專利名稱：一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油工業(yè)采油設(shè)備，特別涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿。
背景技術(shù)：
由于開發(fā)的油藏類型越來越復(fù)雜，同時(shí)井深的不斷增加和井礦環(huán)境的不斷惡化，腐蝕和偏磨問題成為油田采油工藝亟待解決的問題。因?yàn)榫邆漭p質(zhì)高強(qiáng)耐腐蝕的特點(diǎn)，所以復(fù)合材料抽油桿已開始逐步取代傳統(tǒng)的金屬抽油桿。目前采用的復(fù)合材料抽油桿主要包括玻璃鋼抽油桿和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)抽油桿兩大類。玻璃鋼抽油桿采用玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的拉擠工藝一次成型制備，已廣泛應(yīng)用，但隨著現(xiàn)代采油的可靠性要求不斷提高，玻璃鋼抽油桿已不能滿足要求，主要存在以下問題，1、抽油桿耐偏磨性不好；2、疲勞強(qiáng)度不夠；3、玻璃鋼抽油桿均定長，兩端各有一個(gè)金屬接頭，根與根之間采用金屬抽油桿應(yīng)用的金屬接箍進(jìn)行連接，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，價(jià)格昂貴。每一根玻璃鋼抽油桿用兩個(gè)金屬接頭，這兩個(gè)金屬接頭的成本遠(yuǎn)高于一根玻璃鋼桿體的成本；另外與傳統(tǒng)金屬抽油桿相比較，除了桿體部分更換了材質(zhì)，整個(gè)抽油桿柱的其他部分并無改變，傳統(tǒng)金屬抽油桿柱接頭多，斷脫幾率高，活塞效應(yīng)明顯，接箍與油管偏磨嚴(yán)重的問題并未得到解決。中國專利CN1417449公開了一種防磨抽油桿的制備方法，該方法是在已成型的抽油桿本體上二次注塑成型尼龍等材質(zhì)的防磨塊，減少使用的包覆材料，降低連續(xù)包覆成本和工藝復(fù)雜性，但其注塑防磨塊尺寸較小，相對(duì)獨(dú)立的分布于桿體，經(jīng)常發(fā)生防磨塊與桿體脫離，出現(xiàn)“糖葫蘆”現(xiàn)象。另外，其桿體定長，不能解決傳統(tǒng)金屬抽油桿接頭多，斷脫事故率大，活塞效應(yīng)大等缺陷；而且尺寸較小的桿體上加裝防偏磨塊是不能解決金屬接頭和接箍與油管之間的偏磨問題的，而這才是抽油桿、管偏磨需要解決的重點(diǎn)。CN101396874公開了一種防偏磨復(fù)合材料抽油桿的制備方法及裝置，其制備方法是在已成型的復(fù)合材料抽油桿桿體上，利用浸潰過樹脂膠液的芳綸、高分子量聚乙烯等耐磨纖維連續(xù)纏繞成型螺旋筋狀的防偏磨層，以達(dá)到防偏磨效果。其螺旋筋狀的防偏磨層，由于是以耐磨纖維增強(qiáng)熱固性樹脂，因此雖然纖維是具有耐磨特性的，但與熱固性樹脂形成復(fù)合材料后，其耐磨性能下降很多，壽命并不能延長多少。除了其具備螺旋筋狀的防偏磨層之外，其缺點(diǎn)與普通的玻璃鋼抽油桿一樣。中國專利CN1461870公開了一種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)抽油桿及制備方法，采用碳纖維為增強(qiáng)材料，并由橫向排列的芳綸或超高分子量聚乙烯纖維束和縱向的玻璃纖維組成整體包覆復(fù)合，主要解決增強(qiáng)抽油桿橫向?qū)娱g剪切強(qiáng)度，從而避免抽油桿在油井中發(fā)生縱向劈裂的問題，同時(shí)也提高了桿體的耐偏磨性和強(qiáng)度。但是該抽油桿采用拉擠、包覆的一次整體加工方法(包括放絲-浸樹脂膠-包覆層包覆-預(yù)成型-固化-盤繞工序)，包覆層為纖維織物增強(qiáng)熱固性樹脂，不僅加大了材料成本，而且纖維織物包覆層的耐偏磨性不夠理想。另外，由于該碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)抽油桿截面形狀為矩形或橢圓形，且其厚度只有3 5mm，在應(yīng)用專用設(shè)備起下井作業(yè)時(shí)，夾持部分的材料幾乎無法選擇，而且只能采用兩片式夾持，左右方向無法限位，很容易發(fā)生桿體偏出夾持部分的現(xiàn)象。因此其專用下井作業(yè)設(shè)備夾持部分結(jié)構(gòu)及材料開發(fā)難度較大，成為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)抽油桿應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸，限制了該產(chǎn)品大規(guī)模推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，以解決油田采油生產(chǎn)中的腐蝕和偏磨問題為主要目的，制備出耐腐蝕和耐偏磨性能好、接頭少、斷脫幾率小、活塞效應(yīng)小、作業(yè)使用方便的抽油桿。