Насосная штанга класса C (API 11B) — стальная штанга стандартной прочности для возвратно-поступательных установок. Она имеет термообработанное тело, кованые концы, грани под ключ и обработанные резьбовые ниппели. Муфты соединяют штанги в непрерывную колонну между наземным приводом и насосом. Привод перемещает колонну вверх и вниз, передавая движение и осевое растяжение плунжеру для повторных ходов откачки. Класс C отличается стандартным диапазоном: минимум текучести 60,000 psi (414 MPa) и прочность 90,000–115,000 psi (621–793 MPa). Это даёт баланс прочности и пластичности для обычных скважин с умеренными нагрузками и некоррозионной или эффективно контролируемой жидкостью.
При повторном растяжении каждого цикла работа зависит не только от диаметра и класса. Стабильность термообработки, прямолинейность, качество кованых концов, точность резьбы, совместимость ниппеля и муфты и прослеживаемость определяют равномерность передачи нагрузки и усталостную стойкость соединений. При замене новый элемент должен соответствовать существующей колонне по свойствам и геометрии.
Характеристики насосных штанг C API 11B
Для C диапазон механических свойств важнее одного названия стали. Справочник Octal задаёт минимум текучести 60,000 psi (414 MPa), прочность 90,000–115,000 psi (621–793 MPa), минимум удлинения 13% и сужение не менее 50%.
| Пункт спецификации | Справочные данные C |
| Изделие | Стальная насосная штанга |
| Стандарт | API Spec 11B |
| Класс | C |
| Минимальный предел текучести | 60,000 psi / 414 MPa |
| Предел прочности | 90,000–115,000 psi / 621–793 MPa |
| Относительное удлинение | ≥13% |
| Относительное сужение | ≥50% по производственному справочнику Octal |
| Распространённые размеры | 5/8″, 3/4″, 7/8″, 1″, 1-1/8″ |
| Распространённые номинальные длины | 25 ft и 30 ft |
| Конструкция конца | Кованый конец с ниппелем и упорным торцом |
| Соединение | Ниппель API с соответствующей муфтой |
| Типичная эксплуатация | Стандартные возвратно-поступательные штанговые установки |
Приёмку C проводят по полной механической и размерной спецификации, а не только прочности. Проверяют текучесть, прочность, удлинение, сужение, размеры тела, геометрию концов, резьбу и муфту по утверждённому заказу. При заданном контроле твёрдость записывают по производственной или термообработанной партии и оценивают по квалифицированной производственной либо проектной спецификации, а не универсальному значению C.
Размеры и размерный контроль штанг C
При выборе C совместно подтверждают механический класс, размеры тела, номинальную длину и геометрию соединения. Номинал относится к телу, а не увеличенному концу или муфте. Разные диаметры имеют один диапазон свойств C, поэтому размер сам по себе не определяет прочность или совместимость замены.
Справочные механические свойства C
| Свойство | Справочные данные C | Инженерное примечание |
|---|---|---|
| Минимальный предел текучести | 60,000 psi / 414 MPa | Минимальная прочность класса C |
| Предел прочности | 90,000–115,000 psi / 621–793 MPa | Стандартный диапазон прочности C |
| Удлинение | ≥13% | Проверка пластичности после квалифицированной термообработки |
| Относительное сужение | ≥50% | Производственный справочник Octal |
| Твёрдость | Зависит от изготовителя / термообработки | Проверять по утверждённой спецификации производства и контроля |
| Распространённые номинальные длины | 25 ft / 7.62 m; 30 ft / 9.14 m | Подтверждать совместно с соединением и положением в колонне |
Твёрдость главным образом проверяет стабильность термообработки, а не определяет C единым значением. При необходимости испытания приёмочный диапазон задают утверждённые материал, процедура обработки и проектный контроль.
Размеры тела и допуски штанг C
| Номинальный размер | Наружный диаметр тела | Допуск тела | Справочная прочность C |
|---|---|---|---|
| 5/8″ | 15.88 mm | +0.18 / -0.36 mm | Текучесть мин. 60,000 psi / прочность 90,000–115,000 psi |
| 3/4″ | 19.05 mm | +0.20 / -0.41 mm | Текучесть мин. 60,000 psi / прочность 90,000–115,000 psi |
| 7/8″ | 22.23 mm | +0.20 / -0.41 mm | Текучесть мин. 60,000 psi / прочность 90,000–115,000 psi |
| 1″ | 25.40 mm | +0.23 / -0.46 mm | Текучесть мин. 60,000 psi / прочность 90,000–115,000 psi |
| 1-1/8″ | 28.58 mm | +0.25 / -0.51 mm | Текучесть мин. 60,000 psi / прочность 90,000–115,000 psi |
Один диапазон механических свойств C применим ко всем указанным размерам: увеличение диаметра меняет сечение и несущую площадь, но не определение прочности класса.
