专利名称：柔性连续扁带式碳纤维抽油杆及其接头的制作方法
技术领域：
本发明属采油技术设备领域，特别适用于有杆泵机械深井采油。
国内外应用最广泛的机械采油技术是有杆泵抽油技术，抽油杆是其关键部件之一。抽油杆在抽油过程中不但要承受交变载荷、振动载荷、冲击载荷等多种外力，而且受到油中的酸、碱等多种腐蚀性介质的强烈腐蚀和沙砾等磨砺性介质的磨损。所以要求抽油杆具有很高的拉伸强度、疲劳强度、耐温耐磨、耐腐蚀等性能。目前国内抽油杆按所用材料不同分为两种钢制抽油杆和玻璃钢抽油杆。这两种杆均呈刚性，长度有限，要用多个接头和接箍连接才能实现井下抽油，在使用过程中存在摩擦阻力大、磨损严重、易发生脱扣等问题。
国外的柔性连续抽油杆主要有钢丝绳抽油杆、截面为椭圆形的钢带抽油杆及复合带抽油杆。前两种杆虽然克服了刚性抽油杆的一些缺陷，但需配备装有切割、热处理、焊接和起下装置的修井机、焊机车，还需配备贮存连续杆的大尺寸拖车，运输、使用十分不便。复合带抽油杆采用高级石墨、玻璃纤维、芳纶纤维和乙烯基树脂等材料制成，虽然运输、安装比较方便，但成本较高且不耐高温。
目前抽油杆的接头有螺纹连接、胶结、焊接几种。螺纹连接使抽油杆受到剪切应力的作用，进而易在接头处断裂；胶结不耐高温；焊接工艺复杂，且焊接质量不易保证。胶结和焊接接头不能拆卸。
本发明的目的在于研制适用于深井采油的柔性连续抽油杆及其接头，解决长期以来有杆泵机械采油效率低、采油成本高的难题。
本发明的碳纤维抽油杆由碳纤维增强树脂基复合材料组成，其中碳纤维和玻璃纤维为增强材料，环氧树脂胶液为基体材料，环氧树脂胶液含有环氧树脂、丙酮、邻苯二甲酸二丁酯、甲基四氢苯二甲酸酐、己二醇胺、硬脂酸锌。原料配比(按重量％)为碳纤维60～65％玻璃纤维 0.5～1.0％
环氧树脂胶液35～40％抽油杆的生产工艺采用传统的拉挤法成型工艺，将100束12K碳纤维经环氧树脂胶液浸渍后复合玻璃布进入拉挤机的预热区和成型固化区迅速凝胶固化，然后经牵引盘绕到圆盘上，即完成制作过程。
碳纤维抽油杆主接头为柔性杆与刚性杆标准件的可拆连接方式，便于安装与更换，连接安全可靠，可用于柔性杆与刚性杆标准件接头连接。
附
图1给出了主接头的主视结构示意图。本接头为柔性杆与刚性杆标准件之间的快速自锁式连接装置，由套筒1、半截锥体夹块2、垫片3构成。套筒1一端为螺母4结构，另一端为内锥形结构，在螺母4底部装有垫片3，在套筒1的内锥形部位装有对称的半截锥体夹块2，半截锥体夹块2之间留有间隙，半截锥体夹面顶端一面设有三个呈三角形分布的定位防滑销6，对称一面设有三个销孔。接头采用中碳钢制造，其中套筒1起紧固和连接作用，紧固两块截锥体2并连接标准件；垫片3压紧两个半截锥体夹块2，使之不发生松动；两个半截锥体夹块2夹紧柔性杆5并通过变径实现越拉越紧；螺母4通过螺杆实现与刚性杆标准件的连接。
附图2和附图3为辅助对接接头的主视结构示意图。辅助接头为柔性杆之间的快速对接装置，图2为单杆单向受力，图3为单杆双向受力。辅助接头主要由套筒7、11和楔形滑块8、12组成，当两根柔性杆9、14端部一起装配进楔形滑块8、12后，一同插入扁方形套筒7、11内，外部用螺销10固定，当对接的柔性杆9、14受拉力向相反的方向运动时，带动楔形滑块8、12运动。
