碳纤维连续抽油杆的研究与应用分析

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　　【摘  要】耐腐蚀性、低密度性、高强度性是碳纤维连续抽油杆的三大属性，这也使得碳纤维连续抽油杆越来越受油田从业人员的欢迎。研究表明：碳纤维连续抽油杆的应用设计是以钢质抽油杆的设计方法作为模板的，缺乏专门的设计方案，这导致碳纤维连续抽油杆的应用效果不甚理想。因此，论文以对碳纤维连续抽油杆的研究作为切入点，在此基础上对碳纤维连续抽油杆的应用进行了分析，以期为相关工作人员设计相应的理论方案提供参考，最终促进我国油田抽油工作的不断发展。
　　【Abstract】Corrosion resistance， low density and high strength are the three properties of carbon fiber continuous sucker rod， which makes it more and more popular among oil field workers. The research shows that the application design of carbon fiber continuous sucker rod is based on the design method of steel sucker rod as the template， and the lack of special design scheme leads to the unsatisfactory application effect of carbon fiber continuous sucker rod. Therefore， this paper takes the research of carbon fiber continuous sucker rod as the starting point， and analyzes the application of carbon fiber continuous sucker rod on this basis， so as to provide a reference for relevant workers to design the corresponding theoretical scheme， and finally promote the continuous development of oil pumping work in China's oil fields.
　　【关键词】碳纤维连续抽油杆;油田;应用
　　【Keywords】carbon fiber continuous sucker rod; oil fields; application
　　【中圖分类号】TE933                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）02-0178-02
　　1 引言
　　现阶段，有杆泵抽油工艺依旧在油田抽油工作中占据着非常重要的地位。有杆泵抽油技术的应用少不了抽油杆的支撑，D、H级钢制抽油杆、玻璃钢杆等抽油杆在实际的抽油工作中的应用频率是非常之高的。但是这些抽油杆却都有着这样的通病：偏磨、断脱等问题频频发生于抽油工作中，因此，相关工作人员就必须要致力于新型抽油杆在油田抽油工作中的引进。碳纤维是有机纤维加工而成的，是一种含碳量近乎饱和的无机高性能纤维，具有承载力较强、抗腐蚀性较强的特点，应当引起相关人员的高度重视。
　　2 对碳纤维连续抽油杆优势的分析
　　碳元素是碳纤维材料的重要组成部分，而每种碳纤维的含碳量都是非常之多的，这就表示碳纤维材料“继承”了碳素材料的以下优势。
　　2.1 具有重量轻、节能方面的优势
　　1km碳纤维连续抽油杆的重量在200kg范围内，而1km杠杆的重量却大于4t。将碳纤维连续抽油杆引进实际的抽油工作中，有利于发挥接箍活塞的积极作用，进而在很大程度上增加了抽油机电能的使用时间，最终实现节能省电的目的。所以说，碳纤维连续抽油杆的应用有助于帮助相关企业节约设备资源[1]。
　　2.2 具有抗腐蚀和抗疲乏方面的优势
　　高矿化度的地层水具有腐蚀性较强的特点，一旦钢质材料被应用到抽油工作中，那么就会加快钢材的腐蚀速度，进而减少钢质材料抽油杆的使用寿命和使用质量。而碳纤维连续抽油杆则不会与高矿化度的地层水发生化学反应，其具有较强的耐腐蚀性特点，将碳纤维连续抽油杆推广到油田的抽油工作中，有利于提高抽油效率。除此之外，碳纤维连续抽油杆还具有密度小、强度高的优势，而其弹性模量大于钢性抽油杆却小于玻璃钢抽油杆，通过实验我们可以得知：在以上3种材料同时承重100荷载之后，碳纤维抽油杆的强度只减少了40%左右，而钢性抽油杆的强度则减少了60%左右，玻璃钢抽油杆的强度却减少了几乎80%，所以说，碳纤维连续抽油杆的抗疲乏性较强[2]。
　　2.3 具有耐高温方面的优势
