碳纤维连续抽油杆温度的研究

1、碳纤维连续抽油杆温度的研究摘 要：根据碳纤维抽油杆的特性，碳纤维连续抽油杆适合于深井、 超深井、腐蚀井、超载井和高含水井。与其他抽油杆相比，使用碳纤维抽 油杆的投资最少。总z,连续抽油杆有着普通抽油杆无法比拟的优越性， 能够较好地解决普通抽油杆无法解决的问题，将逐渐替代普通抽油杆，特 别对于解决斜井、深井、腐蚀井及低渗透井等有看十分重要的现实意义， 具冇广泛的发展前途。关键词：碳纤维抽油杆特性一、引言随着国内油田事业的发展，使碳纤维连续抽油杆的需求和应用日益广 泛，国内已冇四家投入牛产碳纤维杆，但是没冇与之配套使用的作业设备。 碳纤维连续抽油杆作业车是设计用于碳纤维抽油杆的配套专业设备，而作

2、业过程中碳纤维连续抽油杆的起下夹持问题是必须要解决的问题z-,因 为它关系到缠绕盘的扭矩和碳纤维杆在起下过程中的受力状态。碳纤维抽 油杆在起下装置中所承受的载荷很大，导致抽油杆在被提升的过程中受到 拉力很大，使得杆柱缠绕盘负载驱动扭矩过大，严重降低了作业车作业过 程中的自动化程度，减缓了作业速度，降低了作业设备对井场环境的适应 性，增加了易损件，而且不便于维修，加大了对作业车及其他设备的投资, 减少持续作业时间。要解决上述问题，必须先解决缠绕盘驱动扭短过大的 问题，而直接导致扭矩过大是碳纤维抽油杆起下夹持装置的设计模式。二、国内外碳纤维连续抽油杆现状碳纤维连续抽油杆起源于20世纪90年代，由美

3、国首先研制成功，并 进行了矿场试验，取得较好效果。1991年5月1995年11月美国在33 口抽油井中使用了碳纤维连续抽油杆，平均泵挂深度为1444m,平均泵径 为50. 5mm, 7 口井的平均冲数为10. 5n/min,平均冲程为3. 94m,碳纤维 连续抽油杆的长度占整个抽油杆柱长度的平均比例为56.8%,井底平均温 度为42. 7摄氏度，井液平均含氷88.8%,平均日产液91.7to其中一口井 正常运行了四年，另-口井含冇硫化氢正常运行了三年，还冇几口井正常 运行了三年多。这33 口井在四年半的矿场中作业共45次，最主要的失败 形式是钢接头疲劳断裂和碳纤维连续抽油杆端部连接失效，其次是

4、由于碳 纤维柔性连续抽油杆受压应力引起的失效。试验表明了，碳纤维连续抽油 杆具有足够的抗疲劳强度，可以达到延长检泵周期和节电的冃的。我国在20世纪90年代开始研制，引进碳纤维连续抽油杆。2000年陈 厚等介绍了以环氧树脂作为树脂基体，以碳纤维作为增强材料，釆用拉挤 成型t艺生产树脂基碳纤维杆，并分析和讨论了该连续生产过程中容易出 现的问题。他们提出的工艺科连续成型，自动化程度高，r成型制品力学 性能优异，是生产连续抽油杆一种较好的工艺方法。2000年开始，顾学林 和杨小平等开始碳纤维杆的制造和作业工艺及装备的研究，以制备出耐温 等级为90摄氏度，120摄氏度和150摄氏度的碳纤维杆，其中等级为

5、90 的己经正常生产并投入现场使用。薛承谨针对国内石油开采的抽油杆长期 耐温使用的需要，研究了四种不同树脂基体的碳纤维拉伸复合材料的抽油 杆样品，采用了 dsc分析了四种树脂基体的固化特征，通过力学性能和动 态热机械分析了所得的四种碳纤维抽油杆的力学性能和耐热性能，并初步 进行了碳纤维抽油杆的动态服役和实验室模拟的介质腐蚀静态试验。结果 表明：制备的四种具冇不同耐温等级的碳纤维连续抽油杆，可满足国内深 井和超深井石油开采的抽油杆的耐温要求，具有良好的耐温和力学性能。 李仲伟根据文献提出简易公式法的基本原理，建立了直井中碳纤维抽油杆 的简易公式法数学模型，编制出碳纤维钢混合抽油杆设计软件，该软件

6、计 算精度能够满足工程需要。三、碳纤维连续抽油杆特性碳纤维抽油杆与常规抽油杆相比，具备许多优良特性，它具有传统抽 油杆所不具有的特性，大大提高了采油量，增加了经济效益，这就使得碳 纤维抽油杆作业车起下夹持装置有了一定的必要性。为了克服普通钢抽油 杆质量大、耗能高、失效频繁、活塞效应大、起下作业速度慢、易偏蘑的 缺点，20世纪80年代初美国利用独特的航空航天材料和工程技术，开始 研制碳纤维抽油杆。经过10多年的努力，于90年代初研制成功碳纤维抽 油杆、专用的油井作业设备和碳纤维抽油杆一钢抽油杆混合抽油杆柱设 计软件，并进行了矿场试验，试验效果较好。碳纤维抽油杆作业车起下夹持装置是由液压电动机齿轮

7、链轮链和液 压缸等组成的一个冇针对性的装置，碳纤维连续抽油杆作业车采用计算机 控制，作业过程全程自动监控，设计集机、电、液一体化，可用于起下泵、 修井、釆油的各个作业阶段。本设计针对碳纤维杆的特点将缠绕式起下改 进为夹紧摩擦式起下，解决了缠绕盘驱动扭矩过大的问题，同时大大改善 了碳纤维杆在起下过程中的受力状态，其主耍特点是：起下载荷能力大, 起下作业时杆柱受力状况改善，杆柱缠绕盘负载扭矩大幅降低，作业过程 自动化程度高、速度快，设备対井场环境的适应性强，易损件少，便于维 修，兼顾杆的运输和作业两项功能，减少设备投资，持续作业时间长，大 人提高了该装置的工作效率和经济性。碳纤维抽油杆的结构碳纤维复合材料或称碳纤维增强塑料连续抽油 杆（简称：cfrpc抽油杆），呈带状，可缠绕到滚筒上，它的横截面为短形。 增强材料：心部为碳纤维；上下表面覆盖玻璃纤维布，以提高碳纤维抽油 杆的横向强度；左右两侧面和棱角覆盖芳纶纤维布或玻璃纤维布，以提高 抽油杆的耐磨性能。基体为乙烯树脂，采用拉挤工艺生产。四、结语碳纤维抽油杆在胜利油