碳纤维/环氧树脂复合材料连续抽油杆的研制

介绍了碳纤维/环氧树脂连续抽油杆的生产方法。以碳纤维和玻璃纤维带为增强材料,以E-51、METHPA和DMP-30组成的树脂体系为基体树脂,以HBT-8为内脱模剂,采用拉挤成型工艺,研制了碳纤维/环氧树脂复合材料连续抽油杆。研究表明,纤维排布、原料配比、固化温度和牵引速度是生产工艺的关键控制因素。下井实验表明,与常规钢制抽油杆相比,碳纤维/环氧树脂连续抽油杆可节电1/3以上,产油量为前者的1.3倍以上,经济效益显著,且耐磨、耐腐蚀性好,使用寿命长,运输、安装方便。

碳纤维复合材料抽油杆研究进展

碳纤维复合材料抽油杆是近几年兴起的一种新型柔性抽油杆,具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳及结构功能一体化等优异性能,成为解决传统抽油杆失效问题很有发展前途的重要方法之一。主要综述了3种不同树脂基体的碳纤维复合材料抽油杆,包括:环氧树脂基、乙烯基酯树脂基、酚醛树脂基的制备及应用。由于传统的抽油杆很难满足高腐蚀油井、深井以及超深井的开采要求,对碳纤维复合材料抽油杆的发展方向进行了展望。

碳纤维连续抽油杆作业车的研制

研制了一种将杆柱起升(下放)与杆柱缠绕分别驱动的新型碳纤维连续抽油杆作业车。这种作业车采用全液压控制,引入了智能控制技术进行作业过程的监控,包括作业参数(悬重、杆长等)数字化测量显示、扶正器安装位置自动控制、安全操作自动报警等,针对作业车对中井口难的实际情况,将起升(下放)装置和缠绕盘设计成可移动式;其主要特点是起升(下放)载荷能力大,起升(下放)作业时杆柱受力状况改善,杆柱缠绕盘负载扭矩大幅降低,作业过程自动化程度高、速度快,设备对井场环境的适应性强,易损件少,便于维修,兼顾杆的运输和作业两项功能,减少设备投资,持续作业时间长。

碳纤维复合材料柔性连续抽油杆开发及应用

碳纤维柔性连续抽油杆选用高性能碳纤维 ,以环氧树脂胶液为基体材料 ,添加一定配比的固化剂、促进剂和脱模剂 ,采用拉挤成型工艺制成 ,其开发的关键技术是连续成型、连接接头和安全保险装置。现场应用试验表明 ,TXC— 1、TXC— 2、TXC— 3三种规格的碳纤维柔性连续抽油杆能可靠应用于泵挂深度分别为 12 0 0、 180 0、 30 0 0m的直井和斜井中 ,实测比钢抽油杆节电 ,日产油量提高 。节能增产效果显著。

碳纤维抽油杆作业车夹持装置剪切行为分析与优化

以碳纤维抽油杆作业车夹持装置上的摩擦块在作业时对抽油杆产生剪切作用为切入点,通过有限元模拟仿真分析被剪切状态下碳纤维抽油杆的应力状态,对导致摩擦块产生剪切作用的因素进行仿真实验,并利用有限元软件响应面优化模块对关键零部件进行结构优化。研究表明:摩擦块进入夹持装置时的切入角与摩擦块的圆角是导致抽油杆被剪切的主要因素;以最小剪切应力为目标建立有限元模型,对摩擦块圆角以及决定切入角大小的导轨倾斜角进行优化,并根据优化结果设计了一种非对称式曲率连续的摩擦块圆角,当摩擦块横、纵方向的圆角尺寸分别为1.0 mm、13.5 mm,且导轨倾斜角为3°~9°时,碳纤维抽油杆进入夹持装置的剪切应力最小。

碳纤维抽油杆作业车中抽油杆悬重及长度的测量

碳纤维连续抽油杆作业车是设计用于碳纤维抽油杆的配套专业作业设备,作业过程中碳纤维连续抽油杆的悬重、下杆杆长是非常重要的作业工矿测量和控制参数。文中主要就碳纤维连续抽油杆作业车系统中抽油杆悬重和下杆杆长的测量进行了论述,给出了依靠杆的张力测量悬重和依靠驱动轮旋转圈数测量杆长的测量方案。现场实验结果表明,该设计是成功的。

