6碳纤维连续抽油杆作业车
碳纤维连续抽油杆生产工艺技术
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。
碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用
纯梁 采 油 厂所 辖 油 田油 藏类 型 多 、 质构 造 复 地
杂 ， 中的纯 化 、 其 大芦 湖 、 营油 田属于 低渗 、 小 特低 渗 透 油 田， 层埋 藏 深 度 在 ２ ｏ 一 ３ ｏ 油 ３ ｏ ３ ０米 之 间 ， 层 油 薄、 性差， 物 经过 十 多 年 的开 采 ， 目前 已进 入开 发 中 后 期 ， 层 压力 逐 年 下 降 ， 井平 均 动 液 面 在 １ ０ 地 油 ３Ｏ 米 以下 ， 而注 水 效 果差 或 无 注水 井 的 油井 动液 面 更
杆 ， 主要 增 强 相是 碳 纤 维 ， 其 树脂 是 基 体 ， 经过 拉 挤
成型 ， 具有强度高 、 重量轻、 抗疲劳性能好、 耐腐蚀等
图 １ 缠 绕 在 滚 筒 上 的 Ｃ ＲＰ Ｆ ｃ抽 油 杆
１ 一转 轴 ｝ 一支 承环 ； 一滚 筒 ； 一Ｃ Ｒ Ｃ抽 油杆 ２ ３ ４ Ｆ Ｐ
槽 中 ， ３个螺 钉 固定 。 用
碳纤 维复 合材 料或 称碳纤 维增 强塑 料连续 抽油
杆（ 简称 ： Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ Ｃ抽 油杆 ） 呈 带状 ， ， 可缠 绕到滚 筒上 （ 图 １ ， 的横截 面为 矩形 （ 图 ２ 。 强材 料 ： 见 ）它 见 ）增 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 ； 右 两 侧面 和 棱 角覆 盖 芳纶 左 纤维 布或 玻璃 纤维 布 ， 以提高 抽 油杆 的耐磨性 能 。 基
经济评价纯梁采油厂所辖油田油藏类型多地质构造复杂其中的纯化大芦湖小营油田属于低渗特低渗透油田油层埋藏深度在2300一3300米之间油层薄物性差经过十多年的开采目前已进入开发中后期地层压力逐年下降油井平均动液面在1300米以下而注水效果差或无注水井的油井动液面更低达到2000米以下传统的有杆泵采油工艺普遍存在着泵挂浅沉没度低泵效低能耗大的问题已不能满足低渗油田的开发需要
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
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。
碳纤维连续抽油杆温度的研究
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 磨 的缺点 ，２ Ｏ世纪 ８ ０ 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 ｌ ０多 年 的努 力 ，于 ９ ０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
于解决斜 井、深 井、腐蚀 井及低渗透井等有着十分重要的现 实意义 ，具有广泛的发展 前途 。
关 键 词 ：碳 纤 维
一
抽 油杆
特性
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 已有四 家投 入生 产 碳纤 维杆 ，但 是 没有 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 问题之 一 ，因 为它 关系 到 缠绕 盘 的扭矩 和碳 纤 维杆 在起 下 过程
较好 。
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 矩过 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 。
浅谈碳纤维杆作业车起下夹持装置的设计
夹持装置是本设计的独到之处 ． 是起 杆缠 绕器的核心部分 在起 杆缠绕器单元 由液压马达驱 动 ． 带动两挂链 轮的同步反 向转 动 ： 由张 紧油缸 张紧链 轮 ， 使夹持装 置来控制链条 的张紧与放松 ： 紧油缸提 夹 供夹紧力 ， 使夹 紧卡块牢 固的夹紧碳纤维杆 ． 而达到控制碳 纤维杆 从 的起 升 与 下 放 的 安 全 夹持装置安装 在链条链节处 ． 其上嵌有非金 属的夹持块 ． 夹持碳 纤维杆 将其从 油井 中起 出 （ 下人 ） 并控制碳 纤维杆 的起出 （ ， 下人 ） 速 度， 它主要 由小齿轮、 大齿轮、 张紧油缸 、 紧链轮 、 张 非金 属卡块 、 条 、 链 主动链轮 、 夹紧油缸、 夹紧滑轨、 碳纤维连续抽 油杆等组 成 基 本原理 为： 由一 台液压 马达驱 动 ， 带动链 条 ； 链条 的外侧嵌 装碳纤维杆卡块 ． 夹紧油缸夹持 滑轨夹住链条 内侧 ．使碳纤维杆 夹紧卡块夹紧碳纤 维 杆， 将碳纤 维杆从井 里起 出（ 下入 ） 。夹持卡块结构简图见图 ３ 。