　　碳纤维连续抽油杆的制作需要具有耐高温特性的碳纤维以及树脂等材料的参与，而碳纤维材料是经历过1700多℃温度的洗礼的，在日常的空气环境中碳纤维材料本身自带的温度就大于500℃，而树脂基体材料在150℃温度以下不会发生任何反应。将以上两种材料融合在一起，生产出来的碳纤维连续抽油杆在120℃温度以下不会与其他物质发生化学反应，而由于碳纤维材料不会发生热膨胀，因此.将碳纤维连续抽油杆应用到高温抽油工作中，对冲程问题的解决有着非常大的帮助[3]。 　　2.4 有助于解决抽油杆对油管造成的磨损问题
　　在实际的抽油工作中，抽油杆一定会实现和油管两圆内切的零距离接触，但是由于普通抽油杆具有柔性较低的特点，这使得普通抽油杆与油管表面中的两圆内切有且只有一个接触点，在这种情况下，正压力呈直线趋势上升，最终接触部分磨损严重问题的出现就成为了必然趋势。而碳纤维连续抽油杆的柔性较强，将其导入油井中，可以有效解决接触点过于单一的问題，进而最大限度地减少油管的磨损，最终为油管使用年限的增加提供保障。
　　3 碳纤维连续抽油杆的实际应用
　　3.1 在采油工艺中的应用
　　由于碳纤维连续抽油杆具有质量轻、强度高、抗腐蚀性较强的特点，因此，碳纤维连续抽油杆具有非常高的推广价值，在油井举升工作中引进碳纤维连续抽油杆，有利于发挥降载节能、深抽提液、延长检泵周期等积极作用。相关工作人员可以致力于碳杆和钢杆的组合，之后还要将精力和时间放在碳杆泵下加重全井防腐技术的应用上面，同时还要着力于钢杆在抽油泵下部的引进，从而实现泵上杆柱皆为碳纤维连续抽油杆的目的，最终为泵上杆柱的全井防腐提供助力。除此之外，因为该泵具有较强的下行反馈力的特征，将其和加重杆组合到一起进行抽油工作，对碳纤维连续抽油杆受压等问题的解决有着不小的帮助[4]。
　　3.2 对碳纤维连续抽油杆下入油井过程的思考
　　在上井前期，相关工作人员应将碳纤维连续抽油杆和下金属端接头紧密连接到一起;到井场后致力于摆正滚筒式作业车的方位，同时还要将井口导向装置的固定安排到工作日程上来;将碳纤维连续抽油杆和金属端接头的结合体与井口导向装置组合起来;通过对螺纹的使用提高加重杆和下金属端接头连接的紧密度，使滚筒在电动机的作用下呈匀速直线状态运行，同时还要保证碳纤维连续抽油杆体的运行速度小于或是等于20m/min，在柱塞底部快要接触到固定凡尔罩时，相关工作人员应将碳纤维连续抽油杆的运行速度控制在5m/min范围内，最终实现柱塞底部和固定凡尔罩更好地结合在一起的目的;将碳纤维连续抽油杆提高一定的高度，直至碳纤维连续抽油杆具有一定的承重量时停止，同时相关工作人员还须引进专用卡具，以使碳纤维连续抽油杆和四通法兰成为一个固定的组合体;明确防冲距加光杆的长度，并测量出悬绳器与井口四通法兰之间的距离，之后通过减法算式，得出最有效的防冲距加光杆的长度，同时还要做好标志，最后根据标志减掉多余的杆体，最终提高上金属端接头和光杆的连接紧密度。
　　3.3 对碳纤维连续抽油杆抽出流程的思考
　　致力于井口导向装置与井口四通法兰的有效连接，利用滚筒式作业装备将上金属端接头和碳纤维连续抽油杆的组合体提高13～15m，再着力于专用卡具积极作用的发挥，实现碳纤维连续抽油杆和四通法兰的结合，将碳纤维连续抽油杆系在钢丝绳上，使滚筒在电动机的作用下进行旋转，并将滚筒旋转的速度控制在20m/min范围内，直至碳纤维连续抽油杆接触到滚筒。将金属端接头和加重杆分离成两个不同的个体，最后致力于井口导向装置的拆卸和保存。
　　4 对碳纤维连续抽油杆综合效益的思考
　　4.1 具有节约电能方面的效益
　　碳纤维连续抽油杆应用完毕后，其综合节电率高达35%左右，单井平均每日节省的电能几乎达40kWh左右，100口油井的年节电量可达到1.46×106kWh，如果电价以0.630元/kWh来计算，那么每年节省的电费支出就约为91.98万元。
　　4.2 具有提升油井生产时率方面的效益
　　碳纤维连续抽油杆的应用，对油井维修费用的减少、密封组件使用寿命的延长、停机维修费用的减少等有着非常大的帮助，既具有减少维修成本费用的特点，同时还有利于提高油井的生产时率，最终实现提高油井抽油工作效果的目的。例如，当普通钢杆因为受到含硫量较高的油井的影响而无法正常工作时，相关工作人员可以将碳纤维连续抽油杆引进此油井的采油工作中，碳纤维连续抽油杆具有抗腐蚀性较强的特点，不会和油井中的硫产生化学反应，可以起到挽救油井的作用。
　　5 结语
　　碳纤维连续抽油杆的移动速度远远比钢性抽油杆的移动速度要快，同时其还具有安全性、集成性等属性，将碳纤维连续抽油杆应用到油田油井的抽油工作中，有利于有效解决各种问题，提高油田开采的效率，同时对抽油成本的节约还有着非常大的帮助。所以，相关工作人员在油井抽油工作中必须要将碳纤维连续抽油杆的应用重视起来。
　　【参考文献】
　　【1】张雷，吕孝孝，姜东，等.碳纤维连续抽油杆超冲程问题研究[J].石油机械，2019，47（7）：87-92.
　　【2】付尧，张学斌，任立新，等.碳纤维连续柔性抽油杆技术的应用与认识[J].石油石化节能，2020，10（2）：15-18.
　　【3】宫博，周洋，陈彪.碳纤维复合材料柔性连续抽油杆开发及应用[J].设备管理与维修，2019（4）：172-173.
　　【4】张紫檀，张宝安.碳纤维复合材料连续抽油杆的特点及应用[J].石化技术，2019，26（5）：79，83.
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