1、 石油工业标准化研究所翻译出版钻井和修井设备 API Spec 7K 第 5 版， 2010 年 6 月 2010 年 12 月 1 日实施 勘误表，2010 年 8 月 石油工业标准化研究所翻译出版Drilling and Well Servicing Equipment API SPECIFICATION 7K FIFTH EDITION, JUNE 2010 EFFECTIVE DATE: DECEMBER 1, 2010 ERRATA: AUGUST 2010 API 标准翻译出版委员会 主 任：杨 果 副主任：高圣平 万战翔 付 伟 邢 公 孙德刚 委 员： （按姓氏拼音为序） 陈俊
2、峰 陈效红 崔 毅 杜德林 范亚民 方 伟 韩义萍 刘万赋 刘雪梅 马开华 秦长毅 单宏祥 王 辉 王 慧 王敏谦 王 欣 夏咏华 杨小珊 张 斌 张虎林 张 玉 张玉荣 赵淑兰 周 宇 朱 斌 邹连阳 主 编：高圣平 副主编：杜德林 本标准由石油工业标准化研究所组织翻译、出版和发行。 本标准翻译单位：宝鸡石油机械有限责任公司研究院 本标准翻译责任人：杨玉刚 本标准一校责任人：范亚民 本标准二校责任人：郝玉英 本标准三校责任人：刘长跃 本标准译文难免有不妥之处，欢迎各位读者批评指正。 API 授权声明 本标准由美国石油学会（ API）授权许可，由石油工业标准化研究所（ PSRI）组织翻译。翻译
3、版本不代替、不取代英文版本，英文版本仍为具备法律效力的版本。 API 对翻译工作中出现的错误、偏差、误解均不承担任何责任。在未经 API 书面许可的情况下，不得将翻译版本进行再翻译或复制。 AUTHORIZED BY API This standard has been translated by Petroleum Standardization Research Institute (PSRI) with the permission of the American Petroleum Institute (API). This translated version shall not r
4、eplace nor supersede the English language version which remains the official version. API shall not be responsible for any errors, discrepancies or misinterpretations arising from this translation. No additional translation or reproduction may be made of the standard without the prior written consen
5、t of API. 特别说明 API 出版物只能针对一些共性问题。有关特殊问题，宜查阅地方、州和联邦的法律法规。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问、委员会或其他受托人，均不担保也不承诺（无论明指还是暗示）本标准中所包含的信息的准确性、完整性和适用性，对于本标准中所披露的任何信息的使用及其后果，也不承担任何义务和责任。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问或其他受托人，也不承诺本标准的使用不会侵犯其他人的专有权利。 任何愿意使用 API 出版物的人都可以任意使用。 API 已经尽了一切努力来保证这些出版物中所含数据的准确性与可靠性；然而，关于本标准 API 不做任何承诺、担保
6、或保证，在此明确声明，由于使用本标准而造成的任何损失，或者因本标准与当地法规有冲突而造成违法， API 将不承担任何义务和责任。 出版 API 标准是为了使公众能够更方便地获取已经证实的、良好的工程与操作惯例。但至于何时何地应当使用这些出版物，仍需要用户依据自身的实践经验而做出明智的判断。 API 标准的制定和出版，无意以任何方式限制任何人使用任何其他操作惯例。 任何按照 API 标准的会标使用要求标志其设备和材料的制造商，对于其产品符合相关 API 标准，负有全部责任。 API 不承诺、担保或保证这些产品实际上确实符合该项 API 标准。 版权所有，违者必究。在没有得到出版商的书面批准之前，
