多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆及制备工艺的制作方法

本发明涉及一种连续抽油杆及制备工艺，特别涉及一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆及制备工艺。

背景技术：

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，玻璃钢抽油杆已不能满足要求，主要存在以下问题，1、抽油杆耐偏磨性不好；2、疲劳强度不够；3、玻璃钢抽油杆均定长，两端各有一个金属接头，根与根之间采用金属抽油杆应用的金属接箍进行连接，由于结构复杂，加工难度大，价格昂贵。每一根玻璃钢抽油杆用两个金属接头，这两个金属接头的成本远高于一根玻璃钢杆体的成本；另外与传统金属抽油杆相比较，除了杆体部分更换了材质，整个抽油杆柱的其他部分并无改变，传统金属抽油杆柱接头多，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。中国专利cn1417449公开了一种防磨抽油杆的制备方法，该方法是在已成型的抽油杆本体上二次注塑成型尼龙等材质的防磨块，减少使用的包覆材料，降低连续包覆成本和工艺复杂性，但其注塑防磨块尺寸较小，相对独立的分布于杆体，经常发生防磨块与杆体脱离，出现“糖葫芦”现象。另外，其杆体定长，不能解决传统金属抽油杆接头多，断脱事故率大，活塞效应大等缺陷；而且尺寸较小的杆体上加装防偏磨块是不能解决金属接头和接箍与油管之间的偏磨问题的，而这才是抽油杆、管偏磨需要解决的重点。cn101396874公开了一种防偏磨复合材料抽油杆的制备方法及装置，其制备方法是在已成型的复合材料抽油杆杆体上，利用浸渍过树脂胶液的芳纶、高分子量聚乙烯等耐磨纤维连续缠绕成型螺旋筋状的防偏磨层，以达到防偏磨效果。其螺旋筋状的防偏磨层，由于是以耐磨纤维增强热固性树脂，因此虽然纤维是具有耐磨特性的，但与热固性树脂形成复合材料后，其耐磨性能下降很多，寿命并不能延长多少。除了其具备螺旋筋状的防偏磨层之外，其缺点与普通的玻璃钢抽油杆一样。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。发明专利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、耐高温和液体侵蚀问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆及制备工艺，本发明在碳纤维连续抽油杆上增加了包覆层，从而增加了径向和轴向抗压强度，提高了弯曲性能，降低了弯曲直径。

本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，其技术方案是：包括沿杆体轴向的增强碳纤维、第一高模量玻璃纤维布、沿杆体轴向的高模量玻璃纤维、第二高模量玻璃纤维布、玻璃纤维毡层，在增强碳纤维的外层为第一高模量玻璃纤维布，在高模量玻璃纤维布的外侧为高模量玻璃纤维，在高模量玻璃纤维的外层为第二高模量玻璃纤维布，在高模量玻璃纤维布的外层为玻璃纤维毡层，所述增强碳纤维、第一高模量玻璃纤维布、高模量玻璃纤维、第二高模量玻璃纤维布的树脂基体为多官能团环氧树脂体系，tg值为220℃以上，玻璃纤维毡层e的树脂基体为纳米材料增强多官能团环氧树脂体系，tg值达到220为220℃以上。

优选的，所述高模量玻璃纤维模量为90gpa以上，第一高模量玻璃纤维布与第二高模量玻璃纤维布为±35°双轴向布或者+45°/0°/-45°三轴向布，克重范围为150～600g/m²。

优选的，连续抽油杆的杆体连续长度范围为300～5000m，杆体直径范围为14～28mm，杆体tg为220℃以上，最高温度为160℃，液体压力为40mpa。

本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆的制备装置包括内层胶槽、滤胶辊、内层导布板、内层布支架、玻纤预成型、外层导布板、外层布支架、外层导毡板、外层毡支架、外层胶槽，在右侧支架上设有内层胶槽，在内层胶槽的左侧设有滤胶辊，在中部支架上设有内层导布板和内层布支架，在左侧支架上设有玻纤预成型、外层导布板、外层布支架、外层导毡板、外层毡支架、外层胶槽，碳纤维与玻璃纤维浸入内层胶槽内，经过滤胶辊，碳纤维层经过内层导布板内孔，内层玻璃纤维布通过内层布支架，经过内层导布板内孔，再经过玻纤预成型中心圆孔，玻璃纤维从内层导布板外侧经过，经过玻纤预成型四周圆孔，再经过外层导布板内孔，外层玻璃纤维布通过外层布支架，经过外层导布板，再经过外层导毡板，外层玻璃纤维毡通过外层毡支架，经过外层导毡板，浸入外层胶槽。