夹持卡块 中部
卡块滑轨
图 ４ 夹持卡块各部分简图（ 下转第 ２ ７页 ） ９
１ｌ
姜 ｒ ，
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ｃ 一
Ｌ
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图 ３夹持卡块简图 ３２夹持装置的结构设计 ． 整个夹持装置的核心是滚子链 ， 夹紧卡块 和滑轨。其中夹持卡块 分为三部分 ， 分别为夹持卡块的上部、 中部 和下部 。 面就其之 间的配 下 合与结构和作用详细的进行描述 在夹持装 置的具体结构 中 ， 滑轨是安装在 夹紧油缸上 ． 由夹紧油 缸提供夹紧力推动链条 ， 使安装 在链条上 的夹 持卡块 装置靠 近碳纤维 杆， 并夹持住 。夹持卡块的下部 与中部被一个连 接螺 钉定位 在环状链 的中间链节上 ， 夹持卡块 的上 部安装在夹持块 的中部上面 ． 夹持 块 在 的上部安装有非金属的卡块 。在夹持卡块 的两端装轴承处 ． 紧钉螺 用 母进行轴承的固定。夹持卡块 的详细结构见 图 ４
胜利高原连续抽油杆简介
时间 深抽前 深抽后 泵径 38 38 冲程 4.2米 6米 冲次 1.5次 2次 日均产液 1.2方 10方 日均产油 0.08吨 0吨 含水 95% 100%
该井怀疑有层位出水，与2011年2月18日至3月1日进行卡 堵水作业，作业后该井的液面在300米左右，怀疑卡水封隔器 失效。 两口井进行深抽后产液明显上升，在NP118-X12井进行 卡水作业的过程中，杆管都没有发现明显的偏磨迹象。解 决了大斜度井的偏磨问题。
0.67
2.64
2.19
1.52
240.16
158
5
荣72-1
深抽
2100 Φ44 1900 Φ44 2100 Φ38 1970 Φ38
2011. 02.15 2010. 12.28 2011. 02.09 2011. 03.01
12型
4.8 2.9次/分 3 3次/分 4.8 2.9次/分 4.8 2.9次/分
连续抽油杆生产设备简介
专用闪光焊接机
连续抽油杆的特点及技术参数
一、连续抽油杆的特点 1、降低抽油杆失效频率
杆柱只有上下两个接头，避免接头松动、接箍
腐蚀及偏磨问题，杆柱的可靠性得到了提高。 2、提高泵效
连续抽油杆消除了接箍的活塞效应，杆柱上升、
下行阻力小，适当减少了柱塞的冲程损失。
连续抽油杆的特点及技术参数
屈服强度Mpa
≥690 ≥790 ≥690
最小伸长率δ 4%
≥18 ≥15 ≥18
D H KD
连续抽油杆的特点及技术参数
连续抽油杆的规格参数
连续杆代码 名义尺寸mm 重量Kg/m LGR8 LGR7 LGR6 LGR5 LGR4 LGR3 30.0 28.0 25.4 23.8 22.2 20.6 5.55 4.83 3.98 3.50 3.05 2.63 最小截面 积mm2 706 615 507 445 388 334 最大直径 最小直径 ±0.5mm ±0.5mm 30.0 28.0 25.4 23.8 22.2 20.6 30.0 28.0 25.4 23.8 22.2 20.6 备注 圆型 圆型 圆型 圆型 圆型 圆型
10型传动链长冲程抽油机设计
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。
碳纤维连续抽油杆的应用及节能效果分析
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
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。
连续抽油杆作业车[实用新型专利]
![连续抽油杆作业车[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9e7e82efe87101f69f319526.png)
专利名称：连续抽油杆作业车专利类型：实用新型专利
发明人：周继华,司剑
申请号：CN02212304.0
