6碳纤维连续抽油杆作业车

徐国民：碳纤维连续抽油杆生产工艺技术第10卷第11期（2020-11）碳纤维连续抽油杆是碳纤维、树脂等原材料按照合适配比，经拉挤工艺生产制造而成的线型复合材料制品，呈条带状，横截面为矩形、椭圆型或圆型，可缠绕于专门设计的滚筒之上[1]。

美国最早研制成功碳纤维连续抽油杆，并应用于人工举升技术，有效解决钢制抽油杆偏磨断脱比例高、周期短的问题。

近年来，国内各大油田均开始研制并应用碳纤维连续抽油杆，取得了降低抽油机井悬点载荷、提高杆柱耐磨、抗拉强度以抗腐蚀性能，降低能耗，延长检泵周期，实现抽油机井高效、低成本运行。

1拉挤工艺技术拉挤工艺是指在拉力作用下挤注成形的一种生产工艺技术，利用其原理，将碳纤维等原材料均匀分布并穿越穿纱板，然后经过树脂槽浸胶、出树脂槽脱胶预成型后进入模具，进而加热固化成型，再经牵引机收卷于收卷盘。

同时结合碳纤维细长、浸胶方便、容易交联的优点，实现了将碳纤维等原材料连续生产成为线型复合材料制品（工艺流程见图1），可以连续生产任意长度的碳纤维连续抽油杆[2-3]。

工艺流程中的模具为生产碳纤维连续抽油杆的关键工艺流程[4]，碳纤维等原材料进入模具，经改模具固化后方可能出模成为线型复合材料制品。

流程中模具分为预热区、凝胶区和固化区三个区域，拉挤工艺模具三段温区[5]如图2所示。

图1连续纤维拉挤工艺流程示意图图2拉挤工艺模具温区2原材料的选择碳纤维连续抽油杆是由碳纤维、树脂纤维等原材料经拉挤工艺成型为复合材料制品性，其抗拉强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲强度模量、层间剪切强度、疲劳寿命、最高工作温度、破断拉力和巴柯尔硬度等性能指标，主要取决于原材料的力学性能及各自配比。

由此可见，碳纤维、树脂纤维的选择直接影响着碳纤维连续杆的关键性能。

2.1碳纤维原料目前市场主要应用的碳纤维材料有两种公司生产的T700S和HTA-W12K，对上述两种原材料抗拉强度、弹性模量等性能（表1）进行对比，所以选用T700S。

碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析碳纤维连续抽油杆是一种新型材料，它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、不导电等特点，在油田开发中具有广阔的应用前景。

本文将对碳纤维连续抽油杆的研究与应用进行分析。

一、碳纤维连续抽油杆的研究现状碳纤维连续抽油杆是近年来油田开发领域的新兴材料，目前在国内外都有相关研究，主要集中在以下几个方面：1. 材料性能研究：碳纤维连续抽油杆具有优异的强度和耐腐蚀性能，研究人员主要针对其力学性能、耐腐蚀性能进行了深入研究，以保证其在恶劣油田环境中的稳定运行。

2. 制造工艺研究：由于碳纤维连续抽油杆的制造工艺复杂，制造工艺研究一直是研究的重点之一。

通过不断改进制造工艺，提高碳纤维连续抽油杆的研发和生产效率。

3. 在油田应用研究：目前一些油田已经开始在实际开发中应用碳纤维连续抽油杆，进行了一系列的现场试验，以验证其在油田开采中的实际效果和可行性。

以上研究现状表明，碳纤维连续抽油杆的研究已取得了一定进展，但仍然存在一些问题需要进一步解决。

1. 优势分析：碳纤维连续抽油杆相比传统的金属材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、不导电等优势，能够有效降低油井开采及维护成本，并提高油田开采的效率和安全性。

2. 应用前景分析：碳纤维连续抽油杆在油田应用中具有广阔的前景。

尤其是在酸性、高温、高压等恶劣环境下，传统金属材料的应用受到了很大的限制，而碳纤维连续抽油杆能够适应这些恶劣环境的需求，因此在这些环境下具有更大的应用空间。

3. 发展趋势分析：随着碳纤维材料的不断改进和成本的逐渐降低，碳纤维连续抽油杆将会逐渐替代传统的金属材料成为油田开发的首选材料。

并且随着油田开发对设备性能、运行成本的要求越来越高，碳纤维连续抽油杆的应用将会越来越广泛。

1. 技术创新：未来碳纤维连续抽油杆的研究重点将会放在技术创新上，包括材料性能的提升、制造工艺的改进等方面，以满足油田开发对设备的更高要求。

2. 应用拓展：随着碳纤维连续抽油杆在一些油田的成功应用，未来将会有更多的油田引入这一新型材料，以解决传统材料在特殊环境下的局限性。

碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析碳纤维连续抽油杆是一种新型的抽油杆材料，它具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此在石油工业中具有广阔的应用前景。

