一种混杂纤维增强热塑性树脂复合材料抽油杆扶正器及其制备方法与流程

本发明属于油田采油技术领域，具体涉及一种混杂纤维增强热塑性树脂复合材料抽油杆扶正器及其制备方法。

背景技术：

目前油田工作仍然采用有杆采油的生产方式，随着新型复合材料材质的轻量化抽油杆在油田的大量使用，无论采油效率和质量均有了较大幅度的提高，但是以新型复合材料为主的抽油杆的使用，仍然不可避免发生抽油杆与油管偏心而发生的摩擦问题，特别是以碳纤维复合材料为特色的扁带式抽油杆的使用，由于基体为高分子材料，其摩擦问题往往比较严重，因此对碳纤维扁带抽油杆的油井偏磨问题的解决成为该抽油杆大量应用的瓶颈，在治理抽油杆偏磨的所有措施中，扶正器因为成本低、工艺简单、操作方便等优点，很快成为防偏磨主要工艺技术。

目前常用的针对碳纤维复合材料扁带式抽油杆的扶正器主要有金属和塑料两种，其中金属抽油杆扶正器的价格较低，耐高温易加工，但是由于本身的金属材质较硬，与有关的摩擦很大，而且摩擦后产生的金属屑容易卡泵，造成二次问题。而塑料高分子材质的抽油杆扶正器既有较高的耐冲击和耐腐蚀特性，但是其磨损特性较差，而且不耐高温，在高温油井中的应用受到限制。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种混杂纤维增强热塑性树脂复合材料抽油杆扶正器，本发明充分利用高性能纤维的综合特性，具有较好的力学强度、韧性、刚性和耐腐蚀性，使用寿命长。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混杂纤维增强热塑性树脂复合材料抽油杆扶正器，包括抽油杆扶正器主体和设置在所述抽油杆扶正器主体外表面的防磨棱以及包覆在所述防磨棱表面的耐磨层；所述抽油杆扶正器主体和防磨棱为混杂纤维增强的热塑性树脂复合材料；所述抽油杆扶正器主体为两半对称式结构，所述抽油杆扶正器主体在表面两侧带有滑槽，单半扶正器的一侧带有卡扣，两半对称结构对合沿着滑槽移动，保证配合一致性，当对合完毕后通过两端的对称卡扣固定成整体；

所述单半扶正器内侧为抽油杆夹持槽，用以对抽油杆进行定位，所述抽油杆夹持槽的表面设有若干凸起横条，所述凸起横条用于增加抽油杆表面与夹持槽表面界面摩擦，在相邻凸起横条之间设置有储胶槽，当扶正器对合安装到抽油杆表面时，在夹持槽表面涂覆粘合剂以保证抽油杆与扶正器的粘接，之后完成对合工序，储胶槽用于储存夹持槽内表面的粘合剂，以防止对合固定时粘合剂挤出。

优选的，所述夹持槽的厚度在3-10mm之间，宽度在10-40mm之间，长度在50-200mm之间。

优选的，所述防磨棱为四个，所述防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，所述防磨棱的宽度为8-20mm，高度为10-25mm；

优选的，所述耐磨层为金属、陶瓷或者耐磨耐高温高硬度的高分子材料制备；

进一步优选的，所述金属为硬质合金钢，所述陶瓷为碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷，所述高分子材料为酚醛树脂；

优选的，所述混杂纤维增强的热塑性树脂复合材料中增强纤维呈短切状，所述增强纤维材料长度根据使用要求灵活调整，进一步优选的，所述增强纤维材料长度为1-2cm；

优选的，所述增强纤维材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的任意一种或几种；

优选的，所述热塑性树脂为PP、PE、尼龙、PPS、PEEK、PEK或PC中的任意一种；

本发明还公开了所述抽油杆扶正器的制备方法，制备步骤如下：

(1)在注塑模具内腔的耐磨棱表面位置嵌入耐磨层材料；

(2)抽油杆扶正器的主体采用注塑成型加工工艺，当注塑成型时，增强纤维与热塑性树脂的共混粒料在高温高压下注入模腔内，将耐磨层与纤维树脂熔融流体形成整体结构，冷却并脱出即得抽油杆扶正器，注塑成型温度及成型压力根据树脂基体材质不同进行调整。

优选的，所述步骤(1)中，耐磨层材质为金属、陶瓷或者耐磨耐高温高硬度的高分子材料制备；进一步优选的，所述金属为硬质合金钢，所述陶瓷为碳化硅陶瓷或氧化铝陶瓷，所述高分子材料为酚醛树脂；

优选的，所述步骤(2)中，增强纤维的含量控制在5-30％；

注塑成型温度为100～400℃，成型压力2-25MPa。

最后，本发明公开了一种抽油杆，所述抽油杆设置有上述抽油杆扶正器。

本发明的一种混杂纤维增强热塑性树脂复合材料抽油杆扶正器具有如下优点：

(1)本发明制备得到的抽油杆扶正器，利用高性能纤维的综合特性，使抽油杆扶正器具有较好的力学强度、韧性、刚性和耐腐蚀性，同时延长其使用寿命；

(2)防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，减少对抽油杆主体的磨损，同时，防磨棱表面设置由特种材质制成的耐磨层，有效提高扶正器的井下耐磨特性，提高使用寿命；