一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，在纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體的外表面的一段或幾段覆有一層熱塑性塑料耐磨層，所述的熱塑性塑料耐磨層為高密度聚乙烯、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯、聚甲醛、尼龍、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一種制成。上述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體采用的纖維為玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維的一種制成，采用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或乙烯基酯樹脂的一種。上述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體的截面形狀為正圓或橢圓形。本實(shí)用新型的有益效果是:在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)抽油桿表面連續(xù)擠出形成連續(xù)一段或斷續(xù)幾段熱塑性塑料耐磨層，賦予了抽油桿優(yōu)異的耐腐蝕和耐偏磨性能，又極大的減少了接頭數(shù)量，降低了斷脫幾率和活塞效應(yīng)；同時(shí)抽油桿桿體與塑料耐磨層二者之間的結(jié)合長度較長，強(qiáng)度很高，避免了在油井的正常運(yùn)行中防偏磨層從抽油桿表面的滑脫與分層，另外，其生產(chǎn)效率高，操作簡便。

附圖1是本實(shí)用新型的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型的制備裝置的流程示意圖；上圖中:放絲架1、預(yù)處理加熱爐2、注射機(jī)3、注射模具4、模具冷卻裝置5、拉擠模具6、模具加熱裝置7、控制部分8、后固化加熱爐9、牽引裝置10、卷繞裝置11、塑料擠出機(jī)12和冷卻裝置13 ;熱塑性塑料耐磨層a、纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體b。
具體實(shí)施方式
參照附圖1，本實(shí)用新型提到的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，在纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體b的外表面的一段或幾段覆有一層熱塑性塑料耐磨層a，所述的熱塑性塑料耐磨層a為高密度聚乙烯、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯、聚甲醛、尼龍、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一種制成，熱塑性塑料耐磨層a的厚度為I 10mm，所述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體b采用的纖維為玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維的一種制成，采用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或乙烯基酯樹脂的一種，制成的桿體的連續(xù)長度為I 5000m。參照附圖2，本實(shí)用新型的制備裝置包括放絲架1、預(yù)處理加熱爐2、注射機(jī)3、注射模具4、模具冷卻裝置5、拉擠模具6、模具加熱裝置7、控制部分8、后固化加熱爐9、牽引裝置10、卷繞裝置11組成注射拉擠成型設(shè)備，其改進(jìn)之處是:在注射拉擠成型設(shè)備的牽引裝置10和卷繞裝置11之間設(shè)置有一臺(tái)塑料擠出機(jī)12和冷卻裝置13，利用塑料擠出裝置12在成型桿體的表面附著一層熱塑性塑料耐磨層，然后經(jīng)過冷卻裝置13冷卻處理；在注射模具4的底部裝有一或兩個(gè)注膠嘴，頂部裝有一或兩個(gè)真空嘴，真空嘴外接真空管，真空管與真空罐連接，真空罐由真空泵控制，在生產(chǎn)時(shí)持續(xù)保持>一 0.85MPa的真空度；所述的注射機(jī)3通過底部的注膠嘴向注射模具內(nèi)部注入樹脂基體膠液。其中，上述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體b，其截面形狀為正圓或橢圓形，其連續(xù)長度一般為I 5000m，熱塑性塑料耐磨層a，其厚度一般為I 10mm，在長度方向上，只在抽油桿桿體與油管偏磨井段所對(duì)應(yīng)的位置出現(xiàn)，可以是連續(xù)的一段，也可以是斷續(xù)的幾段，桿體的其余部位不需要全部附著耐磨層。