优选的，内层布支架、外层布支架、外层毡支架张力调节范围为0～200n。

优选的，内层导布板、外层导布板、外层导毡板上部为弧形结构，下部为圆孔。

本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆制备方法，包括以下步骤制成：

碳纤维与玻璃纤维在胶槽中浸润多官能团环氧树脂，分别经过滤胶辊保持含胶量，碳纤维层经过内层导布板内孔，内层玻璃纤维布从内层布支架引出，经过内层导布板，完整包覆后经过玻纤预成型中心圆孔；玻璃纤维从内层导布板外侧经过，经过玻纤预成型四周圆孔，包覆成为第三层，之后经过外层导布板内孔，外层玻璃纤维布从外层布支架引出，经过外层导布板，完整包覆后经过外层导毡板，外层玻璃纤维毡从外层毡支架引出，经过外层导毡板，完整包覆后经外层胶槽浸润树脂，之后经过模具加热固化成型。

优选的，外层胶槽为直通式胶槽，两端通过聚四氟乙烯密封。

本发明的有益效果是：本发明在碳纤维连续抽油杆上增加了包覆层，从而增加了径向和轴向抗压强度，提高了弯曲性能，降低了弯曲直径；高模量玻璃纤维使抽油杆具有优异的抗拉性能，外层树脂纳米填料的添加，可有效增加分子密度，降低高温高压下腐蚀介质的侵入，提高产品使用寿命；使用导布板、导毡板，降低了工艺难度，提高生产效率，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。本发明的制备装置实现了快速生产，并且生产效率高，操作简便，本发明能够根据需要，生产四层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆或五层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，适用性高。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明制备装置的示意图；

附图3是实施例2的结构示意图；

附图4是实施例3的结构示意图；

附图5是内层导布板的结构示意图；

上图中：增强碳纤维a、第一高模量玻璃纤维布b、高模量玻璃纤维c、第二高模量玻璃纤维布d、玻璃纤维毡层e、内层胶槽1、碳纤维2、玻璃纤维3、滤胶辊4、内层导布板5、内层玻璃纤维布6、内层布支架7、玻纤预成型8、外层导布板9、外层玻璃纤维布10、外层布支架11、外层导毡板12、外层毡支架14、外层胶槽15。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：参照附图1，本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，包括沿杆体轴向的增强碳纤维a、第一高模量玻璃纤维布b、沿杆体轴向的高模量玻璃纤维c、第二高模量玻璃纤维布d、玻璃纤维毡层e，在增强碳纤维a的外层为第一高模量玻璃纤维布b，在高模量玻璃纤维布b的外侧为高模量玻璃纤维c，在高模量玻璃纤维c的外层为第二高模量玻璃纤维布d，在高模量玻璃纤维布d的外层为玻璃纤维毡层e，所述增强碳纤维a、第一高模量玻璃纤维布b、高模量玻璃纤维c、第二高模量玻璃纤维布d的树脂基体为多官能团环氧树脂体系，tg值为220℃以上，玻璃纤维毡层e的树脂基体为纳米材料增强多官能团环氧树脂体系，tg值达到220为220℃以上，

其中，所述高模量玻璃纤维c模量为90gpa以上，第一高模量玻璃纤维布b与第二高模量玻璃纤维布d为±35°双轴向布或者+45°/0°/-45°三轴向布，克重范围为150～600g/m²。

另外，连续抽油杆的杆体连续长度范围为300～5000m，杆体直径范围为14～28mm，杆体tg为220℃以上，最高温度为160℃，液体压力为40mpa。

参照附图2，本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆的制备装置，包括内层胶槽1、滤胶辊4、内层导布板5、内层布支架7、玻纤预成型8、外层导布板9、外层布支架11、外层导毡板12、外层毡支架14、外层胶槽15，在右侧支架上设有内层胶槽1，在内层胶槽1的左侧设有滤胶辊4，在中部支架上设有内层导布板5和内层布支架7，在左侧支架上设有玻纤预成型8、外层导布板9、外层布支架11、外层导毡板12、外层毡支架14、外层胶槽15，碳纤维2与玻璃纤维3浸入内层胶槽1内，经过滤胶辊4，碳纤维层经过内层导布板5内孔，内层玻璃纤维布6通过内层布支架7，经过内层导布板5内孔，再经过玻纤预成型8中心圆孔，玻璃纤维3从内层导布板5外侧经过，经过玻纤预成型8四周圆孔，再经过外层导布板9内孔，外层玻璃纤维布10通过外层布支架11，经过外层导布板11，再经过外层导毡板12，外层玻璃纤维毡13通过外层毡支架14，经过外层导毡板12，浸入外层胶槽15，之后经过模具加热固化成型一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，内层导布板、外层导布板、外层导毡板中心孔在一条直线上，通过卡口固定，可方便拆卸。

