[实用新型]纤维增强复合材料连续抽油杆

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种抽油杆，特别涉及一种纤维增强复合材料连续抽油杆，属于石油工业采油设备技术领域。

背景技术

石油工业生产中，腐蚀问题是油田采油工艺亟待解决的问题。抽油杆是连接抽油机和抽油泵的关键部件，其受力复杂，工作环境恶劣，易因受腐蚀而严重影响自身使用寿命，给油田生产造成极大的成本浪费。由于具备轻质、高强、耐腐蚀的特点，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)轴向拉伸模量低，变形大，导致抽油泵有效行程大幅减少，采油效率降低明显；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，导致加工难度大，同时每一根玻璃钢抽油杆用两个金属接头，成本昂贵；另外与传统金属抽油杆相比，玻璃钢抽油杆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，传统金属抽油杆中存在的柱接头多，断脱几率高，活塞效应明显等问题并未得到解决。

碳纤维增强复合材料连续抽油杆的研究也有很多，如中国专利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，试图增加抽油杆横向层间剪切强度，同时也提高杆体的耐偏磨性和强度。但实际应用中发现，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；包覆层为纤维织物，看似完整包裹杆体一周，但一直存在织物接缝问题，接缝处存在搭接宽度不均匀，挤压内部单向纤维，横向强度低等问题；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，成为应用中的技术瓶颈，限制了该产品大规模推广应用。

另外还有中国发明专利CN201210501186.X公开了一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆及其制备装置和方法，使用单向增强纤维拉挤、包覆热塑性耐磨层的方法，采用的纤维只为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种，未明确杆体截面形状及尺寸，因为只采用单一纵向纤维，其横向强度低，存在径向压缩、弯曲性能差等问题；采用单一玻璃纤维或玄武岩纤维，其轴向拉伸模量低，变形大，类似玻璃钢抽油杆，会导致抽油泵有效行程大幅减少，采油效率降低明显；采用单一碳纤维，其杆体材料成本非常高，增大轴向拉伸模量的同时，弯曲模量也变大，导致弯曲困难，不能满足道路运输要求及作业要求，限制了其推广应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种纤维增强复合材料连续抽油杆，该抽油杆耐腐蚀性能好，使用接头少，成本低，断脱几率小，同时活塞效应小，且模量适中、便于卷绕，运输及作业使用方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用的一种纤维增强复合材料连续抽油杆，该抽油杆采用依次层叠的三层结构，由内到外依次为内碳纤维层、中间玻璃纤维层和外玻璃纤维层，所述内碳纤维层采用沿杆体轴向设置的单向碳纤维，所述中间玻璃纤维层采用沿杆体横向设置的H级玻璃纤维，中间玻璃纤维层双向缠绕或编织在所述内碳纤维层上，所述外玻璃纤维层采用沿杆体轴向设置的单向H级玻璃纤维。

作为改进，该抽油杆采用的树脂基体为环氧树脂体系，通过碳纤维和H级玻璃纤维作为增强材料。

作为改进，所述抽油杆杆体直径为16～32mm，连续长度≤5000m。

作为改进，所述抽油杆杆体截面为圆形。

作为改进，所述中间玻璃纤维层缠绕或编织的两个方向交叉角度为15～85°。