مواصفات API 11B تحدد معيار الصناعة للصلب والمنتجات ذات الصلة بالقضيب المستخدمة في المضخات ذات القضيب الترددي؛ وعادةً ما يؤدي الاختيار الصحيح لرتبة القضيب وحجمه واقترانه ومعالجته السطحية - بالإضافة إلى المناولة المناسبة والتحكم في عزم الدوران والفحص - إلى أفضل عمر تشغيلي في البئر. بالنسبة للضخ البري التقليدي، فإن اختيار درجة API الصحيحة (C أو K أو D أو HA/HS أو السبائك المتخصصة/المصنوعة من الحديد المقوى) بناءً على الحمولة القصوى للقضيب ومخاطر التآكل وعمق البئر هي الخطوة الوحيدة الأكثر أهمية التي يمكن للمشغلين اتخاذها لتقليل الأعطال في قاع البئر وتكلفة التشغيل.

ما هو API 11B؟

تحدد مواصفات API 11B متطلبات الأبعاد، وأشكال الخيوط، والاختبارات الميكانيكية، ووضع العلامات، وضوابط جودة المنتج لقضبان المصاصات الفولاذية والمنتجات ذات الصلة (قضبان المهر، والوصلات، والقضبان المصقولة، ومقاييس الخيوط، وما إلى ذلك). ويقوم معهد البترول الأمريكي بصيانة برنامج مونوغرام API والتحديثات التحريرية للمعيار؛ وتحتوي أحدث طبعة منشورة (رقم 28) على أحدث متطلبات الخيوط والاختبار وتحديد المنتج التي يعتمد عليها المشغلون.

سبب أهمية ذلك: يضمن التوافق مع API 11B إمكانية التبادل بين الموردين، ومطالبات الأداء الميكانيكي المتسق، وتوافر مقاييس اللولبة والوصلات الملولبة المعايرة. المنتجات غير المطابقة تزيد بشكل كبير من المخاطر الميدانية الناجمة عن عدم ملاءمة اللولبة بشكل صحيح، والقوة الميكانيكية غير المطابقة للمواصفات، والفشل المبكر.

التشريح الأساسي ووظيفة سلسلة قضبان المصاصات

تنقل سلسلة قضبان الماصّة الحركة الترددية من المحرك الرئيسي السطحي (رافعة المضخة) إلى المضخة الترددية في قاع البئر (المكبس والبرميل). المكونات الأساسية:

• معدات السطح:: قضيب مصقول، وصندوق حشو، وعارضة مشي ورأس حصان.

• سلسلة القضيب:: قضبان مصاصة قياسية (25-30 قدمًا / 7-9 أمتار طولًا نموذجيًا) ملولبة من كلا الطرفين وموصولة بوصلات.

• مكونات قاع البئر:: برميل المضخة، والمكبس، والصمام الدائم، والصمام المتحرك.

يجب أن تقاوم خيوط القضبان الشد/الضغط المحوري، والانحناء من انحراف البئر الجانبي، وعزم الدوران في حالة الدوران، والإجهاد الدوري من ملايين الضربات.

أطوال التجزئة النموذجية: 25 قدمًا (7.62 م) و30 قدمًا (9.14 م). تتراوح أقطار الجسم النموذجية من 5/8″ إلى 1-1/4″ حسب الاستخدام.

الأحجام الشائعة والبيانات الهندسية

(ملحوظة: تختلف أطوال المسامير وأطوال الخيوط وأبعاد الأكتاف حسب الشركة المصنعة ويجب التحقق من ذلك بمقارنتها بمخططات مقاييس API أثناء الفحص).

درجات API والخصائص الميكانيكية وخيارات المواد

تعيين API لقضبان المصاصات يجمع المنتجات حسب الحد الأدنى والحد الأقصى لخصائص الشد وغالباً حسب التركيب الكيميائي. فيما يلي جدول عملي مكثف - استخدم أوراق بيانات الشركة المصنعة للحصول على المواصفات والشهادات الدقيقة.

يوفر API 11B نطاقات شد محددة وطرق اختبار ميكانيكية محددة لكل درجة؛ يجب على المشغلين طلب تقارير اختبار المواد (MTRs) وإمكانية التتبع مع كل شحنة.