申请日：20020121
公开号：CN2530842Y
公开日：
20030115
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种连续抽油杆作业车，包括连续抽油杆作业车、连续杆运输车，其连续杆作业车由装置其上的平台(1－1)、起重绞车(1－2)、井架(1－3)、提升机构(1－4)、送料机构(1－5)、液压系统(1－6)、液压泵(1－7)、齿轮箱(1－8)、液压油箱(1－9)、散热器(1－10)、控制阀(1－11)和吊钩绳索(1－12)组成。
连续杆运输车由拖车底盘(2－1)及其安装其上的液压装置(2－2)和盘料架(2－3)构成；连续杆作业车和盘料架之间有导向滑道(3)。
本实用新型结构合理、造型美观，使用快捷、方便、安全，可广泛地适用于任何的连续抽油杆的作业工艺中。
申请人：胜利石油管理局工程机械总厂
地址：257082 山东省东营市东营区南一路197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：牛金臣
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《纤维增强复合材料连续抽油杆》
自体及对油管的磨损
•抗疲劳性能好，经100Hz、26～80kN交变 载荷、 107 次的疲劳实验后，剩余强度仍有 90% （同样条件下，钢杆的剩余强度仅为 30%～40%），高耐磨性和抗疲劳性和抗腐 蚀性，可延长杆体使用寿命，适宜在腐蚀性 环境中长期使用
BST®纤维增强复合材料连续抽油杆技术特点
•纤维增强复合材料抽油杆与金属杆 件连接时，只需要始末端的两个金属
BST®
纤维增强复合材料 连续抽油杆技术
●盘锦联合大通石油科技有限公司●
•
随着我国油田开采中的深井、超深井、腐蚀井和
偏磨井逐渐增加，井矿环境恶劣，开采难度加大，抽油
机超载井日益增多，因此迫切需要一种强度高、质量轻、
防腐蚀、抗疲劳、抗偏磨、节电能、作业及操作便捷的 新型抽油杆。在对多种原材料性能考察对比后，优选碳 纤维材料进行新型抽油杆技术研发
〉460
〉414 560±10 3000
〉650
〉585 700±10 3000
抽油杆及配套设备具体结构、技术指标
纤维增强复合材料连续抽油杆与其他形式抽油杆性能的对比
抽油杆及配套设备具体结构、技术指标
专用金属接头： 一种是滑块自锁连接。碳纤维抽油杆准确 定位镶嵌在可动自锁块内，自锁块外壁与 自锁套筒内壁成一定斜度配合，在杆受到 外界拉力条件时，自锁块自动下滑产生横 向力将杆体紧紧抱合，保证接头的可靠连 接 另一种是粘接连接。金属接头与碳纤维抽 油杆粘接在一起 经100Hz、26～80kN交变载荷、107次 杆与接头的疲劳试验，碳纤维抽油杆与接 头没有出现任何失效现象
作业设备的操作，程序简单、安全可靠、方便灵活，有
利于现场安全管理
佰丝特杆在油田开发中的应用
佰丝特杆配以高强度专用金属接头和相关专用油井作
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
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油田采油技术装备，相较于传统的金属材料抽油杆具
有更高的强度和耐腐蚀性，能够在复杂的油田环境中发挥更好的性能。
本文将对碳纤维连
续抽油杆的研究和应用进行分析，探讨其在油田开发中的潜在应用前景。
一、碳纤维连续抽油杆的研究现状
碳纤维连续抽油杆由碳纤维和树脂复合材料制成，具有高强度、轻质、抗腐蚀等特点，因此在油田开采中备受关注。
目前，国内外已经对碳纤维连续抽油杆进行了大量的研究和
开发工作。
在材料方面，已经实现了碳纤维和树脂复合材料的不断改进，使得碳纤维连续
抽油杆的性能得到了进一步提升。
针对碳纤维连续抽油杆在井下使用过程中的磨损、疲劳
等问题，也进行了大量的研究和测试，并逐渐形成了一套相对成熟的技术解决方案。
1. 高强度：碳纤维连续抽油杆的抗拉强度比传统的金属材料更高，能够承受更大的
拉力和扭矩，降低了井下作业中的损坏率。
2. 轻质：碳纤维连续抽油杆相比金属抽油杆更轻，减少了井下运输和安装的工艺难度，提高了作业效率。
3. 耐腐蚀：碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，能够适应复杂的井下环境，延长了
抽油杆的使用寿命。
碳纤维连续抽油杆的优势使得其在油田开采中具有广阔的应用前景。
碳纤维连续抽油
