专利名称：耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于石油开采有杆泵机械采油中抽油杆的生产和应用领域，特别涉及到深井采油抽油杆。
背景技术：
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、碱等腐蚀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高拉伸强度、抗疲劳、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钢质抽油杆和玻璃钢抽油杆两种，这两种杆均呈刚性，单根杆长度有限，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钢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、焊接车，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，但成本高且不耐高温，不适合深井和超深井原油开采。
发明内容本发明在于研制适用于深井和超深井石油开采的复合材料连续抽油杆及其制造工艺，解决长期以来有杆泵采油效率低、深井开采困难的难题。
本发明耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆为柔性连续式抽油杆，其增强材料为碳纤维，基体为酚醛树脂，采用拉挤工艺成型。
本发明的碳纤维抽油杆结构形式为扁圆状，柔性连续，可盘绕生产和运输，由碳纤维增强树脂基复合材料制成。其中增强材料为连续碳纤维和玻璃纤维，基体材料为酚醛树脂胶液，其中酚醛树脂的重量百分比为70-85％，固化剂六次甲基四酐的重量百分比为15-30％。本发明碳纤维抽油杆原料配比的重量百分比为碳纤维 60～75％玻璃纤维0.5～10％酚醛树脂30～40％耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆，采用拉挤工艺成型。即将多束碳纤维和玻璃纤维经酚醛树脂胶液浸渍后，表层复合玻璃丝带进入拉挤成型模具，在拉挤成型模具的预热区和成型固化区迅速凝胶固化，再经后固化炉促进酚醛固化交联后经牵引盘绕到圆盘上。拉挤模具分三区控温，第一区温度为120～150℃，第二区温度为160～180℃，第三区温度为180～210℃；拉挤速度为0.15～0.65米/分，拉挤成型后，进行后固化，后固化温度为160～210℃。
本发明碳纤维复合材料连续抽油杆的技术指标为拉伸强度 ≥1800MPa拉伸模量 ≥120GPa抗疲劳性能 失效循环次数≥107使用温度 0～180℃密度 ≤1.6×103kg/m3耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆具有较高的强度和模量，耐腐蚀，抗疲劳，使用寿命长，其性能明显优于玻璃钢抽油杆及其它树脂基体复合材料抽油杆；与钢质抽油杆相比，重量轻，柔性好，并且截面较小，与油管的摩擦力小，能大大减小电力消耗，本发明抽油杆的线密度很小，相当于常规钢质杆的0.05倍，可大大减小抽油杆的悬点载荷，适合于深井和超深井采油。采用本发明碳纤维复合材料连续抽油杆，运输方便，安装速度快，省时省工，安全可靠。
本发明碳纤维复合材料连续抽油杆的剖面图如附图1所示，由碳纤维增强酚醛树脂基体1和玻璃纤维表层2构成。
本发明碳纤维复合材料连续抽油杆的制造工艺如附图2所示，主要由放丝架3，浸胶槽5，拉挤模具7，牵引机8，后固化炉9，收卷盘10组成。先将数束碳纤维安放在放丝架3上，碳纤维丝束4经浸胶槽5均匀浸济树脂胶液后进入拉挤模具6，通过拉挤成型后形成扁圆形抽油杆7，由牵引机8牵引，经后固化炉9进一步交联固化后，盘绕在收卷盘10上。
具体实施方式
以碳纤维为增强纤维，玻璃纤维丝带为表面保护层，以酚醛树脂为基体，生产本发明抽油杆的具体实施例如下200束12K碳纤维绕过放丝架，进入含有酚醛树脂的胶液贮槽浸胶，酚醛树脂胶液中酚醛树脂的重量百分比为75％，固化剂六次甲基四酐的重量百分比为25％，然后同幅宽为40mm的连续玻璃布复合，经过树脂控制器进入预成型模具。树脂控制器的作用是保证树脂充分浸润纤维，预成型模具的作用是使浸润后的纤维经过预热制成坯料，并使浸过胶的纤维准确地进入主成型模具。
从预成型模具出来的坯料进入主成型模具。主成型模具长1.3米，模腔横截面为32×4mm，用工具钢制造，并经镀铬或渗氮处理。这样既有利于脱模又可减小摩擦阻力，延长模具的使用寿命。主成型模具中，采用电加热将温度分为三个区(130℃、170℃、200℃)。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进长度为4米的后固化炉，后固化炉温度200℃，然后由带有直径为1.5米圆盘的卷绕机收卷在圆盘上，即完成碳纤维复合材料连续抽油杆体的生产过程。
权利要求
1.耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆，结构为扁圆状柔性连续式，其特征为在酚醛树脂基体上复合碳纤维增强材料和玻璃纤维丝带。
2.耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆的制造采用拉挤成型工艺，其特征在于碳纤维丝束复合玻璃纤维丝带经浸胶槽均匀浸济树脂胶液后进入拉挤模具，固化成型后形成扁圆形抽油杆，由牵引机牵引，再经进一步交联固化后，盘绕在收卷盘上。
3.根据权利要求书1所述的耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆，其特征在于所述的碳纤维抽油杆杆体为纤维增强树脂基复合材料，增强材料为连续碳纤维和玻璃纤维，基体材料为酚醛树脂胶液，其中酚醛树脂的重量百分比为70-85％，固化剂六次甲基四酐的重量百分比为15-30％，本发明碳纤维抽油杆原料配比的重量百分比为碳纤维 60～75％玻璃纤维0.5～10％酚醛树脂胶液30～40％。
4.根据权利要求书2所述的耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆的制造工艺，采用拉挤法成型，拉挤模具分三区控温，第一区温度为120～150℃，第二区温度为160～180℃，第三区温度为180～210℃；拉挤速度为0.15～0.65米/分，拉挤成型后，在进行后固化，后固化温度为160～210℃。
全文摘要
本发明的耐高温碳纤维复合材料连续抽油杆，其抽油杆体用碳纤维和玻璃纤维为增强材料，酚醛树脂为基体材料，采用拉挤成型工艺制造，具有较高的强度和模量，耐腐蚀，抗疲劳，耐温150℃以上，抽油杆杆体为扁圆状柔性连续式，运输安装方便，应用节省能源，特别适用于深井和超深井采油。
文档编号E21B17/00GK1556303SQ200310114559
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者朱波, 王成国, 蔡华甦, 孙乃武, 张振武, 巴奉国, 朱 波 申请人:山东大学, 山东东辰生物工程股份有限公司