ملاحظة عملية: توفر درجات الشد الأعلى قدرة محورية أكبر ولكنها غالبًا ما تقلل من عمر الكلال إذا لم تكن تشطيبات السطح والمعالجة الحرارية والمعالجة صحيحة. يوازن الاختيار الصحيح بين قدرة التحميل الساكنة ومقاومة التعب لظروف التحميل الدورية.

أشكال اللولب والوصلات والقياس اللولبي

تقوم API 11B بتوحيد هندسة اللولبة (المسمار والصندوق) والأبعاد وممارسة القياس. يجب التحقق من ملاءمة اللولبة باستخدام مقاييس معايرة للسدادة والحلقة؛ توصيات عزم الدوران وتزييت اللولبة أثناء التجميع ضرورية لتجنب التآكل والوصول إلى الاشتباك المصمم. عادةً ما يوفر الموردون مقاييس لولبة المسامير واللولبة الصندوقية المطابقة لمواصفات API.

أنواع الاقتران الشائعة:

• وصلات التوصيل القياسية (دائرية كاملة) لوصلات القضيب من نفس الحجم

• وصلات التوصيل المخفض لربط أقطار مختلفة عند الحاجة.

• وصلات التوصيل الخاصة بالأكتاف أو التوقف عند المرور عبر المعدات المقيدة.

ممارسة القياس: افحص الخيوط للتأكد من الشكل، والميلان، والانحراف، وطول الاشتباك؛ ارفض القضبان ذات الخيوط البالية أو التي لا تتوافق مع حدود المقياس.

المعالجات السطحية والطلاءات وتخفيف التآكل

تؤثر تشطيبات السطح والمعالجات الوقائية بشكل كبير على عمر التعب وأداء التآكل. الخيارات:

• الفوسفات أو البركرة للتحكم في التآكل الخفيف في المنشآت ذات الميزانية المحدودة.

• طلاء بالكروم الصلب لمناطق القضبان المصقولة؛ ونادراً ما تستخدم على قضبان المصاصات بسبب المخاوف المتعلقة بالسمك/التحمل.

• النيترة أو أي تصلب آخر بالانتشار يحسن من صلابة السطح ومقاومة التآكل عند استخدامه بشكل صحيح.

• الطلاءات البوليمرية أو اللفائف الإيبوكسية للحماية الجزئية من التآكل مع الحفاظ على التفاوتات المسموح بها.

• قضبان FRP/المركب القضاء على العديد من مشاكل التآكل ولكنها تتطلب ممارسات ربط مختلفة.

اختر المعالجات التي لا تؤثر على تفاوتات اللولبة أو صلابة القلب المستحثة بالمعالجة الحرارية. ارجع إلى بيانات البائع لأنه ليست كل الطلاءات متوافقة مع مقاييس لولبة API.

الإرهاق والتآكل وآليات الفشل السائدة

تعمل قضبان الامتصاص في ظل إجهاد عالي الدورة؛ آليات الفشل النموذجية:

• الكسر الناتج عن الإرهاق من الإجهاد المحوري الدوري والانحناء بالقرب من العيوب السطحية أو عند جذور الخيوط.

• تآكل اللولب والتآكل اللولبي من عزم الدوران غير المناسب أو سوء التشحيم أو عدم تطابق اللولب.

• التآكل (التآكل (عام، التنقر، H2S/CO2) مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد وتسريع الإرهاق.

• التآكل من الرمال والجسيمات الكاشطة.

• الالتواء والانحناء في الآبار المنحرفة مما يسبب تلامسًا جانبيًا وتشققًا.

الجدول - وضع الفشل مقابل التخفيف المشترك:

تُظهر الأعمال الفنية البارزة أن المركبات تتصرف بشكل مختلف (الانحناء الدوراني ينتج عنه أنماط كسر فريدة من نوعها) وأن اختبار الكلال المختبري في البيئات المسببة للتآكل مهم عند تحديد قضبان الآبار الحامضة أو الرملية.

كيفية اختيار درجة القضيب وحجمه لبئر معين

يجب أن يراعي الاختيار ما يلي:

• حمولة الشد الساكنة القصوى عند القضيب المصقول (بالإضافة إلى عامل الأمان).

