碳纖維連續(xù)抽油桿的研究與應(yīng)用分析

王瑞星 劉波 于海華 李強(qiáng) 陳勇強(qiáng)

【摘? 要】耐腐蝕性、低密度性、高強(qiáng)度性是碳纖維連續(xù)抽油桿的三大屬性，這也使得碳纖維連續(xù)抽油桿越來(lái)越受油田從業(yè)人員的歡迎。研究表明：碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用設(shè)計(jì)是以鋼質(zhì)抽油桿的設(shè)計(jì)方法作為模板的，缺乏專門的設(shè)計(jì)方案，這導(dǎo)致碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用效果不甚理想。因此，論文以對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿的研究作為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)工作人員設(shè)計(jì)相應(yīng)的理論方案提供參考，最終促進(jìn)我國(guó)油田抽油工作的不斷發(fā)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.

【關(guān)鍵詞】碳纖維連續(xù)抽油桿;油田;應(yīng)用

【Keywords】carbon fiber continuous sucker rod; oil fields; application

【中圖分類號(hào)】TE933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0178-02

1 引言

現(xiàn)階段，有桿泵抽油工藝依舊在油田抽油工作中占據(jù)著非常重要的地位。有桿泵抽油技術(shù)的應(yīng)用少不了抽油桿的支撐，D、H級(jí)鋼制抽油桿、玻璃鋼桿等抽油桿在實(shí)際的抽油工作中的應(yīng)用頻率是非常之高的。但是這些抽油桿卻都有著這樣的通病：偏磨、斷脫等問(wèn)題頻頻發(fā)生于抽油工作中，因此，相關(guān)工作人員就必須要致力于新型抽油桿在油田抽油工作中的引進(jìn)。碳纖維是有機(jī)纖維加工而成的，是一種含碳量近乎飽和的無(wú)機(jī)高性能纖維，具有承載力較強(qiáng)、抗腐蝕性較強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)人員的高度重視。

2 對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿優(yōu)勢(shì)的分析

碳元素是碳纖維材料的重要組成部分，而每種碳纖維的含碳量都是非常之多的，這就表示碳纖維材料“繼承”了碳素材料的以下優(yōu)勢(shì)。

2.1 具有重量輕、節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)

1km碳纖維連續(xù)抽油桿的重量在200kg范圍內(nèi)，而1km杠桿的重量卻大于4t。將碳纖維連續(xù)抽油桿引進(jìn)實(shí)際的抽油工作中，有利于發(fā)揮接箍活塞的積極作用，進(jìn)而在很大程度上增加了抽油機(jī)電能的使用時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電的目的。所以說(shuō)，碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用有助于幫助相關(guān)企業(yè)節(jié)約設(shè)備資源[1]。

2.2 具有抗腐蝕和抗疲乏方面的優(yōu)勢(shì)

高礦化度的地層水具有腐蝕性較強(qiáng)的特點(diǎn)，一旦鋼質(zhì)材料被應(yīng)用到抽油工作中，那么就會(huì)加快鋼材的腐蝕速度，進(jìn)而減少鋼質(zhì)材料抽油桿的使用壽命和使用質(zhì)量。而碳纖維連續(xù)抽油桿則不會(huì)與高礦化度的地層水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其具有較強(qiáng)的耐腐蝕性特點(diǎn)，將碳纖維連續(xù)抽油桿推廣到油田的抽油工作中，有利于提高抽油效率。除此之外，碳纖維連續(xù)抽油桿還具有密度小、強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，而其彈性模量大于鋼性抽油桿卻小于玻璃鋼抽油桿，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以得知：在以上3種材料同時(shí)承重100荷載之后，碳纖維抽油桿的強(qiáng)度只減少了40%左右，而鋼性抽油桿的強(qiáng)度則減少了60%左右，玻璃鋼抽油桿的強(qiáng)度卻減少了幾乎80%，所以說(shuō)，碳纖維連續(xù)抽油桿的抗疲乏性較強(qiáng)[2]。

2.3 具有耐高溫方面的優(yōu)勢(shì)