通过对碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析，可以更好地认识其特性和性能，促进其在石油工业中的应用。

一、碳纤维连续抽油杆的特性与性能碳纤维连续抽油杆是利用碳纤维作为增强材料，通过树脂浸渍及复合而成的一种新型复合材料。

它具有以下几个显著的特性与性能：1.轻质高强：碳纤维具有轻质高强的特点，因此碳纤维连续抽油杆具有较小的密度，但却具有出色的强度和刚度。

2.耐腐蚀：碳纤维材料具有较好的耐腐蚀性能，能够抵御酸碱环境对其的腐蚀，适合在油井等腐蚀性环境中使用。

3.耐磨损：碳纤维连续抽油杆表面光滑，摩擦系数小，具有良好的抗磨损性能，延长了使用寿命。

4.电磁透明：碳纤维连续抽油杆对电磁波透明，不会干扰油井测井等电子设备的正常工作。

综合上述特性和性能，碳纤维连续抽油杆在石油工业中具有广泛的应用前景。

近年来，国内外对碳纤维连续抽油杆进行了广泛的研究。

在材料制备方面，研究者通过改进树脂浸渍工艺、优化纤维排布方式等手段，提高了碳纤维连续抽油杆的力学性能和耐腐蚀性能。

在工艺加工方面，研究者提出了采用自动化设备进行碳纤维连续抽油杆的缠绕和固化，使其生产效率大大提高。

在性能测试方面，研究者对碳纤维连续抽油杆进行了拉伸、疲劳、耐腐蚀等性能测试，为其应用提供了可靠的数据支撑。

还有研究者对碳纤维连续抽油杆进行了表面改性、降低生产成本、提高使用寿命等方面的研究。

这些研究成果不仅丰富了碳纤维连续抽油杆的生产工艺和性能表征方法，也为其在石油工业中的应用奠定了坚实的基础。

碳纤维连续抽油杆在石油工业中具有广泛的应用前景。

在油井提油中，它可以替代传统的金属抽油杆，减轻油井重量，延长使用寿命，降低维护成本。

在水平井和高密度油藏中，碳纤维连续抽油杆具有较好的弯曲性能和挠曲性能，适合复杂地质条件下的作业。

在油井气体开采中，碳纤维连续抽油杆的电磁透明性能可以减少干扰，提高开采效率。

10型传动链长冲程抽油机设计摘要：超长冲程抽油机可实现长冲程要求。

本设计采用碳纤维连续抽油杆，该材料具有密度小，弹性较好，耐腐蚀，抗疲劳性能好，活塞效应小，起下作业速度快等优点。

10型传动链式超长冲程抽油机的悬点载荷为100KN，冲程为10~30m，起下速度为15~20m/min,适用碳杆规格为（30×3.0）mm,(32×4.2)mm,(35×5.0)mm。

在本次设计中，主要完成了对抽油机的传动装置、夹紧装置、缠绕装置、夹持块结构、平衡装置等的设计，以及关键零部件的设计和校核。

抽油机的动力由防爆绕线转子异步正反转电动机提供，通过窄V带，经由二级减速器传递至起提升作用的主动链轮。

然后通过液压缸夹紧装置将碳杆压在装有夹持块链条之间，并且通过链条的转动，靠摩擦力来向上提起碳杆，通过导向盘将其缠绕在直径为1.8m的缠绕大盘上，缠绕大盘由电动机带动。

本抽油机采用机械平衡方法，将平衡块装在链轮轴尾端，利用重力来实现平衡。

关键词：抽油机；传动链式；超长冲程；设计；碳纤维复合材料1.1.1国内长冲程抽油机的发展现状与发展趋势油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。

根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。

经过一百多年的实践和不断的改进创新，抽油机不管是结构形式还是在使用功能上，都产生了很大的变化。

特别是近几十年来，世界对原油的需求量不断加大，对油田深度开采的能力有了更进一步的要求，在很大程度上加快了抽油机技术发展的速度，催生出多种类型。

目前, 国内抽油机制造厂有数十家, 产品类型已多样化, 但游梁式抽油机仍处于主导地位。

根据公开发表的资料统计, 我国现有6 大类共45 种新型抽油机, 并且每年约有30 种新型抽油机专利, 十多种新试制抽油机, 已形成了系列, 基本满足了陆地油田开采的需要。

各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机和用窄V 形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用, 并取得了显著的经济效益。

抽油机举升系统所使用的金属抽油杆，存在以下几方面问题：一是杆管偏磨严重，目前为钢-钢摩擦，采取扶正器预防后，活塞效应加剧，悬点载荷加大；二是钢制抽油杆密度大，杆断脱概率增大、能耗高；三是三元驱和深井等特殊井还存在腐蚀断裂、漏失、举升难等问题。

