, mit denen die Probe gebaut wurde, zu beachten. 4.16 logarithmische Dehnung dimensionsloses Ma fr die Dehnung eines sich verformenden Leitungselementes, das als natrlicher Logarithmus des Verhltnisses der momentanen Lnge des Leitungselementes zu seiner ursprnglichen Lnge festgelegt ist ANMER

25、KUNG Alternativ dazu kann die logarithmische Dehnung als natrlicher Logarithmus von Eins plus die tech-nische Dehnung abgeschtzt werden. 4 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 4.17 Masse Label, das zur Darstellung der Wanddicke eines Rohrquerschnitts fr eine bestimmte Rohrnennweite ver-wend

26、et wird 4.18 Flieen des Rohrkrpers Spannungszustand, der notwendig ist, um an einer beliebigen Stelle im Rohrkrper ein Flieen zu initiieren 4.19 Hauptspannung Spannung in einer Hauptebene, fr die die Schubspannung gleich Null ist ANMERKUNG Fr jeden allgemeinen Spannungszustand an einer beliebigen St

27、elle gibt es an der Stelle, an der die Schubspannung gleich Null ist, drei senkrecht zueinander stehende Ebenen. Die brigen Normalspannungskomponenten auf diesen drei Ebenen sind Hauptspannungen. Die grte dieser drei Spannungen wird als maximale Hauptspannung bezeichnet. 4.20 probabilistisches Verfa

28、hren Ansatz, bei dem fr die Berechnung einer Verteilung von Leistungseigenschaftswerten Verteilungen von Werten geometrischer Eigenschaften und Werkstoffeigenschaften verwendet werden 4.21 Syntheseverfahren Ansatz der Wahrscheinlichkeitsrechnung, bei dem die Unsicherheit und wahrscheinliche Werte vo

29、n Rohr-leistungseigenschaften behandelt werden, indem Verteilungen von Werten geometrischer Eigenschaften und Werkstoffeigenschaften verwendet werden ANMERKUNG Zur Ermittlung der statistischen Verteilung einer Leistungseigenschaft werden diese Verteilungen mit einer Grenzzustandsgleichung kombiniert

30、. Die Leistungsverteilung bestimmt in Kombination mit einem bestimmten niedrigeren Perzentil die endgltige Konstruktionsgleichung. 4.22 Vorlage Verfahrensanleitung, die aus Gleichungen, Prfverfahren und Messungen zur Feststellung von Konstruktions-leistungseigenschaften besteht 4.23 TPI Gewindegnge

31、je Zoll ANMERKUNG 1 Gewindegang je Zoll = 0,039 4 Gewindegnge je Millimeter; 1 Gewindegang je Millimeter = 25,4 Gewinde-gnge je Zoll. 4.24 wahre Spannungs-Dehnungs-Kurve grafische Darstellung der Cauchy-Spannung (Ordinate) im Verhltnis zur logarithmischen Dehnung (Abszisse) 4.25 Flieen dauerhafte in

32、elastische Verformung 4.26 systematischer Fehler der Fliespannung Verhltnis der tatschlichen Fliespannung zur festgelegten Mindestfliespannung 5 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 5 Symbole A handfest verschraubter Abstandsbolzen Ac empirische Konstante in der historischen Kollaps-Gleichu

33、ng nach API AcritFlche des schwcheren Anschlussteils am kritischen Querschnitt Agbtjkritisches Ma der Biegetestvorrichtung, in ISO 3183 bzw. API 5L als Ma A bezeichnet AjcQuerschnittsflche der Muffe; ( )212jc4 dWA = AjpQuerschnittsflche des Rohres unter dem letzten einwandfreien Gewinde ApQuerschnit

34、tsflche des Rohres; ( )22p4 dDA = Ap avemittlere Querschnittsflche des Rohres; ( ) 2avecave2aveavep24 tDDA = AsQuerschnittsflche des Probekrpers fr die Zugprfung in Quadratmillimeter (Quadratzoll), auf der Grundlage des festgelegten Auendurchmessers oder der Nennbreite des Probekrpers und der festge

35、legten Wanddicke, auf 10 mm2(0,01 Zoll2) bzw. 490 mm2(0,75 Zoll2) gerundet, wobei das jeweils kleinere Ma gilt Axgrter Durchmesser am Tangentenpunkt der Abdichtung des Einsteckendes von Rohren fr extreme Bedingungen (engl. extreme-line) a bei einer Grenzzustandsgleichung die maximale tatschliche Tie

36、fe einer rissartigen Fehlstelle; bei einer Konstruktionsgleichung die grte Tiefe einer rissartigen Fehlstelle, die das Kontrollsystem des Herstellers mglicherweise passieren knnte aNTiefe einer Fehlstelle, die mit einem festgelegten Kontrollgrenzwert verbunden ist, d. h. die grte Tiefe einer rissart