• سعة الحمل الديناميكي أثناء ضربات الضخ (ذروة الشد والضغط).

• عمق البئر ووزن سلسلة القضيب.

• وجود الأنواع المسببة للتآكل (ثاني أكسيد الكربون، H2S، كلوريد الكربون).

• مخاطر الرمال/التآكل واحتمالية التحميل الجانبي.

• الاقتصاد:: التكلفة الأولية للقضيب مقابل العمر المتوقع؛ وغالباً ما تسترد الدرجة الأعلى أو الطلاءات التكاليف من خلال عمر تشغيل أطول.

جدول القرارات السريعة (مبسط):

تربط مخططات اختيار المصنعين (من مصنعي المعدات الأصلية الرئيسيين) حمولة القضيب (رطل من الأوزان) مقابل العمق لكل درجة - راجع كتالوجات الموردين لمعرفة الحدود الدقيقة.

المناولة والتجميع وممارسة عزم الدوران وإجراءات التشغيل

تؤثر الممارسة الميدانية بشكل كبير على حياة القضيب. التوصيات الرئيسية:

• استخدم مفاتيح عزم الدوران واتبع جداول عزم دوران المورد أثناء تركيب الوصلة؛ تجنب طرق اللولبات.

• ضع مركب لولبي معتمد للتشحيم والحماية من التآكل؛ تأكد من أن المركب لا يغير من ملاءمة المقياس.

• لا تفرط في التدوير أو التدوير المستمر إلا إذا كان القضيب مخصصًا للدوران؛ حيث إن تدوير القضبان الفولاذية التقليدية يزيد من الإجهادات الالتوائية ويقلل من عمر التعب. بعض المضخات من النوع اللولبي تتطلب دوران قضيب - استخدم قضبان ووصلات مصنفة لعزم الدوران.

• تنفيذ التخزين بعناية: احفظ القضبان بعيدًا عن الأرض ومغطاة من الرطوبة؛ افحص الخيوط قبل تشغيلها.

• وضع علامات على مسارات القضبان وتتبعها وإعادة استخدامها فقط وفقًا لتوصيات المورد؛ الاحتفاظ ببطاقات تشغيل توثق عمليات الاستبدال والأعطال.

الفحص والاختبارات غير التدميرية ومعايير الاستبدال

يجب أن يشمل الفحص الروتيني ما يلي:

• قياس الخيط (قابس وحلقة) قبل التشغيل.

• الفحص البصري بحثًا عن التآكل والتآكل وتلف الخيوط والخدوش والعيوب السطحية.

• اختبار الجسيمات بالموجات فوق الصوتية أو المغناطيسية للقضبان الحرجة عند الاشتباه في حدوث تلف ناتج عن الإجهاد.

• التحقق من الصلابة واختبار الشد على عينات مأخوذة لضمان الجودة.

استبدل القضبان التي بها خيوط مهترئة بما يتجاوز قبول المقياس، أو التي بها شقوق تم اكتشافها بواسطة NDT، أو التي بها تنقر/فقدان كبير في المقطع يقلل من مساحة المقطع العرضي أو قوة الإجهاد.

البدائل الناشئة: قضبان FRP والقضبان المركبة الهجينة

توفر قضبان FRP (زجاج أو ألياف الكربون مع مصفوفة إيبوكسي) مزايا:

• وزن أقل (يقلل من الحمل الساكن وقد يزيد من عمق المضخة المسموح به).

• مقاومة التآكل من سوائل التكوين.

• العزل الكهربائي (يساعد على التيار الشارد أو المخاوف الجلفانية).

القيود:

• أنظمة التوصيل والوصلات المختلفة؛ تدريب خاص مطلوب.

• أنماط الفشل المختلفة (التصدع المصفوفي، التفكك) ومعايير الفحص المختلفة.

• غالبًا ما تكون تكلفة القدم الواحدة أعلى، لكن اقتصاديات دورة الحياة يمكن أن تكون في صالح البولي فينيل متعدد الألياف في الآبار المتآكلة. يجب الرجوع إلى الكتالوجات الفنية ودراسات حالة دورة الحياة عند التفكير في المواد المركبة.