还有，内层布支架7、外层布支架11、外层毡支架14张力调节范围为0～200n，实现内层布支架7、外层布支架11、外层毡支架14张力调节。

还有，内层导布板5、外层导布板9、外层导毡板12上部为弧形结构，下部为圆孔，布、毡在上部弧形结构引导下，进入圆孔，可实现圆形完整包覆。

本发明提到的一种多层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆制备方法，包括以下步骤制成：

碳纤维2与玻璃纤维3在胶槽1中浸润多官能团环氧树脂，分别经过滤胶辊4保持含胶量，碳纤维层经过内层导布板5内孔，内层玻璃纤维布6从内层布支架7引出，经过内层导布板5，完整包覆后经过玻纤预成型8中心圆孔；玻璃纤维3从内层导布板5外侧经过，经过玻纤预成型8四周圆孔，包覆成为第三层，之后经过外层导布板9内孔，外层玻璃纤维布10从外层布支架11引出，经过外层导布板11，完整包覆后经过外层导毡板12，外层玻璃纤维毡13从外层毡支架14引出，经过外层导毡板12，完整包覆后经外层胶槽15浸润树脂，之后经过模具加热固化成型。

其中，外层胶槽15为直通式胶槽，两端通过聚四氟乙烯密封，可实现外层毡的浸润。

tg指玻璃态转化温度，是在高温受热下的玻璃化温度，tg值越高，耐温度性能越好。

本发明在碳纤维连续抽油杆上增加了包覆层，从而增加了径向和轴向抗压强度，提高了弯曲性能，降低了弯曲直径；高模量玻璃纤维使抽油杆具有优异的抗拉性能，外层树脂纳米填料的添加，可有效增加分子密度，降低高温高压下腐蚀介质的侵入，提高产品使用寿命；使用导布板、导毡板，降低了工艺难度，提高生产效率，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。本发明的制备装置实现了快速生产，并且生产效率高，操作简便，本发明能够根据需要，生产四层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆或五层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，适用性高。

190束t300-12k碳纤维2与100束ws3000-2400tex玻璃纤维3在胶槽1中浸润多官能团环氧树脂，胶液配比，树脂：固化剂=100:120，分别经过滤胶辊4保持30%含胶量，碳纤维层经过内层导布板5内孔，内层400g/m²玻璃纤维布6从内层布支架7引出，经过内层导布板5，完整包覆后经过玻纤预成型8中心圆孔；玻璃纤维3从内层导布板5外侧经过，经过玻纤预成型8四周圆孔，包覆成为第三层，之后经过外层导布板9内孔，外层400g/m²玻璃纤维布10从外层布支架11引出，经过外层导布板11，完整包覆后经过外层导毡板12，外层300g/m²玻璃纤维毡13从外层毡支架14引出，经过外层导毡板12，完整包覆后经外层胶槽15浸润树脂，树脂：固化剂：纳米填料=100:120：2，经过模具加热固化，温度为150℃，195℃，195℃，速度0.25m/min，成型为直径19mm的五层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，tg220℃，使用压力40mpa。

实施例2：

参照附图3，与实施例1不同之处在于：减少外层玻璃纤维布，使用110束ws3000-2400tex玻璃纤维，成型为简化的四层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆。

实施例3：

参照附图4，与实施例1不同之处在于：减少外层玻璃纤维毡，外层使用玻璃纤维布通过外层胶槽15浸润树脂，使用113束ws3000-2400tex玻璃纤维，成型为简化的四层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆。

实施例4：

190束t300-12k碳纤维2与100束ws3000-2400tex玻璃纤维3在胶槽1中浸润环氧树脂，树脂：固化剂=100:110，分别经过滤胶辊4保持30%含胶量，碳纤维层经过内层导布板5内孔，内层400g/m²玻璃纤维布6从内层布支架7引出，经过内层导布板5，完整包覆后经过玻纤预成型8中心圆孔；玻璃纤维3从内层导布板5外侧经过，经过玻纤预成型8四周圆孔，包覆成为第三层，之后经过外层导布板9内孔，外层400g/m²玻璃纤维布10从外层布支架11引出，经过外层导布板11，完整包覆后经过外层导毡板12，外层300g/m²玻璃纤维毡13从外层毡支架14引出，经过外层导毡板12，完整包覆后经外层胶槽15浸润树脂，树脂：固化剂：纳米填料=100:110：2，经过模具加热固化，温度为150℃，185℃，185℃，速度0.30m/min，成型为直径19mm的五层结构耐腐蚀耐高温复合材料连续抽油杆，使用温度120℃，使用压力30mpa。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。