[發(fā)明專利]一種包覆有聚乙烯層的多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿

有效

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• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106337661B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 席小平
• 申請（專利權(quán)）人: 席小平
• 主分類號: E21B17/20
• 分類號: E21B17/20;E21B17/02;B32B17/02;B32B17/12;B32B17/10;B32B9/04;B32B9/00;B32B27/32;B32B7/12;B32B1/08;B32B33/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油田采油設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種包覆有聚乙烯層的多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿。

背景技術(shù)

抽油桿是石油生產(chǎn)過程中常用的一種設(shè)備，采油時，通過抽油桿帶動井下的抽油泵泵桿上下往復(fù)運(yùn)動，從而將地層內(nèi)的石油等液體泵送至地面。在使用過程中，通常要將抽油桿連接至上千米，在此種情況下，抽油桿要承受的自身懸重和抽油泵的負(fù)荷，因此承受的拉力比較大?，F(xiàn)有的抽油桿多由鋼材制成，但鋼材存在重量大、易腐蝕、易磨損等物理缺陷，使得抽油桿的損耗居高不下。另外，現(xiàn)有的抽油桿大多為分段式結(jié)構(gòu)，施工時需要逐段安裝，因此施工效率比較低。

為了解決上述問題，科研人員發(fā)明了一種碳纖維連續(xù)抽油桿，這種抽油桿利用碳纖維質(zhì)量輕、韌性好、抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)越的物理性能，解決了上述問題。但這種抽油桿也存在一些缺陷：1、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿的抗扭強(qiáng)度比較差；2、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿中的碳纖維和玻璃纖維的走向均與抽油桿的長度方向相同，生產(chǎn)時，本該包覆在碳纖維外側(cè)的玻璃纖維很容易摻入碳纖維束中，從而對抽油桿的強(qiáng)度造成不利影響。3、現(xiàn)有的碳纖維抽油桿的外層均為單純的環(huán)氧樹脂層，耐磨性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種包覆有聚乙烯層的多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：本發(fā)明提供了一種包覆有聚乙烯層的多層耐磨擦碳纖維連續(xù)抽油桿，包括連續(xù)抽油桿和抽油桿接頭，連續(xù)抽油桿內(nèi)含有碳纖維芯體,所述的碳纖維芯體外依次螺旋纏繞有纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B，纏繞玻璃纖維層B外包覆有縱向玻璃纖維層，縱向玻璃纖維層外壁涂覆有環(huán)氧樹脂層，所述的環(huán)氧樹脂層的外側(cè)還包覆有聚乙烯層,碳纖維芯體由150根/12K---242根/12K碳纖維通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)的碳纖維束構(gòu)成，碳纖維拉伸強(qiáng)度4950Mpa以上，碳纖維芯體的質(zhì)量百分含量為33.1---28.3％，碳纖維芯體直徑為11--14mm，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B兩層纏繞玻璃纖維的纏繞螺旋角均為45°，纏繞方向相反，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在碳纖維芯體上，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B的質(zhì)量百分含量為5.0—5.9％，纏繞玻璃纖維層A和纏繞玻璃纖維層B兩層的纏繞厚度為0.4—0.6mm，縱向玻璃纖維層的玻璃纖維與碳纖維芯體平行設(shè)置，縱向玻璃纖維層質(zhì)量百分含量32—38％，縱向玻璃纖維層由42根/2400tex--106根/2400tex玻璃纖維組成，縱向玻璃纖維層由環(huán)氧樹脂粘結(jié)在纏繞玻璃纖維層B外壁，連續(xù)抽油桿的兩個端頭連接有抽油桿接頭，抽油桿接頭與連續(xù)抽油桿桿體的連接處能承受的拉力達(dá)到698KN，剪切強(qiáng)度達(dá)到92MPa；拉伸彈性模量≥150GPa,抽油桿接頭主要由錐套、外套管和連接頭組成，外套管與連接頭之間通過螺紋連接，連接頭將錐套封裝在外套管內(nèi)，錐套與外套管的接觸面為圓錐面。

上述方案中的連續(xù)抽油桿的聚乙烯層外側(cè)還設(shè)有石墨烯層。

上述方案中，所述的纏繞玻璃纖維層A、纏繞玻璃纖維層B及縱向玻璃纖維層中的玻璃纖維采用S級無堿玻璃纖維，玻璃纖維強(qiáng)度2500Mpa以上；線密度2400±5％TEX；拉伸彈性模量88Gpa以上、含水率0.1％以下。

上述方案中的環(huán)氧樹脂耐溫160℃，環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度60-85Mpa、拉伸模量2.5-3.0Gpa、伸長率3.5-5.0％、彎曲強(qiáng)度100-135Mpa、彎曲模量2.5-3.5Gpa。

上述方案中，所述的錐套的兩端各加工有一個切口，切口沿軸線方向切入，兩個切口所在的平面相互垂直，切口的長度占錐套總長度的百分比為85％-90％。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明所述的抽油桿中設(shè)置了兩層方向相反的纏繞玻璃纖維，纏繞玻璃纖維可束縛碳纖維芯體中各股碳纖維，避免抽油桿承受扭矩時各股碳纖維發(fā)生分離引起抽油桿損壞，從而有效增強(qiáng)了抽油桿的抗扭強(qiáng)度，同時，用兩層方向相反的纏繞玻璃纖維將碳纖維芯體包裹，可有效防止縱向玻璃纖維層與碳纖維芯體摻合，從而保證了碳纖維芯體的圓度，即保證了抽油桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的均勻性，消除了強(qiáng)度弱點。

2、聚乙烯層和石墨烯層賦予抽油桿更優(yōu)秀的耐磨性能，同時，通過在抽油桿表面設(shè)置多層結(jié)構(gòu)，可避免油液滲透，延緩樹脂水解，從而防止抽油桿因樹脂水解而損壞。所涉及的技術(shù)成熟可靠，性能穩(wěn)定性高。

3、石墨烯具有極好的耐磨性能，在生產(chǎn)時，石墨烯層的厚度極小，因此，在抽油桿直徑一定的情況下，增加石墨烯層不會影響其它各層的結(jié)構(gòu)分布。