الاعتبارات الاقتصادية: تكلفة دورة الحياة مقابل النفقات الأولية

التقييم:

• متوسط الفترة الزمنية بين الأعطال (MTBF) لأنواع القضبان المرشحة في الآبار المتشابهة.

• تكلفة وقت التوقف عن العمل لكل عطل (الإنتاج المفقود + التمديد).

• تكلفة الوحدة لكل قدم وتكلفة الطلاء أو المناولة الخاصة.

• سياسات إعادة الاستخدام وتكاليف التجديد.

غالبًا ما يقلل القضيب ذو الدرجة الأعلى أو سلسلة FRP من التكلفة الإجمالية سنويًا من خلال إطالة عمر التشغيل وخفض وتيرة أعمال الإصلاح.

قائمة مراجعة سريعة للمشتريات

• بيان الامتثال لـ API 11B والإصدار المذكور.

• تقارير اختبار المطاحن (MTRs) للخواص الكيميائية والميكانيكية.

• شهادات مقياس الخيط وسجلات المعايرة.

• إمكانية التتبع (رقم الحرارة، معرف الدفعة).

• مخططات عزم الدوران الموصى بها وتعليمات التجميع.

• وثائق التآكل/الطلاء إن وجدت.

• سياسة الضمان أو الاستبدال للأعطال المبكرة.

جداول عملية ولقطات مقارنة

الجدول أ - ملخص الخواص الميكانيكية النموذجية

(راجع API 11B وبيانات البائع لمعرفة القيم الملزمة قانونًا).

الجدول ب - طول القضيب والاستخدام الموصى به

دراسات حالة الفشل

• الحالة - إجهاد الخيط عند كتف الدبوس: غالبًا ما يكون السبب في ذلك هو عدم كفاية طول الاشتباك وأخاديد التصنيع البسيطة بالقرب من جذر اللولبة. الإجراءات التصحيحية: تحسين التفاوتات المسموح بها في التصنيع، والتحكم في نصف قطر الجذر، والفحص غير القابل للكشف الروتيني للقطع المشتبه بها.

• الحالة - الإجهاد الناتج عن التآكل في البئر الحامض: قام المشغل بالتبديل إلى قضبان حاملة للنيكل أو قضبان السبائك المتخصصة واستخدم مثبطات التآكل القوية؛ تحسن عمر التشغيل بشكل ملحوظ على الرغم من ارتفاع تكلفة المواد.

قائمة مراجعة أفضل الممارسات الميدانية

• حافظي على رفوف القضبان جافة وبعيدة عن التربة.

• سجّل كل رقم وحالة كل قضيب تشغيله.

• استخدم أدوات عزم الدوران المعايرة والمركبات الموصى بها.

• افحص الخيوط قبل التركيب، وبعد السحب، ضع علامة على القضبان المشتبه بها من أجل الفحص غير القابل للكشف.

• طابق اختيار القضيب مع كل من الأحمال الساكنة والإجهادات الدورية؛ قم بمحاكاة الدورات حيثما أمكن.

عشرة مواصفات عملية لتضمينها في طلب الشراء

1. اقتبس رقم إصدار API 11B واطلب مطابقة المورد.

2. حدد الرتبة ونطاق الشد حسب تسمية API.

3. اطلب اختبارات منتصف المدة لكل دفعة حرارية مع التحليل الكيميائي واختبارات الشد/الصلابة.

4. شهادات قياس الخيط المطلوبة من الدولة.

5. الإعلان عن الطلاء/المعالجة السطحية مع التفاوتات المسموح بها.

6. فرض التغليف الإلزامي لمنع تلف الخيط.

7. تضمين خطة أخذ عينات القبول للاختبار غير التمييزي.

8. تحديد شروط الضمان الخاصة بفشل الإجهاد المبكر.

9. حدد توافق مركب اللولبة وقيم عزم الدوران.

10. اشتراط وضع علامة التتبع على كل قضيب (رقم الحرارة).

الأسئلة الشائعة

س1: ما هو API 11B ولماذا يتم إلزامه في أوامر الشراء؟
A1: API 11B هي المواصفات المقبولة لقضبان المصاصة والمنتجات ذات الصلة بالقضبان؛ ويضمن تضمين الإصدار في أمر الشراء أن يستوفي الموردون نماذج الخيوط الموحدة وممارسات الاختبار ووضع العلامات. وهذا يقلل من مشاكل التبادل ويحمي العمليات الميدانية.