7、任何人都不允许在检索系统中复制和 保存本文件中的任何内容或者采用电子、机械、复印、录像或者其他方式传播本文件中的任何内容。 请联系出版商美国石油学会出版业务部，地址： 1220 L Street, NW, Washington, DC 20005。 版权 2010 美国石油学会前 言 API 出版物中的任何内容，都不能解释为（以暗示或其他方式）赋予任何人制造、销售或使用专利权所涵盖的任何方法、仪器或产品的权力；也不能解释为担保任何人侵犯专利权而不承担责任。 应：在标准中使用时， “应”表示符合该规范的最低要求。 宜：在标准中使用时， “宜”表示推荐或建议但并不要求符合该规范。 本文件是按照 A
8、PI 标准化工作程序制定的，该程序保证了制定过程的透明度和广泛参与；本文件被认定为 API 标准。关于本标准内容解释方面的有关问题，或者关于标准制定程序方面的看法和问题，应以书面形式提交给美国石油学会标准部主任，地址是： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。如果需要复制或翻译本标准的全部或部分内容，也请与标准部主任联系。 通常， API 标准最长每隔五年就要复审一次，复审的结果是修订、确认或撤销。该五年复审周期可以延期一次， 但延期最长不超过两年。 可以从 API 标准部查询某项出版物的状况， 电话是 (202) 682-8000。API 每
9、年发布出版物目录，每季度更新。 欢迎用户提出修订建议，这类建议应提交给 API标准和出版部，地址是： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005，或发送电子邮件： Hstandardsapi.orgH。 目 次 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语、定义和缩略语 . 3 3.1 术语和定义 . 3 3.2 缩略语 8 4 设计 8 4.1 设计条件 8 4.2 强度分析 8 4.3 尺寸级别规定 . 10 4.4 额定值 10 4.5 额定载荷值依据 . 10 4.6 设计安全系数（ DSF） 10 4.7 剪切强度 11 4.8 特定设备
10、 11 4.9 设计文件 11 5 设计验证 . 11 5.1 总则 . 11 5.2 设计验证功能试验 11 5.3 设计验证压力试验 12 5.4 设计验证载荷试验 12 5.5 额定载荷的确定 . 13 5.6 另一种设计验证试验程序和额定值计算 . 14 5.7 载荷试验装置 . 14 5.8 设计更改 14 5.9 记录 . 15 6 材料要求 . 15 6.1 总则 . 15 6.2 书面规范 15 6.3 力学性能 15 6.4 材料鉴定 15 6.5 制造 . 16 6.6 化学成分 16 7 焊接要求 . 19 7.1 总则 . 19 7.2 焊接评定 19 7.3 书面文件
11、 19 7.4 焊料控制 20 7.5 焊缝性能 20 7.6 焊后热处理（ PWHT） . 20 7.7 质量控制要求 . 20 7.8 特殊要求 焊接 . 20 7.9 特殊要求 补焊 . 20 8 质量控制 . 21 8.1 总则 . 21 8.2 质量控制人员资格 21 8.3 测量和试验设备 . 21 8.4 特定设备和零部件的质量控制 21 8.5 尺寸验证 26 8.6 验证载荷试验 . 26 8.7 静水压试验 . 26 8.8 功能试验 27 9 设备 27 9.1 总则 . 27 9.2 转盘 . 27 9.3 转盘补心 29 9.4 标准转盘卡瓦 . 30 9.5 非标准
12、转盘卡瓦 . 30 9.6 高压泥浆软管和水泥软管 . 34 9.7 活塞钻井泵零部件 42 9.8 绞车零部件 . 68 9.9 使用标准转盘卡瓦的手动卡盘 69 9.10 使用非标准转盘卡瓦的手动卡盘 70 9.11 安装在或安放在大方补心 /转盘上的弹簧、气动或液压卡盘 . 71 9.12 安装在或部分安装在转盘内的弹簧、气动或液压卡盘 . 72 9.13 手动大钳 72 9.14 不用作提升装置的安全卡瓦 . 73 9.15 动力大钳 73 9.16 防喷器（ BOP）安装系统和设备 74 9.17 高压钻井液循环系统泄压装置 82 9.18 手动大钳和动力大钳尾绳 . 84 9.19
13、 滚动轴承 85 10 标志 86 10.1 产品标志 86 10.2 标记方法 86 11 文件 86 11.1 记录保存 86 11.2 制造商保存的文件 86 11.3 设备携带的随机文件 87 附录 A（规范性附录）附加要求 89 附录 B（资料性附录）热处理设备鉴定指南 91 附录 C（资料性附录）推荐的活塞式钻井泵术语和维护 93 附录 D（资料性附录）许可证持有者对 API 会标的使用 99 参考文献 103 图 1 等效圆模型长度 L 的实体 . 17 图 2 等效圆模型管子（任何截面） 17 图 3 等效圆模型 复杂形状 18 图 4 等效圆模型基尔试块结构 . 18 图 5
