一种耐疲劳复合材料连续抽油杆及制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种耐疲劳复合材料连续抽油杆及制备装置，耐疲劳复合材料连续抽油杆，其横截面结构由内向外依次为碳纤维增强层、层间结合过渡层、玻璃纤维增强层、玻璃纤维布层。所述层间结合过渡层为碳纤维与玻璃纤维混杂在一起形成的层间结合过渡层。所述碳纤维增强层自身中的碳纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置；所述玻璃纤维增强层自身中的玻璃纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置。本实用新型专利技术以解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题、深井超深井采油问题为主要目的，制备出层间结合强度高、耐疲劳、作业使用方便的抽油杆。

【技术实现步骤摘要】
一种耐疲劳复合材料连续抽油杆及制备装置
本技术涉及油田采油设备领域，具体地说是一种耐疲劳复合材料连续抽油杆及制备装置。
技术介绍
随着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。复合材料抽油杆具备轻质、高强、耐腐蚀等优越性能，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：耐偏磨性不好，疲劳强度不够，而且玻璃钢抽油杆均定长，两端各有一个金属接头，加工难度大，价格昂贵。另外因接头多，断脱几率高，活塞效应明显，接箍与油管偏磨严重的问题并未得到解决。碳纤维增强复合材料连续抽油杆历经数十年研究，由矩形截面纯碳纤维增强带状结构发展至圆截面多层包覆杆体结构。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，主要解决增强抽油杆横向层间剪切强度，从而避免抽油杆在油井中发生纵向劈裂的问题，同时也提高了杆体的耐偏磨性和强度。但是该抽油杆采用拉挤、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。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，成为碳纤维增强复合材料连续抽油杆应用中的技术瓶颈，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，其工艺复杂，无法解决层间结合强度、疲劳问题。以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本技术不相同，针对本技术更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。
技术实现思路
本技术的目的之一是提供一种耐疲劳复合材料连续抽油杆；目的之二是提供一种耐疲劳多层渐变复合材料连续抽油杆的制备装置，以解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题、深井超深井采油问题为主要目的，制备出层间结合强度高、耐疲劳、作业使用方便的抽油杆。本技术的目的之一可通过如下技术措施来实现：该耐疲劳复合材料连续抽油杆，其横截面结构由内向外依次为碳纤维增强层、层间结合过渡层、玻璃纤维增强层、玻璃纤维布层。本技术的目的之一还可通过如下技术措施来实现：所述层间结合过渡层为碳纤维与玻璃纤维混杂在一起形成的层间结合过渡层。所述碳纤维增强层自身中的碳纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置；所述玻璃纤维增强层自身中的玻璃纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置。所述碳纤维增强层、层间结合过渡层中所使用的碳纤维模量在220GPa以上，所述层间结合过渡层、玻璃纤维增强层中所使用的玻璃纤维的模量在90GPa以上，所述玻璃纤维布层中所使用的玻璃纤维布为±35°双轴向布或者+45°/0°/-45°三轴向布，克重为150～600g/m2。所述层间结合过渡层由碳纤维与玻璃纤维混杂后经过预成型分纱板中间孔制成。所述玻璃纤维增强层由玻璃纤维层经过预成型分纱板外层孔制成。所述玻璃纤维布层由外层玻璃纤维布经过展布板，完整包覆后经高压注胶盒浸润树脂，之后经过外层模具加热固化制成。本技术的目的之二可通过如下技术措施来实现：该耐疲劳多层渐变复合材料连续抽油杆的制备装置包括自前至后依次设置的碳纤维胶槽、碳纤维模具、预成型分纱板、展布板、高压注胶盒、自动混料注胶机、外层固化模具，其特征在于，所述碳纤维胶槽、碳纤维模具、预成型分纱板、展布板、高压注胶盒、自动混料注胶机、外层固化模具，上述部件的中心孔在一条直线上，所述展布板上部为弧形结构，下部开设圆孔。本技术与现有技术相比具有以下有益技术效果：本技术提供了一种连续抽油杆，并针对该抽油杆结构设计出一套完整的工艺设备和工艺流程。通过本技术可生产出一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，通过在碳纤维层与玻璃纤维层之间增加过渡层，减小了界面应力差，提高了层间结合强度，降低了弯曲直径，具有质轻、高强、耐疲劳、抗弯能力强等诸多优点；同时高模量玻璃纤维赋予抽油杆优异的抗拉性能连续杆仅两端有两个接头，极大的减少了接头数量，降低了断脱几率和活塞效应。连续抽油杆Tg值120～240℃，制成的杆体的连续长度为300～5000m，杆体直径为12～28mm，最高长期使用温度为80～160℃，拉伸疲劳寿命1000万次以上。本技术所述的设备工艺操作简单，生产效率高，实现了复合材料连续抽油杆的连续自动化生产。本技术应用于深井、超深井、腐蚀井举升，可在深抽提液、降载节能、防腐延寿等方面取得显著效果。附图说明图1是本技术实施例截面结构示意图；图2为层间结合过渡层的细节图；图3是本技术的制备装置的结构示意图；图4是展布板的主视图；图5为图4的俯视图；图6为图4的A向视图。图中：A为沿杆体轴向的碳纤维增强层，B为碳纤维与玻璃纤维混杂增强形成的层间结合过渡层，B-1为玻璃纤维，B-2为碳纤维，C为沿杆体轴向的玻璃纤维增强层，D为玻璃纤维布；碳纤维胶槽1，碳纤维模具2，碳纤维与玻璃纤维混杂3，玻璃纤维4，预成型分纱板5，展布板6，高压注胶盒7，自动混料注胶机8，外层固化模具9。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1至图6，本技术提供一种技术方案：一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其横截面结构由内向外依次为碳纤维增强层A、层间结合过渡层B、玻璃纤维增强层C、玻璃纤维布层D。所述层间结合过渡层为碳纤维与玻璃纤维混杂在一起形成的层间结合过渡层。所述碳纤维增强层自身中的碳纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置；所述玻璃纤维增强层自身中的玻璃纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置。所述碳纤维增强层、层间结合过渡层中所使用的碳纤维模量在220GPa以上，所述层间结合过渡层、玻璃纤维增强层中所使用的玻璃纤维的模量在90GPa以上，所述玻璃纤维布层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其特征在于，其横截面结构由内向外依次为碳纤维增强层、层间结合过渡层、玻璃纤维增强层、玻璃纤维布层。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其特征在于，其横截面结构由内向外依次为碳纤维增强层、层间结合过渡层、玻璃纤维增强层、玻璃纤维布层。


2.根据权利要求1所述的一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其特征在于，所述层间结合过渡层为碳纤维与玻璃纤维混杂在一起形成的层间结合过渡层。


3.根据权利要求1或2所述的一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其特征在于，所述碳纤维增强层自身中的碳纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置；所述玻璃纤维增强层自身中的玻璃纤维按照连续抽油杆杆体轴向排列布置。


4.根据权利要求3所述的一种耐疲劳复合材料连续抽油杆，其特征在于，所述碳纤维增强层、层间结合过渡层中所使用的碳纤维模量在220GPa以上，所述层间结合过渡层、玻璃纤维增强层中所使用的玻璃纤维的模量在90GPa以上，所述玻璃纤维布层中所使用的玻璃纤维布为±35°双轴向布或者+45°/0°/-45°三轴向布，克重为150～600g...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中慧，刘晓玲，郑强，张方圆，王慧莉，黄润晶，闫文文，刘先勇，
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：新型
国别省市：山东;37