碳纤维复合材料抽油杆应用技术进展

碳纤维复合材料抽油杆是近几年来兴起的一种新型柔性抽油杆,具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳及结构功能一体化等优异性能,成为解决传统抽油杆失效问题很有发展前途的重要方法之一。文章综述了碳纤维复合材料抽油杆的性能、应用技术及其进展情况,简要叙述了前期应用失效的原因。文章认为,碳纤维复合材料抽油杆配套设备开发与应用属于一项系统工程,重点应放在作业车和配套采油工艺的研究上,应用技术开发是制约碳纤维复合材料抽油杆大规模推广的亟待解决的问题。

碳纤维连续抽油杆作业车自动调平系统设计

为保证碳纤维连续抽油杆作业车作业时工作平台处于水平状态,防止侧翻,开展了作业车自动调平系统的设计。在给出自动调平系统构成的基础上,着重论述了系统的自动调平控制方案、自动调平控制原理以及自动调平控制软件的设计,给出作业车自动调平控制系统流程图。

单向碳纤维复合材料微观形貌与性能相关性研究

利用金相显微镜、电子探针、扫描电镜对不同基体的单向碳纤维复合材料截面、界面进行了观察比较。结果表明:相同工艺条件下制备的几种不同基体碳纤维复合材料中,环氧树脂基碳纤维复合材料缺陷多,但纤维与基体的界面结合强,材料抗拉强度高;酚醛树脂基碳纤维复合材料与乙烯基酯碳纤维复合材料缺陷少,但界面结合差,材料抗拉强度低;材料界面结合状态与工艺参数有关。改性酚醛树脂、探索合理的生产工艺参数对改善界面结合状态,提高材料综合机械性能具有重要意义。

酚醛树脂基碳纤维连续抽油杆特性研究

为了克服普通碳纤维连续抽油杆在深井中不耐腐蚀的缺陷 ,开发了以改性的酚醛树脂为基体的碳纤维连续抽油杆。与环氧树脂基和乙烯基酯树脂基碳纤维连续抽油杆在耐腐蚀性能和力学性能方面的对比试验表明 :(1)酚醛树脂基碳纤维杆比另两种碳纤维杆的拉伸强度和抗疲劳强度稍低 ,但可满足油田要求 ,通过对碳纤维表面的处理和对酚醛树脂固化体系的适当调整可加以改进。 (2 )酚醛树脂基碳纤维杆的强度高 ,其韧性不如另两种碳纤维杆 ,由于难以同时获得较高强度和良好韧性 ,只能根据需要在强度和韧性之间选取一最佳值。 (3)酚醛树脂纤维杆交联密度高 ,耐腐蚀性能相对也高 ,特别适用于高温、高腐蚀性的深井 (30 0 0m以深 )

我国碳纤维复合材料连续抽油杆的研制及应用

1999年我国开始研制碳纤维复合材料连续抽油杆 (简称碳纤维抽油杆 ) ,现有四个制造厂研制成功碳纤维抽油杆、配套设备和碳纤维抽油杆—钢抽油杆混合抽油杆柱设计软件 ,研制成功的碳纤维抽油杆具有较高的抗疲劳强度 ,最高许用工作温度达 1 5 0℃ ,产品质量符合SY/T6 5 85 - 2 0 0 3《碳纤维复合材料连续抽油杆》的要求。目前我国正常使用碳纤维抽油杆的抽油井有 4 6口 ,矿场应用结果表明 ,节电和增产效果明显。碳纤维抽油杆具有密度小、抗疲劳性能好、耐腐蚀和连续长度长的优点 ,尤适用于深井、超深井、抽油机超载井和腐蚀井的原油开采 ,是一种有发展前途的特种抽油杆。

基于ANSYS的碳纤维连续抽油杆作业车侧翻稳定性的有限元分析

碳纤维连续抽油杆采油系统在我国油田的应用获得了初步的成功,并显示出其大面积推广的巨大经济价值。一种将杆柱起升(下放)与杆柱缠绕分别驱动的新型碳纤维连续抽油杆作业车被研制出来。为了防止该作业车侧翻,建立了由242个节点和228个单元组成的有限元分析数学模型,并用ANSYS通用有限元软件进行求解。经过计算和分析,得出该作业车正常工作时不会侧翻,该车整体结构设计是合理的。另外,所设计的数学模型有一定的使用价值和更深入研究的参考价值。

乙烯基酯树脂基碳纤维连续抽油杆的研制

研制的碳纤维连续抽油杆以乙烯基酯树脂为基体 ,碳纤维为增强体 ,采用拉挤成型工艺 ,杆体截面尺寸有 3 0×3、 3 2× 4 2和 3 5mm× 5mm 3种规格。对碳纤维连续抽油杆的力学性能和耐温性能的分析测试表明 ,其拉伸强度达到 2 0 0 0MPa,层间剪切强度 64MPa,材料的玻璃化转变温度Tg 为 1 3 8 6℃ ,杆体经 1 0 7次动态疲劳试验后强度保留率仍有 90 %。现场采油试验表明 ,碳纤维连续抽油杆比钢制抽油杆节能 3 0 %～ 5 0 %。