杆可以应用于水平井、高产井等对抽油杆材料强度和耐腐蚀性要求较高的井段。
碳纤维连
续抽油杆可以应用于老旧油田的二次开发，降低了井下维护成本，提高了油井的长期产能
和经济效益。
碳纤维连续抽油杆还可以应用于一些特殊环境下，如高含硫油气田、高含硫
化氢井等，缓解了传统金属抽油杆容易被腐蚀的问题。
碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用
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。
碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析
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油田开采技术，它利用碳纤维材料的高强度、耐腐蚀、轻质等特性，替代传统的金属抽油杆，可以提高油井的开采效率、降低生产成本，并且具有良好的环境友好性。
随着碳纤维材料的研究和应用技术的不断进步，碳纤维连续抽油杆已经在油田开采领域得到了广泛的应用。
本文将对碳纤维连续抽油杆的研究和应用进行分析，并探讨其在油田开采中的发展前景。
一、碳纤维连续抽油杆的研究现状1.碳纤维材料的特性碳纤维材料是一种高强度、高模量、耐腐蚀、轻质、耐磨损的新型材料，具有优异的机械性能和化学稳定性。
相对于传统的金属材料，碳纤维材料具有更好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的工作环境下长期保持稳定的性能。
碳纤维材料的密度轻、拉伸强度高，具有良好的疲劳寿命和耐磨损性能，适合长期运行在高应力、高载荷的工作条件下。
2.碳纤维连续抽油杆的制造技术制造碳纤维连续抽油杆主要采用环氧树脂或其他树脂基体材料和碳纤维织物相结合的工艺，通过复合材料的缠绕、编织、拉伸等工艺制造而成。
碳纤维连续抽油杆具有优异的柔韧性，可以根据油井的不同井径和井深进行定制制造，适应不同工况下的开采需求。
在国内外许多油田开发单位和科研机构都对碳纤维连续抽油杆进行了深入的研究和应用。
通过对抽油杆的结构设计、材料选型、工艺工程等方面的研究，取得了一系列具有自主知识产权的成果。
目前，国内外许多油田已经开始采用碳纤维连续抽油杆进行试验，并取得了良好的效果。
1.提高油井的开采效率传统的金属抽油杆在长期的高应力、高载荷工作条件下容易发生疲劳破坏和腐蚀损坏，需要频繁更换和维护，影响油井的正常开采。
而碳纤维连续抽油杆具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，可以有效减少工作中断时间，提高油井的开采效率。
2.降低生产成本由于碳纤维连续抽油杆的耐腐蚀性能好，可以减少对防腐涂层和防腐措施的需求，降低维护成本。
碳纤维连续抽油杆的使用寿命长，减少了更换和维护的频率，进一步降低了生产成本。
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目录1 绪论 (1)1.1碳纤维杆的发展情况 (1)1.1.1 碳纤维杆的国外发展 (1)1.1.2 碳纤维杆的国内发展 (1)1.1.3 碳纤维杆的结构特点 (2)1.2碳纤维连续抽油杆作业车的发展及特点 (4)1.2.1 碳纤维连续抽油杆作业车的发展情况 (4)1.2.2 碳纤维杆作业车的结构特点 (5)2 碳纤维杆作业车夹持装置方案对比分析 (9)2.1齿轮组方案对比 (9)2.2动力方案对比 (10)3 碳纤维杆作业车夹持装置设计分析 (10)3.1夹持装置的工作原理 (11)3.2链传动设计 (12)3.2.1 夹持块整体结构受力分析 (12)3.2.2链条设计 (12)3.2.3 链轮设计 (14)3.2.4 链传动的张紧与润滑 (16)3.3齿轮组设计 (16)3.3.1选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数 (16)3.3.2 齿轮扭矩 (17)3.3.3 弯曲疲劳许用应力 (17)3.3.4 试算小齿轮分度圆直径 (18)3.3.5计算齿比高 (18)3.3.6 载荷系数 (18)3.3.7 齿形系数 (18)3.3.8 比较选择系数 (19)3.3.9 尺寸计算 (19)3.3.10 齿轮零件图 (19)3.4链轮轴设计 (20)3.4.1 基本参数 (20)3.4.2 链轮上的力 (20)3.4.3 初步确定轴直径 (20)3.4.4 轴结构设计 (20)3.4.5 力分析简图 (23)3.4.6 