本接头克服了焊接和胶结的弊病，固定强度高，最高承受拉力12吨，可快速拆卸，而且制造工艺简单，是一种可靠方便的自锁式连接方式。
本发明柔性连续扁带式碳纤维抽油杆的技术指标为拉伸强度 ≥2000Mpa抗疲劳性能失效的循环次数≥107拉伸模量 200Gpa
使用温度0℃～130℃密度1.55×103kg/m3碳纤维抽油杆具有较高的强度和模量，耐腐蚀，抗疲劳性能好，使用寿命较长，明显优于玻璃钢抽油杆。本发明比钢抽油杆轻很多，柔性好，而且截面较小，所以与油管的摩擦最小，可更充分发挥地面和地下装置的能力，从而大大减少电力消耗。线密度很小，只相当于常规抽油杆的0.06倍，可大大减小抽油杆的悬点载荷，适合于深井采油。采用本发明的扁带式碳纤维抽油杆及其接头，运输方便，起、下安装速度快。省时省工，安全可靠。
从预成型模具出来的坯料进入主成型模具。主成型模具长度1.5米，用工具钢制成，采用镀铬或渗钽法处理。这样既有利于脱模又可减少摩擦阻力，延长模具的使用寿命。主成型模具中，采用电感加热将温度分为四个区(100℃、120℃、160℃、120℃)。当固化后，由特殊的第一夹头夹住制品送交第二夹头，在此过程中完成脱模冷却，当第二夹头夹住制品后，第一夹头再去夹住从主成型模具出来的制品，第二夹头将制品经牵引送到直径为2m的圆盘上盘绕，即完成生产过程。使用前两端接上快速自锁式接头，即可下井使用。
权利要求
1．柔性连续扁带式碳纤维抽油杆及其接头，其增强材料为连续碳纤维和玻璃纤维，基体材料为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液含有环氧树脂、丙酮、邻苯二甲酸二丁酯、甲基四氢苯二甲酸酐、已二醇胺、硬脂酸锌，采用拉挤法成型工艺，其特征在于该扁带式碳纤维抽油杆原料配比(按重量％)为碳纤维 60～65％玻璃纤维0.5～1.0％
2．根据权利要求书1所述的柔性连续扁带式碳纤维抽油杆及其接头，其特征在于所述的主接头由套筒1、半截锥体夹块2、垫片3构成。套筒一端为螺母4结构，另一端为内锥形结构，在螺母4底部装有垫片3，在套筒1的内锥形部位装有对称的半截锥体夹块2，半截锥体夹块2之间留有间隙以插入柔性杆5，半截锥体夹面顶端一面设有三个呈三角形分布的定位防滑销6，对称一面设有三个销孔。
3．根据权利要求书1所述的柔性连续扁带式碳纤维抽油杆及其接头，其特征在于所述的辅助接头主要由套筒7、11和楔形滑块8、12构成。两根柔性杆9、14端部一起装配进楔形滑块8、12后，一同插入扁方形套筒7、11内，外部用螺销10固定，当对接的柔性杆9、14受拉力向相反的方向运动时，带动楔形滑块8、12运动。
全文摘要
本发明的柔性连续扁带式碳纤维抽油杆及其接头,其抽油杆以碳纤维和玻璃纤维为增强材料,环氧树脂胶液为基体材料,采用拉挤法制造成型工艺,具有较高的强度、模量和耐腐蚀、抗疲劳性能。抽油杆连接接头采用快速自锁装置,运输、安装方便,节省能源,适用于有杆泵机械深井采油。
文档编号E21B17/02GK1285456SQ9911238
公开日2001年2月28日 申请日期1999年8月20日 优先权日1999年8月20日
发明者蔡华苏, 孙乃武, 刘建军, 王艳芝 申请人:山东工业大学