14、 基尔试块尺寸展开图 19 图 6 转盘输入轴圆柱形轴头 28 图 7 方瓦驱动补心的转盘 31 图 8 转盘开口和方瓦驱动大方补心 32 图 9 销传动的大方补心和方钻杆补心 33 图 10 可拆卸的转盘链轮 34 图 11 钻井水龙带和减振软管的尺寸 37 图 12 1 6 号锥度 . 43 图 13 5HP 和 6HP 锥度 . 45 图 14 单作用泥浆泵液力端活塞杆和活塞芯孔 . 46 图 15 十字头、中间拉杆和活塞杆连接 圆锥型螺纹 51 图 16 圆锥螺纹牙型 . 51 图 17 十字头、中间拉杆和活塞杆连接的测量方法 圆锥型螺纹 52 图 18 中间拉杆和活塞杆的锁紧螺母 5
15、3 图 19 圆柱螺纹牙型 . 53 图 20 十字头、中间拉杆和活塞杆连接 圆柱型螺纹 54 图 21 钻井泵阀腔 . 54 图 22 钻井泵缸套 . 56 图 23 圆锥螺纹量规和光滑锥度量规 61 图 24 外螺纹的通端和止端量规（用于圆锥螺纹连接的圆柱螺纹部分） . 66 图 25 内螺纹的通端和止端量规（用于锁紧螺母） 66 图 26 量规螺纹牙型 . 66 图 27 力矩锤 67 图 28 钻井泵中间拉杆毂到活塞毂间配对连接的接触平面和定位直径 . 68 图 29 单滑轮上的合成载荷 76 图 B.1 圆柱形炉中的热电偶布位图 92 图 C.1 动力端剖面图 . 95 图 C.2
16、曲轴剖面图 . 95 图 C.3 小齿轮轴和十字头剖面图 . 96 图 C.4 双缸双作用钻井泵液力端 . 96 图 C.5 三缸单作用钻井泵液力端 . 97 表 1 卡盘的设计安全系数 10 表 2 手动大钳、动力大钳的颚板和大钳尾绳附件的最小 DSF. 11 表 3 小尺寸冲击试样的调整系数 . 15 表 4 铸件指示验收准则 23 表 5 转盘小齿轮轴圆柱形轴头 . 28 表 6 转盘开口和方瓦驱动大方补心 29 表 7 四销传动的大方补心和方钻杆补心 29 表 8 可拆卸的转盘链轮数据 31 表 9 钻井水龙带和减振软管、水泥软管、泥浆输送软管的尺寸和压力 . 35 表 10 双作用钻
17、井泵液力端活塞杆和活塞芯孔 . 44 表 11 单作用钻井泵液力端活塞杆和活塞芯孔 . 46 表 12 十字头、中间拉杆和活塞杆连接 圆锥型螺纹 49 表 13 十字头、中间拉杆和活塞杆连接 圆柱型螺纹 50 表 14 钻井泵阀腔 . 55 表 15 量规尺寸公差 . 57 表 16 圆锥螺纹量规和光滑锥度量规 59 表 17 圆锥螺纹量规和光滑锥度量规 60 表 18 外螺纹的通端和止端量规 . 62 表 19 外螺纹的通端和止端量规 . 63 表 20 内螺纹的通端和止端量规（用于锁紧螺母） 64 表 21 内螺纹的通端和止端量规（用于锁紧螺母） 65 表 22 量规螺纹（牙型）高度尺寸
18、. 65 表 23 默认动载系数 . 80 表 C.1 双缸和三缸泵动力端零部件 . 93 表 C.2 双缸泵液力端零部件 94 表 C.3 三缸泵液力端零部件 94 1 钻井和修井设备 1 范围 本规范为新的钻井和修井设备及本标准发布后制造的主承载替换件规定了设计、制造和试验的总则和要求。 本规范适用于以下设备： a） 转盘； b） 转盘补心； c） 设计用于带有 33.333 cm/m（ 4 in./ft） API 锥度的标准转盘卡瓦座中的标准转盘卡瓦； d） 用于列项 i）中叙述的手动卡盘中锥度不为 33.333 cm/m（ 4 in./ft）的非标准转盘卡瓦； e） 高压泥浆和水泥软管
19、； f） 活塞式钻井泵零部件； g） 绞车零部件； h） 用于列项 c）中叙述的标准转盘卡瓦的手动卡盘，不能用作吊卡，并且安装或安放在大方补心 /转盘上； i） 用于锥度不为 33.333 cm/m（ 4 in./ft）的非标准转盘卡瓦的手动卡盘，不能用作吊卡，并且安装或安放在大方补心 /转盘上； j） 具有整体卡瓦的弹簧、气动或液压卡盘，不能用作吊卡，并且安装或安放在大方补心 /转盘上； k） 具有整体卡瓦的弹簧、气动或液压卡盘，不能用作吊卡，并且安装或部分安装在转盘内； l） 手动大钳； m） 不用作提升装置的安全卡瓦； n） 动力大钳，包括旋扣钳； o） 防喷器（ BOP）安装系统； p