通過采用上述的制備裝置，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的制備方法具體是:(a)從放絲架I引出多束纖維(玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維)，在牽引裝置10的牽引下經(jīng)過加熱爐2預(yù)處理，氣氛為空氣，爐溫在80 150°C之間，牽引速度在0.08 1.5米/分鐘之間，通過時(shí)間為1.0 12.5分鐘；從加熱爐2出來的纖維進(jìn)入注射模具4，注射模具4內(nèi)充滿注射機(jī)3注入的樹脂基體膠液4.3，樹脂基體為環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂或聚氣酷樹脂。(b)經(jīng)注射模具4內(nèi)膠液浸潰的纖維束再經(jīng)過拉擠模具6固化成型，拉擠模具6的入口處設(shè)有模具冷卻裝置5，用于降低模具入口溫度，避免模具溫度傳導(dǎo)至注射模具4。拉擠模具6周圍，模具冷卻裝置5的后面，分布有模具加熱裝置7，一般2 4段加熱，固化溫度在95 180°C之間，呈梯度升溫方式，拉擠速度在0.08 1.5米/分鐘之間，拉擠出復(fù)合材料桿體。拉擠出的復(fù)合材料桿體進(jìn)入后固化加熱爐8進(jìn)行熱應(yīng)力處理及后固化，后固化結(jié)束，通過牽引裝置10。(C)在注射拉擠設(shè)備的牽引裝置10和卷繞裝置11之間，設(shè)置一臺(tái)套塑料擠出裝置12和冷卻裝置13，利用塑料擠出裝置12在成型抽油桿體的一段或幾段的表面附著一層熱塑性塑料耐磨層，然后經(jīng)過冷卻裝置13。經(jīng)充分冷卻至室溫后，利用卷繞裝置11將其卷繞在直徑為1.5m 3.5m的圓盤上。綜合來說，本實(shí)用新型是采用注射拉擠和塑料擠出組合成型工藝，將玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維的一種，通過注射拉擠成型工藝與樹脂基體復(fù)合，制備復(fù)合材料抽油桿桿體，直接作為塑料擠出工藝中的芯線，穿過機(jī)頭導(dǎo)向棒，依靠機(jī)頭擠出成形的管坯遇冷時(shí)較強(qiáng)的收縮力，抽油桿與耐磨層牢固結(jié)合，最終形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿。
權(quán)利要求1.一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，其特征是:在纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體(b)的外表面的一段或幾段覆有一層熱塑性塑料耐磨層(a)，所述的熱塑性塑料耐磨層(a)為高密度聚乙烯、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯、聚甲醛、尼龍、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一種制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，其特征是:所述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體(b)采用的纖維為玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維的一種制成，采用的樹脂基體為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或乙烯基酯樹脂的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿，其特征是:所述的纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體(b)的截面形狀為正圓或橢圓形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿。其技術(shù)方案是在纖維增強(qiáng)樹脂基體復(fù)合材料桿體的外表面的一段或幾段覆有一層熱塑性塑料耐磨層，桿體采用的纖維為玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維的一種制成，樹脂基體為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或乙烯基酯樹脂的一種。通過在牽引裝置和卷繞裝置之間設(shè)置有一臺(tái)塑料擠出機(jī)和冷卻裝置，利用塑料擠出裝置在成型抽油桿體的一段或幾段的表面附著一層熱塑性塑料耐磨層，然后經(jīng)過冷卻裝置冷卻處理，形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防偏磨連續(xù)抽油桿。有益效果是賦予了抽油桿優(yōu)異的耐腐蝕和耐偏磨性能，又極大的減少了接頭數(shù)量，降低了斷脫幾率和活塞效應(yīng)，另外，其生產(chǎn)效率高，操作簡便。
文檔編號(hào)E21B17/00GK203008798SQ20122064647
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者崔昌瑞, 吳永太 申請(qǐng)人:勝利油田新大管業(yè)科技發(fā)展有限責(zé)任公司