求轴上载荷 (23)3.4.7 按弯扭合成应力校核轴的强度 (26)3.5液压马达选择 (26)3.5.1 功率计算 (26)3.5.2转速 (26)3.5.3扭矩 (27)3.5.4选择 (27)3.5.5连接 (27)3.6液压缸选择 (27)3.6.1夹紧缸的选择 (27)3.6.2 张紧缸 (29)3.6.3 缸体材料及固定 (29)3.7夹持块支架设计 (30)3.8张紧链轮支架设计 (32)3.9整体架设计 (32)3.10横向位移、纵向位移德设计 (32)3.11传送链移动边位移设计 (33)4 碳纤维杆作业车下放作业的平衡分析和设计 (34)5 碳纤维杆作业车起下夹持装置经济性评价 (37)6 结论 (39)参考文献 (40)致谢 ............................................................................................. 错误！未定义书签。
1 绪论抽油杆是有杆泵抽油系统的重要部件之一。
我国三抽(抽油机、抽油杆和抽油泵)井的井数占生产油井总数的80%，其原油产量占全国原油总产量的70%。
抽油杆在工作过程中，承受不对称循环载荷和腐蚀介质的作用，其主要失效形式是疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。
目前国内外使用的抽油杆主要是钢质普通抽油杆，它具有较高的抗疲劳强度、运输操作方便、价廉等优点，但是它存在密度大，耗能高，目前只能用于泵挂深度小于3000m的油井泵径(38mm)，不能用于超深井泵挂深度3000～4500m，每根抽油杆的最大长度为9.14m，组成抽油杆柱时，用接箍将抽油杆连接起来，抽油杆接头的失效率占抽油杆总失效率的50%以上，而且由于接箍的外径较大，减少了接箍外径与油管内径之间的空间，增加了井液向地面流动的阻力，抗腐蚀性能较差等缺点。
因此，普通钢质抽油杆不能满足深井、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[1]。
碳纤维连续抽油杆采用一种新型材料，在我国采油系统的应用获得了初步的成功，尤其在这一技术中的产品性能、节能效果，与国外的专用作业车比较有一定的优势，显示出了其大面积推广的巨大经济价值。
1.1 碳纤维杆的发展情况1.1.1 碳纤维杆的国外发展20世纪90年代初，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、易偏磨的缺点[2]，美国利用其航空航天和材料技术的优势，成功研制碳纤维杆、专用的油井作业设备和碳纤维杆–钢抽油杆的混合抽油杆柱设计软件。
1991年至1995年美国在33口抽油井中使用碳纤维杆，平均泵挂深度为1444m，碳纤维杆的长度占整个抽油杆柱长度的平均比例为61.8%，井底的平均温度42.7℃，平均日产液91.7t。
其中有1口井正常运行了4a，另1口含H2S的井正常运行了3a。
这33口井在4年半的矿场试验中共作业45井次，最主要的失效形式是钢接头疲劳断裂和碳纤维杆端部连接部位失效，其次是由于碳纤维杆受压应力引起失效[3]。
1.1.2 碳纤维杆的国内发展我国在20世纪90年代开始研制，引进碳纤维连续抽油杆。
1998年前后国内开始研制该产品。
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，采用拉挤成型工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易出现的问题。
他们提出的工艺可连续成型，自动化程度高，且成型制品力学性能优异，是生产连续抽油杆的一种较好的工艺方法。
2000年开始，顾雪林和杨小平等进行了碳纤维杆的制造和作业工艺及装备的研究，已制备出耐温等级分别为90、120和150℃的碳纤维杆，其中耐温等级为90℃的杆已正常生产并投入现场使用。
在乙烯基酯树脂碳纤维拉挤复合材料方面申请了具有自主知识产权的专利，在碳纤维杆与金属接头的连接方面取得了突破性进展，在产品实验室疲劳实验和所有下井的工况试验中获得100%的成功。
2001年吴则中等人详细介绍了美国碳纤维杆碳纤维的研究、生产、油田应用等情况，指出：碳纤维抽油杆适用于高含水油井、深井、超深井和腐蚀井的原油开采，目前我国有抽油井约8万口，原油平均含水80%以上，泵挂深度2000m以深的井数占总井数的15%以上，腐蚀井的井数也占总井数15%以上，因此，碳纤维抽油杆在我国有广阔的应用前景。
