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。

3.2 碳纤维抽油杆—钢抽油杆组成的混合杆柱的设计

3.2.1 正确选择油井很重要[3]

碳纤维连续抽油杆不宜用于以下几种井况：

①碳纤维杆的耐磨性有待于进一步观察，碳纤维杆的下入深处井斜角不应大于10°，尤其是有拐点的井。泵挂处的井斜角不应超过45°；

②出砂严重（含砂量大于1/1000，以往出现过砂卡现象的井）、结垢严重和结蜡严重的井（含蜡量超过25%，蜡熔点高于35℃）；

③井温过高超出固化温度体系的井，要根据碳纤维杆下入深度可能的最大温度，选择不同耐温等级的碳纤维杆；

④供液严重不足、无对应注水井和动液面过低的井、地面参数不能继续调小的井；

⑤稠油（动力黏度大于2000mPa·s）或高凝油井

碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用

张紫檀1 张宝安2

1.胜利油田石油工程技术研究院 山东 东营 257000

2．胜利油田东辛采油厂 山东 东营 257000

摘要：碳纤维复合材料连续抽油杆（简称碳纤维抽油杆）是一种由碳纤维复合材料为主体、经拉挤工艺加工成型的一种新型的特种抽油杆。碳纤维抽油杆的应用方法为：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。合理利用碳纤维抽油杆，可达到增产、减载、延长检泵周期、降低采油成本的目的。

关键词：碳纤维抽油杆 性能特点 技术特性 混合杆柱 应用方向

Characteristics of carbon fiber composite continuous sucker rod and the discussion of some problems of its application

Zhang Zitan1 ，Zhang Baoan2

Shengli Oilfield Research Institute of Petroleum Engineering Technology，Dongying 257000 Abstract：Carbon fiber composite continuous sucker rod （referred as the carbon fiber sucker rod） is a new kind of special suck rod that mainly consisted of carbon fiber compound material and formed by the process of pultrusion. The method of application of carbon fiber sucker rod is to build a composited string system：the upper component of string should be the carbon fiber sucker rod and the lower part of string should be steel rod or sinker bar. In this case，the movement rule for composited string system is required. Aims can be achieved like increasing productivity，load shedding，extending the interval of pump inspection and reducing the cost of production if appropriate application of carbon fiber sucker rod is available.

Keywords：the carbon fiber sucker rod，performance，technical characteristic，composited string，field experiment

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