一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置和方法，其中碳纤维连续抽油杆，包括碳纤维增强层、高模量玻璃纤维层、纤维编织耐磨层，所述高模量玻璃纤维层包覆在碳纤维增强层外部，所述纤维编织耐磨层编织缠绕在高模量玻璃纤维层外部。所述碳纤维增强层采用纵向拉伸模量230GPa以上的连续丙烯腈基碳纤维，高模量玻璃纤维层为纵向拉伸模量90GPa以上的高模量玻璃纤维；缠绕层纤维编织耐磨层为耐磨高模量芳纶1414纤维。本发明专利技术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。

Carbon fiber continuous sucker rod and its preparation device and method

The invention discloses a carbon fiber continuous sucker rod and its preparation device and method, wherein the carbon fiber continuous sucker rod comprises a carbon fiber reinforced layer, a high modulus glass fiber layer and a fiber braided wear-resistant layer, the high modulus glass fiber layer is coated on the outside of the carbon fiber reinforced layer, and the fiber braided wear-resistant layer is braided and wound on the surface of the carbon fiber reinforced layer. High modulus glass fiber layer outside. The carbon fiber reinforced layer adopts continuous acrylonitrile-based carbon fiber with longitudinal tensile modulus of 230GPa or more, high modulus glass fiber layer is high modulus glass fiber with longitudinal tensile modulus of 90 GPa or more, and winding layer fiber braided wear-resistant layer is high modulus aramid fiber 1414. The invention solves the problems of corrosion and eccentric wear in oil field production, solves the influence of high temperature well washing on rod body and solves the oil production problem of deep and ultra-deep wells. The sucker rod with good corrosion resistance and eccentric wear resistance, small piston effect and convenient operation is prepared.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置和方法
本专利技术涉及石油工业抽油杆，具体地说是一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置和方法。
技术介绍
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，玻璃钢抽油杆由于其耐磨性差、疲劳强度低、接头结构复杂容易断脱等原因，已不能满足现场生产要求。由碳纤维增强复合材料制成的连续抽油杆在防磨、耐腐蚀方面性能优越，逐渐成为研究的热点。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，增强了抽油杆横向层间剪切强度，避免抽油杆在油井中发生纵向劈裂。该抽油杆采用拉挤、包覆一次成形加工方法，包覆层为纤维织物增强热固性树脂，材料成本高，纤维织物包覆层耐磨性差；该抽油杆截面形状为矩形或椭圆形，应用专用设备起下井作业时，容易发生杆体偏出夹持部分的现象，限制了该产品大规模推广应用。专利技术专利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。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种碳纤维连续抽油杆及其制备装置和方法，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。为了达成上述目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种碳纤维连续抽油杆，包括碳纤维增强层、高模量玻璃纤维层、纤维编织耐磨层，所述高模量玻璃纤维层包覆在碳纤维增强层外部，所述纤维编织耐磨层编织缠绕在高模量玻璃纤维层外部。所述碳纤维增强层采用纵向拉伸模量230GPa以上的连续丙烯腈基碳纤维，高模量玻璃纤维层为纵向拉伸模量90GPa以上的高模量玻璃纤维；缠绕层纤维编织耐磨层为耐磨高模量芳纶1414纤维。所述连续丙烯腈基碳纤维和高模量玻璃纤维要浸润树脂基体胶液，所述耐磨高模量芳纶1414纤维要浸润含有耐磨填料的多官能团环氧体系。所述碳纤维连续抽油杆截面形状为圆形，直径为12mm～28mm，所述碳纤维增强层占截面积比例为35％～65％。所述碳纤维增强层为闭环不规则波纹结构，波形数量在4～20之间，波峰半径与波谷半径差为0.5mm～1mm。为了达成上述另一目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种碳纤维连续抽油杆的制备装置，包括自先至后依次设置的放丝架、碳纤维胶槽、小模具、编织机、外层胶槽、拉挤模具、后固化加热炉、牵引装置、喷码装置、收卷设备。所述小模具和拉挤模具上均设置有模具冷却装置、模具加热装置。所述放丝架、碳纤维胶槽之间还设置有预热系统。