2003年李颖等人介绍了碳纤维杆在胜利油田胜利采油厂的试验情况，使用表明碳纤维杆能带来明显的节能效果，同时油井产量还有明显增加的现象，碳纤维杆有很好的应用前景。
顾雪林、李颖等人共进行了19井次16口油井的矿场试验，解决了接头可靠性和下井作业的可靠性等应用难题，实际节能超过35%，一般可接近50%；悬点最大载荷可减少25%左右，载荷幅度减小，可降低抽油机型号1～2个等级，直接节约固定资产投入约10万元/口油井；最大泵径61.86mm；部分油井使用碳纤维抽油杆提高的油井产量达到原金属抽油杆的110%，平均提高泵效24%；还可解决大泵深抽的采油技术难题。
最大下泵深度为2800m，其中碳纤维抽油杆为1850m，最长的油井使用时间已超过1a。
碳纤维杆在胜利、大港、中原等油田的使用总数已接近50口油井。
碳纤维杆采油系统在我国油田的应用获得了初步的成功，尤其是产品性能和节能效果，均超过了国外的技术水平，显示出其大面积推广的巨大经济价值。
但是，该采油系统的相关配套技术研究尚未深入开展，应用中尚未充分发挥出该产品的潜力。
1.1.3 碳纤维杆的结构特点碳纤维连续抽油杆呈带状，可缠绕到滚筒上（见图1–1），它的横截面为矩形（见图1–2）。
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。
1–转轴；2–支撑环；3–滚筒；4–碳纤维杆图1–1 缠绕在滚筒上的碳纤维抽油杆1–碳纤维；2–玻璃纤维布；3–芳纶纤维布或玻璃纤维布图1–2碳纤维杆截面碳纤维杆两端部的连接结构见图1–3，其两表面上各贴一条用碳纤维复合材料做的加强带，并打3个螺钉孔。
钢接头的一端符合API抽油杆规范，以便和钢抽油杆、抽油光杆相连接；另一端开一个槽，有3个内螺纹孔。
将碳纤维抽油杆的端部插入钢接头的槽中，用3个螺钉固定。
1–碳纤维抽油杆；2–加强带；3–螺钉；4–钢接头图1–3碳纤维杆端部连接结构安装抽油杆柱时，先用普通油井作业设备将一定长度的钢抽油杆或加重杆下入井内，接着将碳纤维抽油杆下端的钢接头与钢抽油杆或加重杆相连接，再用碳纤维抽油杆的油井作业设备，以30.5m/min的速度将碳纤维抽油杆下入井内，最后将普通光杆与碳纤维抽油杆的上端钢接头相连。
其结构与玻璃钢抽油杆–钢抽油杆的混合抽油杆柱相似，其区别仅在于混合抽油杆柱相当于由两种密度和弹性系数不同的弹簧组成，区别仅是这两个系统的总刚度和总密度不同。
钢抽油杆和加重杆的作用是使碳纤维抽油杆在工作过程中始终处于受拉应力状态，并调整混合抽油杆柱的自振频率，使其接近抽油机的冲数而使混合抽油杆柱发生共振，达到增加泵冲程的目的。
与常规抽油杆相比，碳纤维杆具有良好的综合性能，优点有以下几点：1）密度小，可以降低光杆载荷和减速器的扭矩，节电。
碳纤维抽油杆的密度为1.59g/cm3，约为钢抽油杆的五分之一。
碳纤维抽油杆–钢抽油杆的混合抽油杆柱的质量比钢抽油杆柱轻50%以上，因此，可以大大降低光杆载荷和减速器的扭矩，达到节电的目的。
可使抽油机的型号降低1～2个规格，减少设备投资。
2）弹性好，优化设计混合抽油杆柱，可以增加原油产量。
碳纤维抽油杆的弹性模量E=1.165×105MPa，利用混合抽油杆柱设计软件，优化设计抽油系统，可实现超冲程，增加原油产量。
3）耐腐蚀，延长了检泵周期。
4）降低了抽油杆的失效频率和活塞效应。
碳纤维抽油杆的中间没有接箍，减少了接箍引起的失效和活塞效应。
5）碳纤维抽油杆与油管的摩擦力较小，降低了油管的磨损和光杆载荷。
6）抽油杆起下作业速度快，减轻作业工人的劳动强度。
混合抽油杆柱的起下作业速度约比钢抽油杆柱快60%。
7）扩大了有杆泵抽油系统的应用范围。
采用美国普通的640型抽油机和抽油泵，泵挂深度为1493m，利用碳纤维抽油杆，通过优化设计，日产液量可达191t，因此可部份代替电潜泵，用于大泵强采。
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。
总之，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着十分重要的现实意义，具有广泛的发展前途。
但是，碳纤维杆也存在了许多缺点：1）碳纤维抽油杆的两端部与钢接头连接部位的疲劳强度较低，是薄弱环节。
2）目前最高工作温度仅为60℃。
3）不能承受压应力，耐磨性能较差。
4）价格较贵。
1.2 碳纤维连续抽油杆作业车的发展及特点1.2.1 碳纤维连续抽油杆作业车的发展情况碳纤维杆作为一种优良的材料，可以用于连续抽油作业，也可以用于起下作业，其在油田中的应用与相应的设备配套可获得不同的用途。