37、igen Fehlstelle, die vom Rohrkontrollsystem mglicherweise nicht erkannt werden knnte. Z. B. ist bei einer Fehlstellen-Grenzwertberwachung von 5 % in einem Rohr mit einer Wanddicke von 12,7 mm (0,500 Zoll) aN= 0,635 mm (0,025 Zoll). at/DMittelwert der in der Regression verwendeten Verhltnisse t/D B f

38、estgelegter Innendurchmesser des Anschlusses von Rohren fr extreme Bedingungen, nach API 5B Bcempirische Konstante in der historischen Kollaps-Gleichung nach API Bfgrter Durchmesser der Auflageflche, besondere Abfasung, nach ISO 11960 oder API 5CT b Formparameter der Weibull-Verteilung Ccempirische

39、Konstante in der historischen Kollaps-Gleichung nach API CiRZufallsvariable, die die Modellunsicherheit angibt c Rohrkrmmung, Kehrwert des Krmmungsradius zur Mittellinie des Rohres D festgelegter Auendurchmesser des Rohres Dacmittlerer Auendurchmesser nach dem Schneiden Davemittlerer Auendurchmesser

40、 des Rohres Dbcmittlerer Auendurchmesser vor dem Schneiden DiInnendurchmesser der Stauchung des Aufnahmeteils von Rohren fr extreme Bedingungen, nach API 5B Dmaxgrter Auendurchmesser des Rohres 6 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 Dminkleinster Auendurchmesser des Rohres DpAuendurchmesser

41、 des kritischen Abschnitts des Einsteckendes von Rohren fr extreme Bedingungen; +=xpHD D4grerer Durchmesser, nach API 5B d Innendurchmesser des Rohres; d = D 2t dbInnendurchmesser des kritischen Abschnitts des Aufnahmeteils von Rohren fr extreme Bedingungen; +=xxb2hId diuInnendurchmesser der Stauchu

42、ng des Einsteckendes, nach ISO 11960 oder API 5CT djfr Rohre fr extreme Bedingungen festgelegter gemeinsamer Innendurchmesser, ver-schraubt douInnendurchmesser am Ende des gestauchten Rohres dwallInnendurchmesser auf der Grundlage von kwallt; dwall= D 2 kwallt d1Durchmesser am Gewindegrund des Muffe

43、ngewindes am Rohrende in der Dichtungsposition E Elastizittsmodul EcFlankendurchmesser, in der Mitte der Muffe EecFlankendurchmesser, am Ende der Muffe EsFlankendurchmesser, an der Dichtungsebene E0Flankendurchmesser, am Rohrende E1Flankendurchmesser in der Ebene der handfest zusammengeschraubten Po

44、sition, nach API 5B E7Flankendurchmesser nach API 5B ec Auermittigkeit emZunahme der Masse auf Grund der Endverarbeitung FaAxialkraft Feffeffektive Axialkraft Fcempirische Konstante in der historischen Kollaps-Gleichung nach API FYAPIAxialkraft bei Flieen, historische API-Gleichung f Freiheitsgrade

45、= Nt 1 ()xf gemeinsame Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Variablen in ()x frnAbflachung des Rohrgewindegrundes von API-Leitungsrohr-Gewinden, wie folgt: 0,030 mm (0,001 2 Zoll) fr 27 TPI 0,046 mm (0,001 8 Zoll) fr 18 TPI 0,061 mm (0,002 4 Zoll) fr 14 TPI 0,074 mm (0,002 9 Zoll) fr 11 1/2 TPI 0,1

46、04 mm (0,004 1 Zoll) fr 8 TPI fuZugfestigkeit eines reprsentativen Probekrpers fr die Zugfestigkeitsprfung fucZugfestigkeit eines reprsentativen Probekrpers aus der Muffe fr die Zugfestigkeitsprfung fumnfestgelegte Mindestzugfestigkeit 7 DIN CEN ISO/TR 10400 (DIN SPEC 91040):2011-07 fumncfestgelegte

47、 Mindestzugfestigkeit der Muffe fumnpfestgelegte Mindestzugfestigkeit des Rohrkrpers fupZugfestigkeit eines reprsentativen Probekrpers aus dem Rohrkrper fr die Zugfestigkeitsprfung fyFliegrenze eines reprsentativen Probekrpers fr die Zugfestigkeitsprfung fyaxquivalente Fliegrenze bei Vorhandensein e

48、iner Axialspannung fyequivalente Fliespannung bei Vorhandensein einer Axialspannung fymnfestgelegte Mindestfliegrenze fymncfestgelegte Mindestfliegrenze der Muffe fymnpfestgelegte Mindestfliegrenze des Rohrkrpers fymxfestgelegte maximale Fliegrenze fypFliegrenze eines reprsentativen Probekrpers aus

49、dem Rohrkrper fr die Zugfestigkeitsprfung Gcempirische Konstante in der historischen Kollaps-Gleichung nach API G0Einflussfaktor fr die Fehlerbewertungskurve (FAD) des Bruchgrenzzustands G1Einflussfaktor fr die Fehlerbewertungskurve (FAD) des Bruchgrenzzustands G2Einflussfaktor fr die Fehlerbewertungskurve (FAD) des Bruchgrenzzustands G3Einf