20、） 高压钻井液循环系统减压装置； q） 手动大钳和动力大钳尾绳。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 API Spec 5B 套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范 API Spec 6A 井口装置和采油树规范 API Spec 9A 钢丝绳规范 API RP 9B 油田作业中钢丝绳的应用、维护和使用的推荐作法 API Spec 16A 钻通设备规范 AGMA 2004-C08F1）F 齿轮材料、热处理和加工手册 1）美国齿轮制造商协会， 500
21、Montgomery Street, Suite 350, Alexandria, Virginia 22314, Hwww.agma.orgH. API Spec 7K 2 AISC 360-05F2）F 建筑结构钢规范 ASME B1.1-2003F3）F 统一英制螺纹（ UN和 UNR牙形） ASME B1.2 统一英制螺纹用量规和测量 ASME B16.34 法兰、螺纹和焊接端连接的阀门 ASME B30.9 吊索 ASME B31.3 工艺管道 ASME 锅炉和压力容器规范 第 5 卷 无损检测 ASME 锅炉和压力容器规范 第 8 卷 第 1 册 高压容器建造规则 ASME 锅炉和
22、压力容器规范 第 8 卷 第 2 册 高压容器建造另一规则 ASME 锅炉和压力容器规范 第 9 卷 焊接和钎焊评定 ASNT SNT-TC-1AF4）F 无损检测人员资格和鉴定推荐作法 ASTM A 370F5）F 钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义 ASTM A 388 锻钢件超声波检验的标准作法 ASTM A 751 钢制品化学分析的标准试验方法、作法和术语 ASTM A 770 特殊用途钢板的穿厚拉伸试验标准规范 ASTM E 4 测试装置力验证的标准作法 ASTM E 125 黑色金属铸件磁粉指示的标准参考照片 ASTM E 165 液体渗透检验的标准试验方法 ASTM E 18
23、6 壁厚为 51 mm 114 mm（ 2 in. 4 1/2in.）的厚壁铸钢件用标准参考射线照片 ASTM E 280 壁厚为 114 mm 305 mm（ 4 1/2in. 12 in.）的厚壁铸钢件用标准参考射线照片 ASTM E 428 超声波检验用钢试块的制造和控制标准作法 ASTM E 446 壁厚等于和小于 51 mm（ 2 in.）的铸钢件用标准参考射线照片 ASTM E 709 磁粉探伤标准指南 AWS D1.1F6）F 钢结构焊接规程 AWS QC1 焊接检验员资格鉴定标准 DNVF7）F 起重设备鉴定规则 EN 287（所有部分） F8）F 钢件熔焊焊工鉴定试验 ISO
24、 148F9）F 钢 夏比冲击试验（ V型缺口） ISO 6892 金属材料 拉伸试验 ISO 7500-1 金属材料 静力单轴试验机的验证 第 1 部分：拉力和 /或压力试验机 测力系统的验证和校准 MSS SP-53F10）F 阀、法兰、配件和其他管件铸钢件和锻件质量标准 磁粉探伤方法 MSS SP-55 阀、法兰、配件和其他管件铸钢件质量标准 表面缺陷评价的目视方法 2）美国钢结构学会， One East Wacker Drive, Suite 700, Chicago, Illinois 60601, Hwww.aisc.orgH. 3）美国机械工程师协会， 3 Park Avenue
25、, New York, New York 10016-5990, Hwww.asme.orgH. 4）美国无损检测协会， 1711 Arlingate Lane, P.O. Box 28518, Columbus, Ohio 43228, Hwww.asnt.orgH. 5）美国材料和试验协会， 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, Pennsylvania 19428, Hwww.astm.orgH. 6）美国焊接协会， 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33126, Hwww.aws.orgH. 7）挪
26、威船级社， Veritasveien 1, 1322, Hovik, Oslo, Norway, HH. 8）欧洲标准化委员会， Avenue Marnix 17, B-1000, Brussels, Belgium, Hwww.cen.euH. 9）国际标准化组织， 1, ch. de la Voie-Creuse, Case postale 56, CH-1211, Geneva 20, Switzerland, Hwww.iso.orgH. 10）美国阀门及管件业制造商标准化协会， 127 Park Street N.E., Vienna, Virginia 22180-4602, Hw
