《纤维增强复合材料连续抽油杆》

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。

[收稿日期]2008205206　[作者简介]薛国锋(19712),男,1996年江汉石油学院毕业,高级工程师,现从事机械采油及采油工艺新技术研究及应用工作。

碳纤维连续抽油杆采油配套工具研究 薛国锋　(吉林油田公司采油工艺研究院,吉林松原138000) 周春玲　(吉林油田公司职业中心,吉林松原138000)[摘要]碳纤维抽油杆采油工艺技术是近年来形成的一项新的采油技术,利用碳纤维抽油杆的重量轻、耐腐蚀、液流阻力小等优点,实现抽油系统节能降耗、防腐防断、提高泵效、降低投入的目的。

作为一种新型采油工艺技术,施工及生产中需要配套各种设备及工具,从技术工艺原理、配套设备及工具、应用效果、结论认识等方面作介绍。

[关键词]碳纤维抽油杆;碳纤维扶正器;夹持器;保护器;剪切装置[中图分类号]TE93318[文献标识码]A [文章编号]100029752(2008)03203912021　碳纤维连续抽油杆采油工艺原理碳纤维复合材料连续抽油杆是以高性能碳纤维为增强体、以树脂为基体、采用拉挤成形工艺制成的外形是带状、截面为矩形、长度1000m 以上,两端有接头的一类新型抽油杆。

是继传统的钢抽油杆、玻璃钢抽油杆之后出现的综合性能优于前述2种抽油杆的一种高科技新产品。

该技术是用碳纤维复合连续抽油杆取代传统有杆泵抽油系统的部分抽油杆,从而达到节能降耗、增油提高开采效益的目的。

应用该技术的油井其结构包括抽油泵、加重杆、碳纤维复合连续抽油杆、安全接头、碳纤维杆扶正器,油管,井口装置,抽油机。

2　配套设备及技术由于碳纤维复合连续抽油技术是一项新型采油技术,所以所需的作业设备与传统的有所区别,作业设备主要包括专用作业车、井口导向器、井口夹持器、清蜡装置。

1)专用作业车　采用电机驱动式加缠绕盘和作业架子的方式实现,通过前置导轮实现连续抽油杆下井导向功能,通过后面主轮缠绕连续抽油杆,并通过电力驱动装置带动缠绕轮起下连续抽油杆。

2)井口保护装置　井口导向装置是为了防止在碳纤维杆下井施工过程中,井口装置刮伤碳纤维抽油杆。

专利名称：纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的活动开闸型连接头
专利类型：实用新型专利
发明人：武校法,宋光清,王立斌,高超,李强,武磊,宋丽丽
申请号：CN201320477173.3
申请日：20130807
公开号：CN203452664U
公开日：
20140226
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种石油工业采油设备的制备装置，特别涉及一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的活动开闸型连接头，其技术方案是：包括连接头上主体、接头连接挡头、活动开闸本体、开闸口、连接丝扣，连接头上主体的上部设有接头连接挡头，活动开闸本体的侧壁上设有开闸口，活动开闸本体的顶部设有连接丝扣；所述的连接头上主体与活动开闸本体活动连接，连接头主体与连接丝扣分别与纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆和钢制配重杆相连。

有益效果是：本实用新型不仅重量比较轻，拆换方便，减轻工人劳动强度，而且拉伸力大，而且内部丝扣可以任意修改国标尺寸达到复合实际使用的目的。

申请人：胜利油田新大管业科技发展有限责任公司
地址：257091 山东省东营市经济开发区一类工业园区南一路221号
国籍：CN
代理机构：东营双桥专利代理有限责任公司
代理人：罗文远
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1 概述目前国内外使用的抽油杆主要是钢质普通抽油杆，但是它存在一些问题：密度大、强度低、抗腐蚀性能较差，不能满足深井、超深井、腐蚀井等特殊油井原油开采的需要，成为有杆泵抽油系统中的薄弱环节。

为了克服普通钢质抽油杆的缺点，20世纪80年代初美国开始研制碳纤维抽油杆，于20世纪90年代初研制成功碳纤维抽油杆，并进行了矿场试验，试验效果较好[1]。

2 碳纤维复合材料连续抽油杆的性能特点与技术优势密度小、减载效果显著：纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆密度小（1.8～1.9 g/cm3），是钢抽油杆1/4，组成碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合抽油杆柱后，其总质量比钢抽油杆柱减轻40%以上，可以大幅度降低光杆载荷。

强度高、能够实现深抽：碳纤维抽油杆的抗拉强度是D级钢抽油杆的2倍，采用现有的抽油机可以加深泵挂深度、加大泵径，增加原油产量，并可以延长抽油杆的使用寿命，由碳纤维杆与钢杆组成的混合杆柱，极限下泵深度能够增加1000m左右。

耐腐蚀、抗疲劳性能好：由于耐腐蚀性好，因此碳纤维杆抽油系统适用于产出液具有腐蚀性的油井抽油，可延长检泵周期。

同时，碳纤维抽油杆抗疲劳性能好，107次疲劳实验后，剩余强度仍有90%（同样条件下，钢杆的剩余强度仅为30%～40% ），从而大大延长了抽油杆的使用寿命。

弹性大：碳纤维抽油杆的弹性模量是钢杆的一半，是玻璃钢抽油杆的2倍。

其弹性介于钢杆与玻璃钢抽油杆之间，是钢杆的2倍，是玻璃钢抽油杆的一半。

杆柱的运动遵循混合杆柱的运动规律，增大冲次可减少冲程损失。

3 碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合杆柱的设计软件及杆柱组合3.1 碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合杆柱的设计软件[2]碳纤维抽油杆的应用方法：杆柱上部为碳纤维抽油杆、下部需要加部分钢质抽油杆或加重杆组成混合抽油杆柱，其运动规律遵循混合杆柱的运动规律。