碳纖維連續(xù)抽油桿的制作需要具有耐高溫特性的碳纖維以及樹(shù)脂等材料的參與，而碳纖維材料是經(jīng)歷過(guò)1700多℃溫度的洗禮的，在日常的空氣環(huán)境中碳纖維材料本身自帶的溫度就大于500℃，而樹(shù)脂基體材料在150℃溫度以下不會(huì)發(fā)生任何反應(yīng)。將以上兩種材料融合在一起，生產(chǎn)出來(lái)的碳纖維連續(xù)抽油桿在120℃溫度以下不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而由于碳纖維材料不會(huì)發(fā)生熱膨脹，因此.將碳纖維連續(xù)抽油桿應(yīng)用到高溫抽油工作中，對(duì)沖程問(wèn)題的解決有著非常大的幫助[3]。

2.4 有助于解決抽油桿對(duì)油管造成的磨損問(wèn)題

在實(shí)際的抽油工作中，抽油桿一定會(huì)實(shí)現(xiàn)和油管兩圓內(nèi)切的零距離接觸，但是由于普通抽油桿具有柔性較低的特點(diǎn)，這使得普通抽油桿與油管表面中的兩圓內(nèi)切有且只有一個(gè)接觸點(diǎn)，在這種情況下，正壓力呈直線趨勢(shì)上升，最終接觸部分磨損嚴(yán)重問(wèn)題的出現(xiàn)就成為了必然趨勢(shì)。而碳纖維連續(xù)抽油桿的柔性較強(qiáng)，將其導(dǎo)入油井中，可以有效解決接觸點(diǎn)過(guò)于單一的問(wèn)題，進(jìn)而最大限度地減少油管的磨損，最終為油管使用年限的增加提供保障。

3 碳纖維連續(xù)抽油桿的實(shí)際應(yīng)用

3.1 在采油工藝中的應(yīng)用

由于碳纖維連續(xù)抽油桿具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕性較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，碳纖維連續(xù)抽油桿具有非常高的推廣價(jià)值，在油井舉升工作中引進(jìn)碳纖維連續(xù)抽油桿，有利于發(fā)揮降載節(jié)能、深抽提液、延長(zhǎng)檢泵周期等積極作用。相關(guān)工作人員可以致力于碳桿和鋼桿的組合，之后還要將精力和時(shí)間放在碳桿泵下加重全井防腐技術(shù)的應(yīng)用上面，同時(shí)還要著力于鋼桿在抽油泵下部的引進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)泵上桿柱皆為碳纖維連續(xù)抽油桿的目的，最終為泵上桿柱的全井防腐提供助力。除此之外，因?yàn)樵摫镁哂休^強(qiáng)的下行反饋力的特征，將其和加重桿組合到一起進(jìn)行抽油工作，對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿受壓等問(wèn)題的解決有著不小的幫助[4]。

3.2 對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿下入油井過(guò)程的思考

在上井前期，相關(guān)工作人員應(yīng)將碳纖維連續(xù)抽油桿和下金屬端接頭緊密連接到一起;到井場(chǎng)后致力于擺正滾筒式作業(yè)車的方位，同時(shí)還要將井口導(dǎo)向裝置的固定安排到工作日程上來(lái);將碳纖維連續(xù)抽油桿和金屬端接頭的結(jié)合體與井口導(dǎo)向裝置組合起來(lái);通過(guò)對(duì)螺紋的使用提高加重桿和下金屬端接頭連接的緊密度，使?jié)L筒在電動(dòng)機(jī)的作用下呈勻速直線狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)還要保證碳纖維連續(xù)抽油桿體的運(yùn)行速度小于或是等于20m/min，在柱塞底部快要接觸到固定凡爾罩時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)將碳纖維連續(xù)抽油桿的運(yùn)行速度控制在5m/min范圍內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)柱塞底部和固定凡爾罩更好地結(jié)合在一起的目的;將碳纖維連續(xù)抽油桿提高一定的高度，直至碳纖維連續(xù)抽油桿具有一定的承重量時(shí)停止，同時(shí)相關(guān)工作人員還須引進(jìn)專用卡具，以使碳纖維連續(xù)抽油桿和四通法蘭成為一個(gè)固定的組合體;明確防沖距加光桿的長(zhǎng)度，并測(cè)量出懸繩器與井口四通法蘭之間的距離，之后通過(guò)減法算式，得出最有效的防沖距加光桿的長(zhǎng)度，同時(shí)還要做好標(biāo)志，最后根據(jù)標(biāo)志減掉多余的桿體，最終提高上金屬端接頭和光桿的連接緊密度。