27、ww.mss-H. 钻井和修井设备 3NFPA T2.12.10 R1F11）F 液压传动系统和产品 试验的一般测量原理和技术的推荐作法 3 术语、定义和缩略语 下列术语、定义和缩略语适用于本规范。 3.1 术语和定义 3.1.1 防喷器安装系统和设备 BOP handling systems and equipment 设计用来贮存、提升、下放和运输钻井和/或生产设备或钻机上所用防喷器组的设备。 3.1.2 防喷器组 BOP stack 多个防喷器组装成一整体，包含所有附件。 3.1.3 临界区域 critical area 主承载件上的高应力区域。 3.1.4 设计载荷 design lo
28、ad 设备产生最大许用应力的静载荷与动载荷之和。 3.1.5 设计安全系数 design safety factor DSF 在所用材料最大许用应力与规定的最小屈服强度之间考虑一定安全余量的系数。 3.1.6 设计验证试验 design verification test 用来确认所采用的设计计算的完整性而进行的试验。 3.1.7 钻井液 drilling liquids 在高压下通过高压泥浆管路系统、泥浆立管、钻井水龙带、旋转水龙头中心管、钻柱和钻头输送的调节钻井过程的液体溶液（称为泥浆）。 注：在本规范中，钻井液不包括含有各种压缩空气或气体的流体。 3.1.8 动载荷 dynamic lo
29、ad 由于加速效应而施加给设备的载荷。 11）美国国家防火协会， 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169, Hwww.nfpa.orgH. API Spec 7K 4 3.1.9 端部连接装置 end connector 位于水龙带总成端部的带有管线管螺纹的附件，用来把水龙带总成连接到管路系统上。 示例 ： API 6A 规定的法兰或毂，或对焊的、或与水龙带接头材料整体制造的锤击式由壬。 注 1：管线管螺纹规范见 API 5B。 注 2：见图 11。 3.1.10 等效圆 equivalent round ER 当确定低合金钢和马氏体不
30、锈钢热处理淬火特性时，把各种形状的截面用等效的圆截面表示。 3.1.11 危险区域 hazardous area or zone 因易燃性气体或蒸气、易燃液体、可燃粉尘、可燃纤维或飘浮物而可能存在火灾或爆炸危险的场所。 3.1.12 高压 high pressure 工作压力值，范围从 10.3 MPa 103.4 MPa（ 1 500 psi 15 000 psi）。 注：见表 9。 3.1.13 高压水泥软管 high-pressure cement hose 严格地用来在高压下输送水泥的软管。 3.1.14 高压泥浆软管 high pressure mud hose 钻井水龙带、减振软管
31、或跨接软管。 3.1.15 水龙带总成 hose assembly 包括水龙带体和水龙带接头。 注：见图 11。 3.1.16 水龙带体 hose body 不带水龙带接头或端部连接装置的平端软管。 3.1.17 水龙带接头 hose coupling 连接在水龙带体两端的附件。 钻井和修井设备 53.1.18 水龙带端部连接装置 hose end connector 位于水龙带总成端部的允许水龙带总成连接在管路系统上的附件，特点是具有 API 5B 规定的管线管螺纹，或例如 API 6A 中规定的法兰或毂，或对焊的、或与水龙带接头材料整体制造的锤击式由壬。 注：见图 11。 3.1.19 水
32、龙带设计系列 hose design family 各种内径和工作压力的水龙带总成，但加强层数量相同，水龙带接头连接采用的方法相同，并按相同设计方法和最大许用应力准则设计。 3.1.20 相同设计原理 identical design concept 一类设备的所有设备在主承载区域具有相似几何形状的特性。 3.1.21 跨接软管 jumper hose 用于输送高压钻井液的柔性软管总成。位于钻井泵排出口和钻台上地面高压泥浆管汇之间的高压泥浆管路系统中的任何位置，以适应其之间的相对运动。 3.1.22 线性指示 linear indication 在无损检测中，长度大于三倍宽度的一种指示。 3.