س2: كيف يمكنني الاختيار بين قضبان الفولاذ وقضبان FRP؟
ج2: تقييم مستويات التآكل، والتخفيض المطلوب في وزن القضيب، والتكلفة الإجمالية للملكية. يعتبر الفولاذ اقتصاديًا في العديد من الآبار الحلوة؛ قد يكون البولي فينيل متعدد الألياف أفضل في تطبيقات الرفع العميق أو التآكل الشديد حيث يحقق انخفاض الوزن ومقاومة التآكل وفورات صافية.

س3: هل يمكنني تدوير قضبان الصلب API؟
ج3: فقط إذا كان نظام القضيب والوصلات مصنفة لعزم الدوران والدوران؛ يزيد الدوران من إجهادات الالتواء والانحناء - الممارسة القياسية هي تجنب الدوران إلا إذا كان تصميم المضخة يتطلب ذلك وكانت مادة القضيب تسمح بذلك.

س4: ما هي الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل الخيط؟
A4: عزم دوران التركيب غير المناسب، واللولبات الملوثة، والمقاييس البالية أو غير المتطابقة، والتحكم الضعيف في شكل اللولبة عند التصنيع. يقلل القياس المنتظم وتطبيق عزم الدوران الصحيح من هذه الأعطال.

س5: كم مرة يجب فحص القضبان؟
ج5: افحص كل قضيب بصريًا وباستخدام مقاييس الخيوط قبل التشغيل. بالنسبة للخيوط المشتبه فيها أو بعد الأحداث غير العادية، يطبق اختبار الفحص غير الاعتيادي مثل اختبار الجسيمات المغناطيسية أو الفحص بالموجات فوق الصوتية على القضبان التي تم أخذ عينات منها.

س6: هل توجد مخططات قياسية لعزم الدوران؟
ج6: نعم، تنشر معظم الشركات المصنعة للمعدات الأصلية مخططات عزم الدوران لكل حجم قضيب وقارنة؛ وينبغي اتباعها ومعايرة الأدوات. ارجع إلى وثائق المورد للحصول على القيم الدقيقة.

س7: ما هي الدرجات التي تقاوم التآكل الحامض؟
ج7: تقاوم الدرجات الحاملة للنيكل والقضبان عالية السبائك أو قضبان البولي بروبيلين المقوى بالنيكل، البيئات الحامضة والمكلورة بشكل أفضل من الفولاذ الكربوني العادي؛ قم دائمًا بمطابقة المواد مع الكيمياء وظروف الضغط/درجة الحرارة.

س8: كيف يمكنني تقليل إجهاد القضيب في الآبار المنحرفة؟
ج8: استخدام أدوات التمركز، وأكمام التآكل، وزيادة قطر القضيب، وتقليل التحميل الجانبي عن طريق تهيئة حفرة البئر بشكل أفضل، وتحديد درجة/طلاء يتحمل التعب.

س9: هل يمكنني تجديد وإعادة استخدام القضبان القديمة؟
ج9: يمكن إعادة تجديد بعض القضبان عن طريق إعادة اللولبة والفحص شريطة أن يفي المقطع العرضي المتبقي والمعالجة الحرارية بحدود التصميم؛ استشر المورد دائمًا وقم بإجراء اختبار عدم الفحص قبل إعادة الاستخدام.

Q10: ما هي الوثائق التي يجب أن تصل مع كل شحنة قضيب؟
A10: تقارير MTRs، وشهادة مقياس اللولب، وأرقام الحرارة، والتحقق من العلامات، وتعليمات المناولة/التجميع. تدعم هذه المستندات إمكانية تتبع المنتج ومطالبات الضمان.

التوصيات الختامية

1. اشتراط مطابقة API 11B في أمر الشراء وتأكيد الإصدار.

2. قم بمطابقة الرتبة مع الحمل الديناميكي وبيئة التآكل؛ عند الشك، راجع مخططات اختيار الشركة المصنعة للمعدات الأصلية.

3. تنفيذ بروتوكولات منضبطة للقياس والتحكم في عزم الدوران والفحص لمنع معظم الأعطال الميدانية الشائعة.