3.3 對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿抽出流程的思考

致力于井口導(dǎo)向裝置與井口四通法蘭的有效連接，利用滾筒式作業(yè)裝備將上金屬端接頭和碳纖維連續(xù)抽油桿的組合體提高13～15m，再著力于專用卡具積極作用的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)碳纖維連續(xù)抽油桿和四通法蘭的結(jié)合，將碳纖維連續(xù)抽油桿系在鋼絲繩上，使?jié)L筒在電動(dòng)機(jī)的作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并將滾筒旋轉(zhuǎn)的速度控制在20m/min范圍內(nèi)，直至碳纖維連續(xù)抽油桿接觸到滾筒。將金屬端接頭和加重桿分離成兩個(gè)不同的個(gè)體，最后致力于井口導(dǎo)向裝置的拆卸和保存。

4 對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿綜合效益的思考

4.1 具有節(jié)約電能方面的效益

碳纖維連續(xù)抽油桿應(yīng)用完畢后，其綜合節(jié)電率高達(dá)35%左右，單井平均每日節(jié)省的電能幾乎達(dá)40kWh左右，100口油井的年節(jié)電量可達(dá)到1.46×106kWh，如果電價(jià)以0.630元/kWh來(lái)計(jì)算，那么每年節(jié)省的電費(fèi)支出就約為91.98萬(wàn)元。

4.2 具有提升油井生產(chǎn)時(shí)率方面的效益

碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用，對(duì)油井維修費(fèi)用的減少、密封組件使用壽命的延長(zhǎng)、停機(jī)維修費(fèi)用的減少等有著非常大的幫助，既具有減少維修成本費(fèi)用的特點(diǎn)，同時(shí)還有利于提高油井的生產(chǎn)時(shí)率，最終實(shí)現(xiàn)提高油井抽油工作效果的目的。例如，當(dāng)普通鋼桿因?yàn)槭艿胶蛄枯^高的油井的影響而無(wú)法正常工作時(shí)，相關(guān)工作人員可以將碳纖維連續(xù)抽油桿引進(jìn)此油井的采油工作中，碳纖維連續(xù)抽油桿具有抗腐蝕性較強(qiáng)的特點(diǎn)，不會(huì)和油井中的硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可以起到挽救油井的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

碳纖維連續(xù)抽油桿的移動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比鋼性抽油桿的移動(dòng)速度要快，同時(shí)其還具有安全性、集成性等屬性，將碳纖維連續(xù)抽油桿應(yīng)用到油田油井的抽油工作中，有利于有效解決各種問(wèn)題，提高油田開(kāi)采的效率，同時(shí)對(duì)抽油成本的節(jié)約還有著非常大的幫助。所以，相關(guān)工作人員在油井抽油工作中必須要將碳纖維連續(xù)抽油桿的應(yīng)用重視起來(lái)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張雷，呂孝孝，姜東，等.碳纖維連續(xù)抽油桿超沖程問(wèn)題研究[J].石油機(jī)械，2019，47（7）：87-92.

【2】付堯，張學(xué)斌，任立新，等.碳纖維連續(xù)柔性抽油桿技術(shù)的應(yīng)用與認(rèn)識(shí)[J].石油石化節(jié)能，2020，10（2）：15-18.

【3】宮博，周洋，陳彪.碳纖維復(fù)合材料柔性連續(xù)抽油桿開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2019（4）：172-173.

【4】張紫檀，張寶安.碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2019，26（5）：79，83.