Кованый конец, участок под ключ, ниппель и муфта образуют габарит соединения больше тела. При замене проверяют размер, класс, номинальную длину, ниппель и резьбу, тип муфты и зазор в НКТ, а не только диаметр тела.
Нагрузки и условия эксплуатации C
Штанга испытывает повторное растяжение каждого цикла, а не единую статическую нагрузку. Колонна несёт вес, нагрузки жидкости и насоса, ускорение и динамические напряжения от привода. Поэтому усталость и локальные напряжения особенно важны в переходе высадки, кованом конце, торце ниппеля и резьбе.
C обеспечивает стандартную прочность для обычной штанговой добычи. По сравнению с более прочным D он подходит, когда расчётные напряжения укладываются в диапазон C и среда не требует дополнительной прочности или коррозионной стойкости. Тогда C сочетает прочность, пластичность, усталостные свойства и стоимость.
В неглубоких и средних скважинах с управляемыми нагрузками C надёжен при правильном проекте, качественных соединениях и защите от коррозии. При существенно большей нагрузке, сильной коррозии или преобладающем износе от НКТ следует рассматривать более прочный либо специальный класс.
Сравнение классов C, D и K
Класс прежде всего определяется нагрузкой, материалом и жидкостью. Диаметр и длина — отдельные параметры конфигурации, которые могут совпадать у разных классов.
Сравнение насосных штанг C, K и D
| Свойство | Класс C | Класс K | Класс D |
|---|---|---|---|
| Общий уровень прочности | Стандартная прочность | Общий диапазон прочности близок к C | Повышенная механическая прочность |
| Минимальный предел текучести | 60,000 psi / 414 MPa | Подтвердить спецификацию изготовителя; опубликованные данные K могут использовать минимум 60,000 psi | Около 85,000 psi / 586 MPa |
| Предел прочности | 90,000–115,000 psi / 621–793 MPa | 90,000–115,000 psi / около 620–790 MPa | 115,000–140,000 psi / 793–965 MPa |
| Твёрдость | Зависит от изготовителя / термообработки | Зависит от изготовителя / термообработки | Зависит от изготовителя / термообработки |
| Материал / эксплуатационный акцент | Углеродистая сталь стандартной прочности | Больший акцент на коррозионное поведение и среду | Углеродистая или легированная сталь для высоких нагрузок |
| Типичная нагрузка штанг | Умеренная | Умеренная; коррозия влияет на выбор | Повышенная механическая нагрузка колонны |
| Учёт коррозии | Некоррозионная или эффективно контролируемая эксплуатация | Большая коррозионная стойкость, чем у C, в типичном позиционировании API | Повышение прочности само по себе не устраняет коррозию |
| Главный критерий выбора | Баланс прочности и пластичности | Жидкая среда и материал | Повышенные расчётные напряжения и нагрузка |
Различие свойств важно при приближении напряжений к допустимым. D даёт больший запас нагрузки, чем C, а K выбирают преимущественно по материалу и среде. Ни один класс сам не устраняет коррозию, несовместимость соединений, несоосность, отклонение ствола или износ от НКТ.
Твёрдость главным образом подтверждает термообработку и изготовление. Диапазон задают утверждённые материал и контроль с прослеживаемостью до плавки и партии.
Общий диапазон размеров
C, K и D могут использовать одну систему номинальных размеров. Диаметр и длину выбирают отдельно от механического класса.
| Размерный параметр | Общие справочные данные | Примечание по выбору |
|---|---|---|
| Размер тела | 5/8″, 3/4″, 7/8″, 1″, 1-1/8″ | Номинал относится к наружному диаметру тела |
| Наружный диаметр тела | 15.88, 19.05, 22.23, 25.40, 28.58 mm | Класс не меняет определения номинального диаметра |
| Номинальная длина | 25 ft / 7.62 m; 30 ft / 9.14 m | Подтвердить длину вместе с соединением и местом в колонне |
| Соединение | Ниппель API с соответствующей муфтой | Ниппель и муфта должны соответствовать существующей колонне |
Штанги C и D 7/8 in. имеют одинаковый номинальный размер тела, но разные свойства и нагрузки. При замене подтверждают также класс, длину, соединение, муфту, условия и контроль.
C подходит для умеренных нагрузок и контролируемой коррозии, D повышает механическую прочность, K больше ориентирован на коррозионные условия.
Материал и термообработка C
C изготавливают из квалифицированной углеродистой стали для требуемых свойств API 11B и усталости. Состав может зависеть от утверждённой производственной спецификации, но после термообработки готовое изделие должно стабильно соответствовать прочности, пластичности и размерам.
Термообработка определяет распределение конечных свойств, стабильность прочности, пластичность, прямолинейность и усталость. Партнёрская база Octal использует линии с независимо регулируемыми зонами и термопарами для равномерной температуры тела. Система также включает оборудование ковки, высадки, правки, обработки и контроля полного производства.