在杆柱设计方面，为精确计算杆柱的动载荷和活塞行程等参数，完善了动态参数预测方法，同时引入API RP 11L推荐作法（作为一个动态的参照标准），实现了2种算法的相互验证，增强了计算结果的可靠性。

碳纤维复合材料连续抽油杆在深层砂砾岩油藏的应用【摘要】抽油杆防腐蚀是油藏开发后期的重要工作，对于诸如深层砂砾岩油藏等高腐蚀等油藏条件，抽油杆的防腐蚀效果就更加重要。

1.抽油杆防腐1.1抽油杆腐蚀机理抽油杆采油是常见的采油生产方式，在我国各大油田的生产井中占约80%。

在有杆泵采油生产系统中，抽油杆的腐蚀以及与油管之间的偏磨，造成抽油杆及油管的损坏，影响油井的正常生产。

因此，抽油杆的保护与防腐，对油田生产有着重要作用。

腐蚀疲劳失效是抽油杆的主要失效形式，抽油杆腐蚀疲劳是抽油杆在抽拉交变应力以及腐蚀介质的共同作用下产生的[1]。

腐蚀疲劳的断裂源一般在抽油杆的表面上形成，在拉应力的作用下，会使得抽油杆覆盖的保护层破裂；同时由于受到腐蚀环境影响，破裂的局部发生电化学腐蚀形成腐蚀坑。

因此可知抽油杆腐蚀是抽油杆发生疲劳断裂的发生源头。

抽油杆安装环境中的氧、硫化氢、二氧化碳等腐蚀剂的存在，会加剧抽油杆的腐蚀。

常有的抽油杆腐蚀有以下几种形式：（1）溶解二氧化碳腐蚀：二氧化碳主要是局部腐蚀，在含有二氧化碳的环境中，钢铁表面与地层物质反应生成的腐蚀产物膜FeCO3，CaCO3等的不均一性以及破损，造成局部的二氧化碳腐蚀，甚至导致严重穿孔。

溶于水的二氧化碳对钢铁的腐蚀比盐酸还要严重。

（2）氧腐蚀：氧腐蚀是由于阴极上氧去极化反应的进行，促使作为阳极的金属不断被腐蚀。

溶解氧对金属的腐蚀，主要是靠氧通过溶液向金属表面的传递来实现的，腐蚀产物是氧的氧化物FeO，Fe2O3，Fe3O4，及其氧化物的水化物FeO（OH）等。

（3）硫化氢腐蚀：油气中含有的硫化氢和抽油杆的铁能够反应生成硫化铁，硫化铁在抽油杆表面积垢后作为阴极，抽油杆作为阳极，形成微电池，使抽油杆表面出现蚀斑。

硫化氢与抽油杆钢发生作用，释放出氢原子，渗入钢的结晶边界，形成氢分子或与碳化合产生气泡，使抽油杆出现氢脆。

（4）硫酸盐还原菌腐蚀等。

硫酸盐还原菌是一种厌氧微生物，能够在还原水中的硫酸盐时产生硫化氢，造成抽油杆的硫化氢腐蚀，还原菌的腐蚀产物是黑色的硫化铁，其中有大量的硫酸盐还原菌。

碳纤维复合材料柔性连续抽油杆生产工艺•拉挤成型于1951年首次在美国注册专利，60年代发展很慢，70－80年代进入快速发展阶段。

我国起步则较晚，直到90年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发展时期。

目前，引进及国产拉挤生产线已超过200条。

我国发展拉挤与欧美形式相似：先开发形状简单的棒材，然后随着化工防腐、电力、采矿等行业的发展与需求，开发了型材制品，目前这些技术已经比较成熟。

拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面毡等进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在模内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺。

利用拉挤工艺生产的产品其拉伸强度高于普通钢材。

表面的富树脂层又使其具有良好的防腐性，故在具有腐蚀性的环境的工程中是取代钢材的最佳产品，广泛应用于交通运输、电工、电气、电气绝缘、化工、矿山、海洋、船艇、腐蚀性环境及生活、民用各个领域。

拉挤成型工艺形式很多，分类方法也很多。

如间歇式和连续式，立式和卧式，湿法和干法，履带式牵引和夹持式牵引，模内固化和模内凝胶模外固化，加热方式有电加热、红外加热、高频加热、微波加热或组合式加热等。

拉挤成型典型工艺流程为：玻璃纤维粗纱排布——浸胶——预成型——挤压模塑及固化——牵引——切割——制品注射拉挤成型工艺流程图拉挤成型设备组成1、增强材料传送系统：如纱架、毡铺展装置、纱孔等。

2、树脂浸渍：直槽浸渍法最常用，在整个浸渍过程中，纤维和毡排列应十分整齐。

3、预成型：浸渍过的增强材料穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的相对位置，逐渐接近制品的最终形状，并挤出多余的树脂，然后再进入模具，进行成型固化。

4、模具：模具是在系统确定的条件下进行设计的。

根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能，将模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂系统的性能确定。

模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，典型模具的长度范围在0.6~1.2m之间。