33、1.23 单件装置 loose gear 总成内所用的悬挂、固定或提升载荷的现成设备，包括但并不局限于钩环、链、吊钩、连接杆、螺旋扣、结合件、滑轮和旋转接头。 3.1.24 最大许用应力 maximum allowable stress 规定的最小屈服强度除以设计安全系数。 3.1.25 最大工作温度 maximum working temperature 9.6.3 规定的温度范围上限。 3.1.26 最小弯曲半径 minimum bend radius MBR 表 9 规定的从水龙带中心线测量的水龙带最小弯曲半径尺寸。 注：见图 11。 API Spec 7K 6 3.1.27 月池导向系
34、统 moonpool guidance system 在配置和收回防喷器组过程中，防止防喷器组和浮移式海洋钻井装置结构物之间接触所设置的结构。 3.1.28 多载荷路径 multiple load paths 防喷器安装系统内安装的同时共同地支承静载荷和动载荷的两个或两个以上独立的主承载机械或结构零部件。 3.1.29 主载荷 primary load 设备执行其主要的设计功能时产生的载荷。 3.1.30 主承载件 primary load carrying components 设备中承受主要载荷的零部件。 3.1.31 验证载荷试验 proof load test 为证实设备的结构完好性所
35、进行的产品载荷试验。 3.1.32 额定载荷 rated load 施加于设备的最大工作载荷，包括静载荷和动载荷。 注：额定载荷在数值上等于设计载荷。 3.1.33 额定速度 rated speed 制造商规定的旋转、运动速度或速率。 3.1.34 修补 repair 制造过程中，通过焊接清除构件或部件的缺陷并进行整修。 注：本规范表述的术语“修补”，仅适用于新设备制造期间的材料缺陷的修补。 3.1.35 钻井水龙带 rotary hose 在泥浆立管顶部和旋转水龙头之间用来输送高压钻井液的柔性软管总成。 3.1.36 圆形指示 rounded indication 在无损检测中，长度小于三倍
36、宽度的接近圆形或椭圆形的任何指示。 钻井和修井设备 73.1.37 安全工作载荷 safe working load 安全工作载荷等于设计载荷减去动载荷。 3.1.38 尺寸级别 size class 本规范中所规定设备尺寸互换性的标识。 3.1.39 尺寸范围 size range 一个总成所适用的管径范围。 3.1.40 吊索 sling 当在载荷和提升机构之间连接时，通常用钢丝绳、链或合成材料制造的用来提升的总成。 3.1.41 大钳尾绳 snub-line 大钳工作时，一端固定在管钳手柄连接点的端部，另一端固定保持大钳静止不动的钢丝绳。 注：大钳尾绳不通过滑轮或弯曲操作。 3.1.42
37、 特殊工艺 special process 可以改变或影响设备所用材料力学性能，包括韧性的作业。 3.1.43 静载荷 static load 防喷器组静重量施加在防喷器安装系统上的载荷。 3.1.44 试验设备 test unit 进行设计验证试验的样机。 3.1.45 减振软管 vibrator hose 在两个管路系统之间或在钻井泵排出口和高压泥浆管路系统之间用来输送高压钻井液的柔性软管总成，目的是吸收噪声和 /或减振，或补偿不对准和 /或热膨胀。 3.1.46 钢丝绳设计系数 wire rope design factor 文件中规定的最低破断强度与施加在钢丝绳和吊索上的极限工作载荷之
38、间的比率。 注：本术语不应与 3.1.5 规定的设计安全系数混淆。 API Spec 7K 8 3.1.47 工作载荷极限 working load limit 制造商分配给单件装置的载荷值，是断裂载荷值的若干分之一，在使用防喷器安装系统和设备期间，不宜超过。 3.2 缩略语 BOP 防喷器 HAZ 热影响区 MODU 移动式海洋钻井装置 NDE 无损检测 PWHT 焊后热处理 TIR 指示器总读数 4 设计 4.1 设计条件 钻井设备的设计、制造和试验应在各方面满足其预定的用途。设备应能安全地传递规定的载荷。设备的设计应能保证安全运行。 应采用下面的设计条件： 设计载荷和安全工作载荷的定义见