碳纤维复合材料抽油杆拉挤过程温度和固化度数学模型研究

本文首先对拉挤模具内热传导和固化反应动力学理论进行了分析研究,在合理假设的基础上,建立了适合碳纤维抽油杆拉挤模具内温度和固化度分布的数学模型。使用第三方软件Pu lModel对开发的计算机程序进行了验证,模拟结果与第三方软件的计算值吻合较好。

碳纤维抽油杆在弯曲工况下的力学性能研究

针对碳纤维抽油杆在实际应用过程中反复弯曲产生的性能下降,通过拉伸、弯曲、表面剪切试验,研究了碳纤维抽油杆的基本力学性能。同时设计了两套不同工况的卷绕工装,对碳纤维抽油杆进行弯曲应变测试,得到了不同碳纤维抽油杆直径、不同卷绕直径工装的弯曲应变,并运用SOLID185单元和Debonding功能建立卷绕弯曲的有限元模型,通过origin软件将模拟数据与试验数据进行分析对比,为碳纤维抽油杆在不同蠕变周期下的弯曲应变研究提供了基础。

碳纤维连续柔性抽油杆技术的应用与认识

设计采用地面光杆+碳纤维连续柔性抽油杆+加重杆+井下泵组合,提高防磨防脱效果,为抽油机井杆管偏磨、断脱问题的治理提供了新思路和新方法。为了提高碳纤维杆的耐磨性能,杆体设计由杆芯和包覆杆芯的保护层组成,经挤压、固化工艺成型,其兼有钢制杆和以钢丝绳外包裹橡胶为主体材料的连续杆的技术优势。同时,设计了专用安全金属接头和专用作业车,并优化研究出五种常用抽油泵与碳纤维杆、加重杆的组合匹配方案,以确保光杆、加重杆与碳纤维杆的顺利连接,并在井下使用。现场试验研究表明,碳纤维连续柔性抽油杆是一项新的工艺技术,有效缓解了钢制杆的杆管偏磨、断脱问题,同时具有节能降耗的优势,有力推动了抽油机井举升工艺更好更快地发展。

耐温型碳纤维拉挤复合材料连续抽油杆的制备和性能研究

针对国内石油开采的抽油杆长期耐温使用的需要 ,研究了 4种不同树脂基体的碳纤维拉挤复合材料的抽油杆样品 ,采用DSC分析了 4种树脂基体的固化特征 ,通过力学性能和动态热机械分析了所得的 4种碳纤维抽油杆样品的力学性能和耐热性能 ,并初步进行了碳纤维抽油杆的动态服役和实验室模拟的介质腐蚀静态实验。结果表明 :制备的 4种具有不同耐热等级的碳纤维抽油杆 ,可满足国内深井和超深井石油开采的抽油杆的耐温要求 ,具有良好的力学和耐温性能。

炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢摩擦学性能研究

利用MG-200型摩擦磨损试验机研究了炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢的摩擦学性能,考察了介质温度对摩擦学性能的影响;用扫描电子显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:在干摩擦条件下,炭纤维增强环氧树脂复合材料与N80钢对摩时的摩擦系数较低,炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损主要表现为树脂基体脱落碳化和炭纤维的折断剥落,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损特征;在油井产出液润滑下炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损率较低,摩擦系数和磨损率随着润滑介质温度的升高而增大,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损和腐蚀磨损特征.

碳纤维复合材料抽油杆瞬态动力学分析

针对碳纤维复合材料连续抽油杆的结构和工作状态,用ANSYS建立了其瞬态动力学模型。采用Shell 181单元对模型进行描述,通过Full法对模型进行瞬态动力学分析。数值模型固有频率与理论值相对误差小于5%,验证了模型的准确性。数值分析结果表明,冲次大小对悬点最大载荷的变化影响较大,而对泵行程的影响不是很明显;冲程长度和抽油杆厚度对抽油杆悬点的最大速度和加速度有影响,当冲程长度大于4.5m时,要考虑抽油杆厚度变化对悬点运动的影响。

钢质与碳纤维混合抽油杆柱生产系统优化设计

论文建立了钢质与碳纤维两种密度和弹性系数不同的抽油杆组成的混合杆柱的优化设计方法,能够较好计算出混合杆柱的运动规律,预测混合杆柱组合下的活塞行程等参数,采用论文所建立的设计方法,经现场应用,取得较好效果。