为了达成上述另一目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种碳纤维连续抽油杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)从放丝架引出多束碳纤维，其中用以制成碳纤维增强层的碳纤维、用以制成高模量玻璃纤维层的碳纤维在牵引装置的牵引下经过碳纤维胶槽，浸润树脂基体胶液，树脂基体为多官能团环氧树脂体系；再经过小模具加热预固化，加热的温度为90～160℃；(b)在小模具内，碳纤维增强层之外使用高模量玻璃纤维层高强玻璃纤维进行包覆，从放丝架引出多束碳纤维中的用以制成纤维编织耐磨层的碳纤维经过编织机，用编织机在高模量玻璃纤维层外部编织一层纤维编织耐磨层芳纶纤维，之后进入外层胶槽，浸润含有耐磨填料的多官能团环氧体系，进入拉挤模具；(c)浸润树脂的纤维在拉挤模具固化成型；在拉挤模具周围分布有模具加热装置，分3段加热，固化温度在130～250℃之间，呈梯度升温方式，拉挤速度在0.10m/min～0.35m/min之间，拉挤出复合材料杆体；拉挤出的复合材料杆体进入后固化加热炉进行热应力处理及后固化；(d)后固化完成后的复合材料杆体，通过牵引装置，之后收卷设备将其卷绕在最小直径为1.5m～3.5m的圆盘上；(e)在牵引装置和收卷装置之间有喷码装置，标明复合材料杆体的相关生产信息且在使用中不会模糊、脱落。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的抽油杆，在碳纤维连续抽油杆拉挤工艺基础上增加了编织层，内部的波纹结构，三层结构一次固化成型，增加了碳纤维与玻璃纤维之间的接触面积，提高了层间结合力，避免了同心圆结构导致的杆体扭转时不同增强材料之间的分层，同时增加了径向和轴向抗压强度，降低了弯曲直径；产品最小弯曲直径小于产品截面直径的60倍；长期保存弯曲直径为产品截面直径的120倍；更小的直径便于运输和保存；外层使用芳纶纤维和耐磨填料，提高了杆体的耐磨性能。利用本专利技术提供的制备方法，采用编织、拉挤组合成型工艺，可以大幅提高耐磨耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆杆体生产的连续稳定性，保证了在线一次成型，生产效率高，层间结合强度大。模具冷却装置的使用，可有效增加胶液的流动性，改善浸润效果，提高树脂利用率。本专利技术的装置实现了本专利技术的方法，并且生产效率高，操作简便。附图说明图1为本专利技术一种碳纤维连续抽油杆的横截面示意图；图2为本专利技术的制备装置的结构示意图；图3为碳纤维胶槽的横截面图；图4为外层胶槽的横截面图；图5为小模具的横截面图；图6为拉挤模具的横截面图；图中：碳纤维增强层A、高模量玻璃纤维层B、纤维编织耐磨层C；放丝架1、玻璃纤维1-1、碳纤维1-2、预热系统2、碳纤维胶槽3-1、外层胶槽3-2，小模具4、编织机5、模具冷却装置6、拉挤模具7、模具加热装置8、后固化加热炉10、牵引装置11、喷码装置12、收卷设备13。具体实施方式有关本专利技术的详细说明及
技术实现思路
，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本专利技术加以限制。如图1所示，一种碳纤维连续抽油杆，主要由沿杆体轴向的碳纤维增强层A、高模量玻璃纤维层B、纤维编织耐磨层C三层组成，内层的沿杆体轴向的碳纤维增强层A采用纵向拉伸模量230GPa以上的连续丙烯腈基碳纤维，高模量玻璃纤维层B为纵向拉伸模量90GPa以上的高模量玻璃纤维；缠绕层纤维编织耐磨层C为耐磨高模量芳纶1414纤维，树脂基体为多官能团环氧树脂体系，产品Tg值即熔点在160℃～230℃之间，制成的杆体的连续长度为200m～5000m。上述碳纤维连续抽油杆，所述的杆体的截面形状为圆形，直径为12mm～28mm，碳纤维增强层A占截面积比例为35％～65％；为闭环不规则波纹结构，波形数量在4～20之间，波峰半径与波谷半径差为0.5mm～1mm。本专利技术提到的一种碳纤维连续抽油杆的制备装置，包括放丝架1、预热系统2、碳纤维胶槽3-1、外层胶槽3-2、小模具4、编织机5、模具冷却装置6、拉挤模具7、模具加热装置8、后固化加热炉10、牵引装置11、喷码装置12、收卷设备13，在经过小模具4后已经初步固化的碳纤维增强层A外包覆一层高模量玻璃纤维层B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，包括碳纤维增强层、高模量玻璃纤维层、纤维编织耐磨层，所述高模量玻璃纤维层包覆在碳纤维增强层外部，所述纤维编织耐磨层编织缠绕在高模量玻璃纤维层外部。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，包括碳纤维增强层、高模量玻璃纤维层、纤维编织耐磨层，所述高模量玻璃纤维层包覆在碳纤维增强层外部，所述纤维编织耐磨层编织缠绕在高模量玻璃纤维层外部。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，所述碳纤维增强层采用纵向拉伸模量230GPa以上的连续丙烯腈基碳纤维，高模量玻璃纤维层为纵向拉伸模量90GPa以上的高模量玻璃纤维；缠绕层纤维编织耐磨层为耐磨高模量芳纶1414纤维。3.根据权利要求2所述的一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，所述连续丙烯腈基碳纤维和高模量玻璃纤维要浸润树脂基体胶液，所述耐磨高模量芳纶1414纤维要浸润含有耐磨填料的多官能团环氧体系。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，所述碳纤维连续抽油杆截面形状为圆形，直径为12mm～28mm，所述碳纤维增强层占截面积比例为35%～65%。5.根据权利要求4所述的一种碳纤维连续抽油杆，其特征在于，所述碳纤维增强层为闭环不规则波纹结构，波形数量在4～20之间，波峰半径与波谷半径差为0.5mm～1mm。6.一种碳纤维连续抽油杆的制备装置，其特征在于，包括自先至后依次设置的放丝架、碳纤维胶槽、小模具、编织机、外层胶槽、拉挤模具、后固化加热炉、牵引装置、喷码装置、收卷设备。7.根据权利要求6所述的一种碳纤维连续抽油杆的制备装置，其特征在于，所述小模具和拉挤模具上均设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，杨斌，智勤功，宋清新，姜东，张中慧，郑强，姜亦栋，刘晓玲，李淑芳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37