为了缓解金属抽油杆的上述问题，近年来，逐渐应用了碳纤维复合材料抽油杆。

碳纤维连续抽油杆是一种新型抽油杆，是由碳纤维、树脂、玻璃纤维等原材料按照合适配比，以耐高温树脂作为基体，以碳纤维作为增强材料，经拉挤工艺制成的复合材料制品，具有密度小、耐磨、耐腐蚀、强度高的特点[1-3]。

该技术最早起源于美国，国内对碳纤维连续抽油杆的研究从21世纪开始，在新疆油田、胜利油田等有所应用，取得了明显的节能降载效果。

为此，开展碳纤维连续抽油杆现场试验应用，进一步研究碳纤维连续抽油杆的适应性，设计配套技术，优化杆柱结构，实现抽油机井降载、节电。

1碳纤维连续抽油杆特性为确定碳纤维连续抽油杆的性能，验证该材质的抽油杆与钢质抽油杆相比有哪些优势，通过与国碳纤维连续抽油杆的应用及节能效果分析白羽（大庆油田有限责任公司第四采油厂）摘要：碳纤维连续抽油杆是一种新型材料，具有密度小、强度高、耐磨性好的特点，为此开展碳纤维连续抽油杆现场试验，以降低抽油机井悬点载荷，提高杆柱耐磨、抗拉强度以及抗腐蚀性能，降低抽油机井能耗，实现抽油机井高效、低成本运行。

现场试验应用了106口井，平均最大悬点载荷下降9.87kN，节电率达到24.39%，年节约电费97.07万元，为抽油机节能高效举升提供了新的技术途径。

关键词：碳纤维连续抽油杆；悬点载荷；系统效率；节能DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2023.10.007Analysis of the application and energy conservation effect of carbon fiber continuous sucker rods BAI YuNo.4Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co ．，Ltd ．Abstract：The carbon fiber continuous sucker rod is a new material，which has the characteristics of low density，high strength and good wear resistance．Therefore，field tests of carbon fiber continuous sucker rod are carried out to reduce the suspended point load of pumping Wells，improve the wear re-sistance，tensile strength and corrosion resistance properties of rod string，reduce energy consumption of pumping wells，and realize the high-efficiency and low-cost operation of pumping wells．The field test has been applied to 106wells，with an average maximum suspended load reduced by 9.87kN．Even more to the point，the average power saving rate can reach 24.39%，and the annual electricity cost saving of 970700yuan，which provides a new technical approach for energy conservation and high-efficient lifting of pumping units．Keywords：carbon fiber continuous sucker rods；suspension point load；system efficiency；energy conservation作者简介：白羽，工程师，2011年毕业于东北石油大学（油气储运工程专业），从事机采井管理工作，158****7789，************************.cn，黑龙江省大庆市红岗区红岗西街6号工艺研究所，163511。

国产碳纤维的前世今生此文对目前国内碳纤维发展有详细论述，由于文章太长，本人只将后段有参考价值转过来。

从此文得知，目前国内正在研制70T的碳原丝（日本东丽已经掌握100T碳原丝的生产技术），不过估计以供军用为主！以下是我国碳纤维主要生产企业：安徽华皖碳纤维（集团）有限公司位于蚌埠市高新区长华路中段，注册资金16500万元，主要生产销售碳纤维、原丝及其碳纤维复合制品。

碳纤维生产线设计能力为年产500吨原丝，最终年产200吨聚丙烯腈基碳纤维。

碳纤维生产线于2004年开工建设，截止目前已完成受让土地使用权，房屋建筑物的建设，机械设备采购安装。

PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。

华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t／a，下游产品的开发也列入发展规划。

不过，最近的消息是碳纤维生产线项目目前处于停滞状况。

由于无力清偿到期债务，于2008年6月29日被安徽省蚌埠市中级人民法院依法裁定破产。

中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴。

2002 年公司引进欧洲最先进预浸料生产线，具有年生产碳纤维、芳纶、玻璃纤维及其织物预浸料300万平方米的能力。

建400t／a大丝束碳纤维生产线，部分引进技术和设备，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。

该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考察工作。

根据国内外市场动向及投资与回报等因素，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。

同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。

2009年，公司成功完成了国家*的《采用大丝束碳纤维预料制备技术实现国产碳纤维规模化应用》项目，大幅度提高了公司的预浸料生产能力，年生产大克重（500g/m2以上）预浸料可达100万平方米。

目前，公司产品已经广泛应用于体育休闲制品和工业制品中。

吉化公司研究院，将依靠自己的技术建立500t/a原丝和200t/a碳纤维生产线。