39、第 3章。 设备操作人员应负责确定具体操作的安全工作载荷； 除非有附加要求（见附录 A 中 SR2 和 SR2A），否则，转盘、转盘卡瓦、动力大钳和绞车的 设计及最低工作温度为 0（ 32）。除非有附加要求，否则，安全卡瓦、卡盘和手动大钳的 设计及最低工作温度为 -20（ -4）。 仅在规定时适用的附加要求见附录 A。 注意 除非在设备的制造中使用了在更低设计温度下具有要求韧性的合适材料（见附录 A 中 SR2和 SR2A） ，否则，不推荐在低于上述设计温度时的额定载荷下使用本标准涵盖的设备。 4.2 强度分析 4.2.1 总则 设备的设计分析应着重考虑屈服、疲劳或扭曲等可能的失效模式。 强度
40、分析应以弹性理论为基础。另一方面，在设计文件认为合理的地方，也可采用极限强度（塑性）分析。 与设计有关的力都应纳入计算。针对于所要考虑的每个横截面，应采用最不利的力的组合、位置和方向。 钻井和修井设备 94.2.2 简化假设 可以采用有关应力分布和应力集中的简化假设，但假设应符合公认的作法或基于充分广泛的经验或试验。 4.2.3 经验公式 只要验证零件内应力的应变仪测试文件记录结果能证明经验关系，那么，就可用经验关系替代分析。当设备或零部件不允许使用应变仪验证其设计时，应按 5.6 的试验方法来鉴定。 4.2.4 当量应力 强度分析应以弹性理论为基础。根据冯 米塞斯 -亨克（ Von Mise
41、s-Hencky）理论，设计载荷引起的名义当量应力，不应超过按公式（ 1）计算的最大许用应力 allow。 allow=minDSYSF（ 1） 式中： SYmin 规定的最小屈服强度； FDS 设计安全系数。 4.2.5 极限强度（塑性）分析 极限强度（塑性）可在下列任一种条件下分析： a） 接触区域； b） 零件的几何形状所引起的局部高应力集中区域及断面平均应力小于或等于 4.2.4 中规定的最大许用应力的其他高应力梯度区域。 在这些区域，平均应力以下的所有应力值应采用弹性分析法。 塑性分析时，按照冯 米塞斯 -亨克（ Von Mises-Henchy）理论，名义当量应力不应超过按公式（
42、2）计算的最大许用应力 allow。 allow=ULTminDSSF（ 2） 式中： SULTmin 规定的最小极限拉伸强度； FDS 设计安全系数。 4.2.6 稳定性分析 稳定性分析应按照公认的弯曲理论进行。 API Spec 7K 10 4.2.7 疲劳分析 除非另有协议，否则，疲劳分析寿命应不少于 20 年。 应按照公认的理论进行疲劳分析。参考文献 13中规定了可以采用的方法。 4.3 尺寸级别规定 设备尺寸级别规定表示的尺寸互换性，应符合第 9 章的要求。 4.4 额定值 4.4.1 按本规范提供的转盘、卡盘、手动大钳和动力大钳的额定值，应符合本规范规定的要求。 4.4.2 主载荷
43、路径内所有轴承的额定静载值，应满足或超过设备的额定载荷。 4.4.3 制造商应对所设计的各种结构的动力大钳和手动大钳规定额定扭矩值。 4.5 额定载荷值依据 额定载荷值应基于： a） 4.6 中规定的设计安全系数； b） 主承载件所用材料规定的最小屈服强度； c） 设计计算确定的应力分布和 /或 5.6 中规定的设计验证载荷试验得出的数据。 4.6 设计安全系数（ DSF） 4.6.1 卡盘的 DSF 应按表 1 确定： 表 1 卡盘的设计安全系数 额定载荷值 R 设计安全系数 FDS 1 334 kN (150 短吨 ) 3.00 1 334 kN 4 448 kN (150 短吨 500
44、短吨 ) 3.00 0.75 (R 1 334) / 3 114 a3.00 0.75 (R 150) / 350b 4 448 kN (500 短吨 ) 2.25 a式中， R 值单位为 SI 千牛。 b式中， R 值单位为 USC 短吨。 DSF 预期作为设计准则，不应在任何情况下解释为允许设备上的载荷超过额定载荷。 4.6.2 转盘主载荷路径内构件的最小 DSF 应为 1.67。 4.6.3 手动大钳、动力大钳的颚板和大钳尾绳附件的最小 DSF 应按表 2 确定。 钻井和修井设备 11表 2 手动大钳、动力大钳的颚板和大钳尾绳附件的最小 DSF 额定扭矩值 R 设计安全系数 FDS41
