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
（下转第83页）
问题。

2.3 堵漏的工艺技术
在展开堵漏的操作中，第一步，应该研究存在堵漏情况的成因，全面掌握井漏的详细情况与接下来可能出现的问题；第二步，在出现井漏后，需要对穿漏层进行强钻；第三步，及时了解井漏的详细发展情况，如果条件允许，应该持续保持钻探工作，以增加泥浆的黏度来展开处理；若堵漏未能满足预期的期望，那么应该增加相应的 DF~1 材料，若堵漏效果不佳，应该调配堵漏泥浆，在把泥浆注进漏层的同时，应该从实际出发采用憋压的手段进行注入。

3 石油钻井工程中防漏堵漏工艺的应用研究
3.1 宣传使用
随钻可视化导致钻井操作中出现了泄漏问题，该问题是由于工作人员未能详细的了解漏层所处的位置和通道所处的具体状态等而导致的，因此需要相关人员对其展开了一定的分析和探讨，从而达到随钻可视化的目标，该技术可以给工作人员带来系统化的信息，提高防漏堵漏的质量。

但是对于复杂地层，随钻可视化技术尚未被有效的应用，还存在着技术难题，需要加强技术研究，突破技术难关，以提高防漏堵漏的效率与质量。

3.2 强化对漏失机理的分析
对于钻井操作中存在的漏失问题，应该加大对漏失机理的分析力度，着重研究漏失通道大小和压力等条件带来的影响。

强化井漏技术的分析，做好技术革新工作，从而来进一步提高防漏堵漏的效果，促进经济的高效发展。

4 防漏堵漏工艺发展趋势
4.1 推广应用随钻可视化
钻井作业过程中的泄漏问题，主要是因为施工人员无法明确漏层的具体位置与通道的实际情况等，基于此经过行业人员的创新与研究，已经实现了随钻可视化，利用此技术，能够为施工人员提供完整的信息，提高防漏堵漏的效率。

但是对于复杂地层，随钻可视化技术尚未被有效的应用，还存在着技术难题，需要加强技术研究，突破技术难关，以提高防漏堵漏的效率与质量。

对于能够应用可视化技术的工程，可以加强技术推广，为开采人员提供技术保障，减少泄漏问题的发生。

4.2 加强漏失机理研究
针对钻井作业的漏失问题，需要加强漏失机理的研究，向岩石力学发展，重点分析漏失通道大小与压力等因素。

加强井漏技术的研究，做好技术创新，以全面提升防漏堵漏的效果，推动经济稳定发展。

5 结束语
综上所述，石油钻井工程中，防漏堵漏工艺是技术重点和难点，因此需要从多方面综合提高防漏堵漏工艺，保障石油钻井工程的顺利开展。

在我国现阶段的石油钻井发展过程中还存在着较大的阻力，因此相关技术人员应该针对实际情况进行研发与创新，促进我国钻井技术的不断发展。

最重要的是对防漏堵漏工艺进行突破，避免资源浪费，提高原油使用率，从而有效加强我国经济的整体竞争能力，早日跻身发达国家行列。

参考文献
[1]张冬梅，周英操，赵庆. 钻井工程设计与工艺软件的发展现状[J]. 重庆科技学院学报：自然科学版，2012，14（2）：66-68.
[2]吴春友. 对石油钻井工程防漏堵漏工艺的探析[J]. 科技创新与应用，2014（32）：125.
[3]胡文超. 基于石油钻井工程质量探究及其防漏堵漏工艺[J]. 中国石油和化工标准与质量，2016，36（11）：17-18.
（凝固点超过35℃）。

3.2.2 加重杆的配重问题
加重杆可采用D22mm、D25mm、D28mm防偏磨抽油杆，接箍最好为D22防偏磨接箍；也可采用D32mm、D38mm、D42mm等型号的加重杆。

抽油杆下行时，中和点要在加重的钢杆上，尽可能靠下一点，使得下行程时钢杆与碳纤维抽油杆接头所受的最小拉力超过1t。

3.2.3 混合杆柱的运动规律及碳纤维抽油杆的应用方向
目前，碳纤维抽油杆主要采用长冲程、慢冲次的生产方式，以减少冲程损失所占比例，实现深抽提液的目的，相同情况下最大下泵深度比纯钢杆组合大幅度增加。

使得大泵深抽、替代电泵成为可能，同时能够大幅度节电。

4 结束语
碳纤维抽油杆的应用与普通钢杆的应用有一些不同，它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。

通常情况下普通钢杆杆柱能够做到的，由碳纤维杆与钢杆组成的混合杆柱基本上都能做到；在深抽、超深抽方面，普通钢杆杆柱做不到的，由碳纤维杆与钢杆组成的混合杆柱也可能做到。

参考文献 
[1]吴则中，田丰.碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用前景[J].石油机械，2002（30）.
[2]彭勇，王利平.用API推荐作法设计碳纤维抽油杆柱.石油机械，2003，31 （10）：16-18.
[3]高军.碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用[J].内蒙古石油化工，2008，34（24）：26-28.
（上接第79页）。