[发明专利]耐高温碳纤维增强复合材料连续抽油杆及制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续抽油杆及制备装置和方法，特别涉及一种耐高温碳纤维增强复合材料连续抽油杆及制备装置和方法。

背景技术

由于开发的油藏类型越来越复杂，同时井深的不断增加和井矿环境的不断恶化，腐蚀和偏磨问题成为油田采油工艺亟待解决的问题。因为具备轻质高强耐腐蚀的特点，所以复合材料抽油杆已开始逐步取代传统的金属抽油杆。目前采用的复合材料抽油杆主要包括玻璃钢抽油杆和碳纤维增强复合材料连续抽油杆两大类。玻璃钢抽油杆采用玻璃纤维增强热固性树脂的拉挤工艺一次成型制备，已广泛应用，但随着现代采油的可靠性要求不断提高，玻璃钢抽油杆已不能满足要求，主要存在以下问题，1、抽油杆耐偏磨性不好；2、疲劳强度不够；3、玻璃钢抽油杆均定长，两端各有一个金属接头，根与根之间采用金属抽油杆应用的金属接箍进行连接，由于结构复杂，加工难度大，价格昂贵。每一根玻璃钢抽油杆用两个金属接头，这两个金属接头的成本远高于一根玻璃钢杆体的成本；另外与传统金属抽油杆相比较，除了杆体部分更换了材质，整个抽油杆柱的其他部分并无改变，传统金属抽油杆柱接头多，断脱几率高，活塞效应明显，接箍与油管偏磨严重的问题并未得到解决。中国专利CN1417449公开了一种防磨抽油杆的制备方法，该方法是在已成型的抽油杆本体上二次注塑成型尼龙等材质的防磨块，减少使用的包覆材料，降低连续包覆成本和工艺复杂性，但其注塑防磨块尺寸较小，相对独立的分布于杆体，经常发生防磨块与杆体脱离，出现“糖葫芦”现象。另外，其杆体定长，不能解决传统金属抽油杆接头多，断脱事故率大，活塞效应大等缺陷；而且尺寸较小的杆体上加装防偏磨块是不能解决金属接头和接箍与油管之间的偏磨问题的，而这才是抽油杆、管偏磨需要解决的重点。CN101396874公开了一种防偏磨复合材料抽油杆的制备方法及装置，其制备方法是在已成型的复合材料抽油杆杆体上，利用浸渍过树脂胶液的芳纶、高分子量聚乙烯等耐磨纤维连续缠绕成型螺旋筋状的防偏磨层，以达到防偏磨效果。其螺旋筋状的防偏磨层，由于是以耐磨纤维增强热固性树脂，因此虽然纤维是具有耐磨特性的，但与热固性树脂形成复合材料后，其耐磨性能下降很多，寿命并不能延长多少。除了其具备螺旋筋状的防偏磨层之外，其缺点与普通的玻璃钢抽油杆一样。中国专利CN1461870公开了一种碳纤维增强复合材料连续抽油杆及制备方法，采用碳纤维为增强材料，并由横向排列的芳纶或超高分子量聚乙烯纤维束和纵向的玻璃纤维组成整体包覆复合，主要解决增强抽油杆横向层间剪切强度，从而避免抽油杆在油井中发生纵向劈裂的问题，同时也提高了杆体的耐偏磨性和强度。但是该抽油杆采用拉挤、包覆的一次整体加工方法（包括放丝-浸树脂胶-包覆层包覆-预成型-固化-盘绕工序），包覆层为纤维织物增强热固性树脂，不仅加大了材料成本，而且纤维织物包覆层的耐偏磨性不够理想。另外，由于该碳纤维增强复合材料连续抽油杆截面形状为矩形或椭圆形，且其厚度只有3～5mm，在应用专用设备起下井作业时，夹持部分的材料几乎无法选择，而且只能采用两片式夹持，左右方向无法限位，很容易发生杆体偏出夹持部分的现象。因此其专用下井作业设备夹持部分结构及材料开发难度较大，成为碳纤维增强复合材料连续抽油杆应用中的技术瓶颈，限制了该产品大规模推广应用。发明专利CN200910272324.X公开了一种连续抽油杆，使用单向增强纤维拉挤、包覆热塑性耐磨层的方法，其结构存在径向压缩性能较差，热塑性耐磨层硬度不高，耐磨性能较差等缺陷，无法满足长期使用及作业要求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种耐高温碳纤维增强复合材料连续抽油杆及制备装置和方法，以解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题，解决高温洗井对杆体的影响、解决深井超深井采油问题为主要目的，制备出耐腐蚀和耐偏磨性能好、活塞效应小、作业使用方便的抽油杆。

本发明提到的一种耐高温碳纤维增强复合材料连续抽油杆，由内到外依次是沿杆体轴向的增强纤维碳纤维（A），纤维缠绕增强层芳纶1414纤维（B）；沿杆体轴向的增强纤维高强玻璃纤维（C），纤维编织增强层芳纶1414纤维（D），在所述的增强纤维碳纤维（A）的外侧缠绕一层纤维缠绕增强层芳纶1414纤维（B），再通过增强纤维高强玻璃纤维（C）包覆进行预固化，在外层使用编织机编织一层纤维编织增强层芳纶1414纤维（D）；最后在最外层的纤维编织增强层芳纶1414纤维（D）外注入多官能团环氧树脂，四层结构同时固化成型，其Tg值达到210℃以上，制成的杆体的连续长度为300～5000m。