(3)采用夹持槽内的凸起横条以及相邻凸起横条之间的储胶槽设计，有效提高抽油杆抱合力，同时提高胶液连接强度，从而提高扶正器夹持稳定性；

(4)本发明采用短切增强纤维与树脂共混的注塑成型工艺制备成得抽油杆扶正器，制备方法简单易控，可以高效率大批量制备抽油杆扶正器，适于工业化推广应用。

附图说明

图1复合材料扶正器的外侧结构示意图，两半对称结构通过滑槽1对合，通过卡扣2固定，外侧带有嵌入耐磨层7的防磨棱6；

图2是复合材料扶正器内侧结构示意图，2为卡扣式固定装置，内侧是夹持槽3，在夹持槽上带有储胶槽4和凸起条5；

图3是复合材料扶正器侧面示意图

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1

选用T300碳纤维、S型玻璃纤维混杂作为纤维增强材质，纤维长度为1cm，T300碳纤维与S型玻璃纤维的混杂比例为1:3，采用PP树脂为基体，制备复合材料抽油杆扶正器。扶正器整体采用注塑成型加工，注塑成型温度为100℃，成型压力2MPa，纤维增强材质的含量为5％；

扶正器采用两半对称式结构，在扶正器内侧有厚度10mm、宽度40mm、长度200mm的夹持槽，安装时将扶正器的夹持槽表面涂覆粘合剂之后将对称结构对合，通过夹持槽表面的凸起横条增加扁带抽油杆表面与夹持槽表面的接触界面摩擦，在夹持槽相邻的凸起横条之间有储胶槽，当对合扶正器时，粘合剂胶液可储存在储胶槽内防止挤压流出。对合过程中扶正器单半结构沿着滑槽移动，通过一侧的卡扣完成固定形成整体。

对合后的扶正器表面有四条宽度为20mm，高度为20mm的防磨棱，所述防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，防磨棱的最外表面嵌入硬质合金钢的特种材质耐磨层，用于与油井管面接触抵抗长时间的摩擦磨损。

实施例2

选用S型玻璃纤维、玄武岩纤维混杂作为纤维增强材质，纤维长度为2cm，玻璃纤维与玄武岩纤维的混杂比例为4:1，采用尼龙树脂为基体，制备复合材料抽油杆扶正器。扶正器整体采用注塑成型加工，注塑成型温度为400℃，成型压力25MPa，纤维增强材质的含量为20％；

扶正器采用两半对称式结构，在扶正器内侧有厚度3mm、宽度10mm、长度50mm的夹持槽，安装时将扶正器的夹持槽表面涂覆粘合剂之后将对称结构对合，通过夹持槽表面的凸起横条增加扁带抽油杆表面与夹持槽表面的接触界面摩擦，在夹持槽相邻的凸起横条之间有储胶槽，当对合扶正器时，粘合剂胶液可储存在储胶槽内防止挤压流出。对合过程中扶正器单半结构沿着滑槽移动，通过一侧的卡扣完成固定形成整体。

对合后的扶正器表面有四条宽度为8mm，高度为10mm的防磨棱，所述防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，防磨棱的最外表面嵌入碳化硅陶瓷的特种材质耐磨层，用于与油井管面接触抵抗长时间的摩擦磨损。

实施例3

选用玄武岩纤维作为纤维增强材质，纤维长度为1cm，采用热塑性PPS树脂为基体，制备复合材料抽油杆扶正器。扶正器整体采用注塑成型加工，注塑成型温度为300℃，成型压力25MPa，纤维增强材质的含量为12％；

扶正器采用两半对称式结构，在扶正器内侧有厚度5mm、宽度12mm、长度52mm的夹持槽，安装时将扶正器的夹持槽表面涂覆粘合剂之后将对称结构对合，通过夹持槽表面的凸起横条增加扁带抽油杆表面与夹持槽表面的接触界面摩擦，在夹持槽相邻的凸起横条之间有储胶槽，当对合扶正器时，粘合剂胶液可储存在储胶槽内防止挤压流出。对合过程中扶正器单半结构沿着滑槽移动，通过一侧的卡扣完成固定形成整体。

对合后的扶正器表面有四条宽度为10mm，高度为12mm的防磨棱，所述防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，防磨棱的最外表面嵌入氧化铝陶瓷的特种材质耐磨层，用于与油井管面接触抵抗长时间的摩擦磨损。

实施例4

选用T700碳纤维作为纤维增强材质，纤维长度为2cm，采用热塑性PEEK树脂为基体，制备复合材料抽油杆扶正器。扶正器整体采用注塑成型加工，注塑成型温度为230℃，成型压力8MPa，纤维增强材质的含量为10％；

扶正器采用两半对称式结构，在扶正器内侧有厚度8mm、宽度15mm、长度55mm的夹持槽，安装时将扶正器的夹持槽表面涂覆粘合剂之后将对称结构对合，通过夹持槽表面的凸起横条增加扁带抽油杆表面与夹持槽表面的接触界面摩擦，在夹持槽相邻的凸起横条之间有储胶槽，当对合扶正器时，粘合剂胶液可储存在储胶槽内防止挤压流出。对合过程中扶正器单半结构沿着滑槽移动，通过一侧的卡扣完成固定形成整体。

对合后的扶正器表面有四条宽度为13mm，高度为15mm的防磨棱，所述防磨棱在抽油杆扶正器上呈对称排布，防磨棱的最外表面嵌入酚醛树脂制备的特种材质耐磨层，用于与油井管面接触抵抗长时间的摩擦磨损。

上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。