45、kNm (30103ftlb) 3.00 41 kNm (30103ftlb) 136 kNm (100103ftlb) 3.00 0.75 (R 41) / 95 a3.00 0.75 (R 30103) / (70103) b136 kNm (100103ftlb) 2.25 a式中， R 值单位为 SI 千牛 米。 b式中， R 值单位为 USC 英尺 磅。 4.7 剪切强度 当设计计算包含剪切时，则剪切屈服强度与拉伸屈服强度的比值应为 0.58。 4.8 特定设备 特定设备设计要求见第 9 章。 4.9 设计文件 设计文件应包括方法、假设、计算和设计要求。设计要求至少应包括尺寸、试验、
46、工作压力、材料、环境和规范的要求以及其他有关的设计要求。 这些要求也适用于设计更改文件。 5 设计验证 5.1 总则 为了确保设计的完整性和计算的准确性，应对第 9 章中有要求的设备进行设计验证试验。 设计验证试验应按照文件程序进行。 设计验证试验应由对产品的设计和制造没有直接责任且具有进行该工作资格的人员执行或验证。 设计验证试验可由本规范特定设备章节要求的一个或多个所列试验组成： a） 功能试验； b） 压力试验； c） 载荷试验。 5.2 设计验证功能试验 5.2.1 试验抽样 API Spec 7K 12 当设备通过其部件的连续运转传递力、运动或能量时，每一种型号的设备应抽取一台（套）
47、样机进行功能试验。 5.2.2 试验程序 制造商应制定试验时间、试验施加的载荷和试验速度的程序文件。连续运转的设备，试验样机应在额定速度下最少试运转 2 h；间断运转或周期运转的设备，除第 9 章另有规定外，试验样机应在额定速度下最少试运转 2 h 或 10 个工作周期（取时间长者）。 5.2.3 合格评定 样机运转应无明显的动力损失。轴承和润滑油的温度应在设计和试验程序文件规定的可接受的范围内。 5.3 设计验证压力试验 5.3.1 试验抽样 每一个承压设计项目或第 9 章规定的主承压件，应进行设计验证静水压试验。本试验不包括传递液压动力的零部件。 5.3.2 试验程序 试验压力应为最大额定
48、工作压力的 1.5 倍。试验液体应为实际作业中的液体、冷水或加入添加剂的水。试验应在油漆作业前已完工的零件或总成上进行。 静水压试验应进行两次，每次均应由以下四步组成： a） 初始保压期； b） 试验压力降至零； c） 试验件所有外表面完全干燥； d） 二次保压期。 保压期应从达到试验压力， 且设备和压力测试仪表同压力源切断时开始计时， 保压期不应少于 3 min。 5.3.3 合格评定 在每次试验循环后，应仔细地检查 ,确保试验不出现渗漏或永久性变形。不满足这个要求或过早失效，应重新进行试验，重新进行设计评价。 5.3.4 单个零件 若试验装置的加载情况适用于组件中的单个零件，这些零件可单独
49、进行试验。 5.4 设计验证载荷试验 钻井和修井设备 135.4.1 总则 当第 9 章所列特定设备有要求时，设备应进行设计验证载荷试验。 5.4.2 试验抽样 具有相同设计原理、不同规格和额定值的同系列设备的设计应力计算的验证，应采用下列任一种方法： a） 最少选该设计的三台样机进行设计验证载荷试验，试验样机应选自额定载荷值范围的低端、中端和高端； b） 另一种方法是，试验样机的数量以每台样机可验证高于和低于它的一个额定载荷值为原则来确定（产品额定值范围不大时，通常采用这种方法）。 5.4.3 试验程序 试验程序如下： a） 试验样机总成应加载到最大额定载荷。在卸载后，应检查样机预期的设计功能，设备零部件的所有功能不应因本次加载而 削弱 ； b） 试验样机上预期应力较高且可采用应变仪测量的地方应使用应变仪。推荐使用有限元分析、模拟、脆性漆涂层等方法