Каждую партию можно связать с номером плавки, составом, термообработкой, механическими испытаниями, размерным контролем и окончательной идентификацией. Прослеживаемость позволяет проверить C по заказу до отгрузки.
Выбор соединения и муфты
Муфта передаёт нагрузку между штангами через два резьбовых ниппеля. Качество соединения влияет на всю колонну.
Системы API обычно используют полноразмерные или уменьшенные муфты. Первые имеют стандартный габарит, вторые уменьшают диаметр при ограниченном зазоре. Octal также предлагает класс T и варианты с напылённым металлом по требованиям эксплуатации.
Меньшую муфту нельзя выбирать только ради зазора. Проверяют прочность соединения, внутренний диаметр НКТ, размер штанги, резьбу, отклонение ствола и ожидаемый контакт.
При замене совместимость ниппеля и муфты столь же важна, как класс. Новая C с неверной геометрией соединения создаёт более непосредственную полевую проблему, чем небольшая разница диаметра тела.
Область применения C
C предназначен для обычных скважин с умеренной нагрузкой и жидкостью без сильной коррозии или износа. Пригодность оценивают вместе с глубиной, нагрузкой, отклонением, коррозией и контактом с НКТ.
| Условия эксплуатации | Пригодность C | Инженерный критерий |
| Неглубокая или средняя скважина | Подходит | При правильном проекте нагрузка обычно укладывается в стандартную прочность C |
| Умеренная нагрузка насоса и жидкости | Подходит | Достаточная способность при растяжении без более прочного класса |
| Некоррозионная добываемая жидкость | Подходит | Углеродистый C подходит, если коррозия не определяет отказ |
| Эффективно ингибируемая коррозия | Условно подходит | Защита должна быть стабильной и контролироваться в эксплуатации |
| Высокая нагрузка колонны | Требуется оценка | Более прочный класс даёт больший запас при приближении расчётного напряжения к пределу C |
| Сильно наклонная скважина | Требуется оценка | Усиленный изгиб и контакт с НКТ могут сделать защиту от износа важнее базовой прочности |
| Сильная коррозия или агрессивная жидкость | Не предпочтителен | Следует оценить коррозионностойкие или специально спроектированные штанги |
| Сильный износ от НКТ | Не предпочтителен | Могут потребоваться центраторы, износостойкие конструкции или другая конфигурация |
C эффективнее всего при умеренных механических нагрузках и контролируемой коррозии. При переходе к высоким усилиям, сильной коррозии или постоянному контакту с НКТ выбирают более подходящий класс или специальную конфигурацию, а не просто увеличивают диаметр C.
Контроль производства и инспекция
Качество зависит от стабильных ковки, термообработки, правки, обработки и контроля резьбы. Для C проверяют свойства и размеры, влияющие на циклы: текучесть, прочность, твёрдость, диаметр тела, прямолинейность, геометрию концов и точность резьбы.
Octal выполняет испытания на растяжение, твёрдость, удар и металлографию по необходимости. Плавки, партии, термообработка, размеры, испытания, маркировка и упаковка связываются для прослеживаемости до отгрузки. Смешение классов или соединений в существующей колонне способно нарушить распределение нагрузки и усложнить обслуживание.
Возможности поставки штанг C компанией Octal Steel
Octal Steel поставляет C распространённых размеров API и длин с совместимыми муфтами, укороченными и утяжелёнными штангами и другими элементами. Поставка согласуется с диаметром, соединением, муфтой и проектным контролем. База выполняет ковку, термообработку, правку, обработку и контроль; доступны растяжение, удар, твёрдость и металлография. Материальные и производственные записи сохраняются по партии для прослеживаемости и окончательных документов.
Часто задаваемые вопросы
Подходит ли C для глубоких скважин?
C применим, только если расчётные напряжения укладываются в допустимый диапазон. Глубины недостаточно: учитывают насос, ступенчатость, динамику, жидкость и коррозию. При высоких напряжениях уместнее более прочный D.
Каков предел прочности C?
Распространённый диапазон C — 90,000–115,000 psi, около 621–793 MPa, минимум текучести — 60,000 psi / 414 MPa. Конечные приёмочные значения задают согласованная редакция API и квалифицированная спецификация изготовителя.
Может ли C заменить D?
Не автоматически. D имеет большую прочность. Замена на C требует проверки нагрузок для приемлемого запаса при меньшей прочности, а также размера соединения, длины и совместимости муфты.
Какие данные нужны при замене штанги?
Подтвердите номинальный диаметр, класс, длину, размеры ниппеля, тип муфты и положение в колонне. Одного диаметра недостаточно: при одинаковом теле могут различаться соединения и эксплуатационные конфигурации.