專利名稱：柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭的制作方法
技術領域：
本發明屬采油技術設備領域，特別適用于有桿泵機械深井采油。
國內外應用最廣泛的機械采油技術是有桿泵抽油技術，抽油桿是其關鍵部件之一。抽油桿在抽油過程中不但要承受交變載荷、振動載荷、沖擊載荷等多種外力，而且受到油中的酸、堿等多種腐蝕性介質的強烈腐蝕和沙礫等磨礪性介質的磨損。所以要求抽油桿具有很高的拉伸強度、疲勞強度、耐溫耐磨、耐腐蝕等性能。目前國內抽油桿按所用材料不同分為兩種鋼制抽油桿和玻璃鋼抽油桿。這兩種桿均呈剛性，長度有限，要用多個接頭和接箍連接才能實現井下抽油，在使用過程中存在摩擦阻力大、磨損嚴重、易發生脫扣等問題。
國外的柔性連續抽油桿主要有鋼絲繩抽油桿、截面為橢圓形的鋼帶抽油桿及復合帶抽油桿。前兩種桿雖然克服了剛性抽油桿的一些缺陷，但需配備裝有切割、熱處理、焊接和起下裝置的修井機、焊機車，還需配備貯存連續桿的大尺寸拖車，運輸、使用十分不便。復合帶抽油桿采用高級石墨、玻璃纖維、芳綸纖維和乙烯基樹脂等材料制成，雖然運輸、安裝比較方便，但成本較高且不耐高溫。
目前抽油桿的接頭有螺紋連接、膠結、焊接幾種。螺紋連接使抽油桿受到剪切應力的作用，進而易在接頭處斷裂；膠結不耐高溫；焊接工藝復雜，且焊接質量不易保證。膠結和焊接接頭不能拆卸。
本發明的目的在于研制適用于深井采油的柔性連續抽油桿及其接頭，解決長期以來有桿泵機械采油效率低、采油成本高的難題。
本發明的碳纖維抽油桿由碳纖維增強樹脂基復合材料組成，其中碳纖維和玻璃纖維為增強材料，環氧樹脂膠液為基體材料，環氧樹脂膠液含有環氧樹脂、丙酮、鄰苯二甲酸二丁酯、甲基四氫苯二甲酸酐、己二醇胺、硬脂酸鋅。原料配比(按重量％)為碳纖維60～65％玻璃纖維 0.5～1.0％
環氧樹脂膠液35～40％抽油桿的生產工藝采用傳統的拉擠法成型工藝，將100束12K碳纖維經環氧樹脂膠液浸漬后復合玻璃布進入拉擠機的預熱區和成型固化區迅速凝膠固化，然后經牽引盤繞到圓盤上，即完成制作過程。
碳纖維抽油桿主接頭為柔性桿與剛性桿標準件的可拆連接方式，便于安裝與更換，連接安全可靠，可用于柔性桿與剛性桿標準件接頭連接。
附
圖1給出了主接頭的主視結構示意圖。本接頭為柔性桿與剛性桿標準件之間的快速自鎖式連接裝置，由套筒1、半截錐體夾塊2、墊片3構成。套筒1一端為螺母4結構，另一端為內錐形結構，在螺母4底部裝有墊片3，在套筒1的內錐形部位裝有對稱的半截錐體夾塊2，半截錐體夾塊2之間留有間隙，半截錐體夾面頂端一面設有三個呈三角形分布的定位防滑銷6，對稱一面設有三個銷孔。接頭采用中碳鋼制造，其中套筒1起緊固和連接作用，緊固兩塊截錐體2并連接標準件；墊片3壓緊兩個半截錐體夾塊2，使之不發生松動；兩個半截錐體夾塊2夾緊柔性桿5并通過變徑實現越拉越緊；螺母4通過螺桿實現與剛性桿標準件的連接。
附圖2和附圖3為輔助對接接頭的主視結構示意圖。輔助接頭為柔性桿之間的快速對接裝置，圖2為單桿單向受力，圖3為單桿雙向受力。輔助接頭主要由套筒7、11和楔形滑塊8、12組成，當兩根柔性桿9、14端部一起裝配進楔形滑塊8、12后，一同插入扁方形套筒7、11內，外部用螺銷10固定，當對接的柔性桿9、14受拉力向相反的方向運動時，帶動楔形滑塊8、12運動。
本接頭克服了焊接和膠結的弊病，固定強度高，最高承受拉力12噸，可快速拆卸，而且制造工藝簡單，是一種可靠方便的自鎖式連接方式。
本發明柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿的技術指標為拉伸強度 ≥2000Mpa抗疲勞性能失效的循環次數≥107拉伸模量 200Gpa
使用溫度0℃～130℃密度1.55×103kg/m3碳纖維抽油桿具有較高的強度和模量，耐腐蝕，抗疲勞性能好，使用壽命較長，明顯優于玻璃鋼抽油桿。本發明比鋼抽油桿輕很多，柔性好，而且截面較小，所以與油管的摩擦最小，可更充分發揮地面和地下裝置的能力，從而大大減少電力消耗。線密度很小，只相當于常規抽油桿的0.06倍，可大大減小抽油桿的懸點載荷，適合于深井采油。采用本發明的扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭，運輸方便，起、下安裝速度快。省時省工，安全可靠。
從預成型模具出來的坯料進入主成型模具。主成型模具長度1.5米，用工具鋼制成，采用鍍鉻或滲鉭法處理。這樣既有利于脫模又可減少摩擦阻力，延長模具的使用壽命。主成型模具中，采用電感加熱將溫度分為四個區(100℃、120℃、160℃、120℃)。當固化后，由特殊的第一夾頭夾住制品送交第二夾頭，在此過程中完成脫模冷卻，當第二夾頭夾住制品后，第一夾頭再去夾住從主成型模具出來的制品，第二夾頭將制品經牽引送到直徑為2m的圓盤上盤繞，即完成生產過程。使用前兩端接上快速自鎖式接頭，即可下井使用。
權利要求
1．柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭，其增強材料為連續碳纖維和玻璃纖維，基體材料為環氧樹脂膠液，環氧樹脂膠液含有環氧樹脂、丙酮、鄰苯二甲酸二丁酯、甲基四氫苯二甲酸酐、已二醇胺、硬脂酸鋅，采用拉擠法成型工藝，其特征在于該扁帶式碳纖維抽油桿原料配比(按重量％)為碳纖維 60～65％玻璃纖維0.5～1.0％
2．根據權利要求書1所述的柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭，其特征在于所述的主接頭由套筒1、半截錐體夾塊2、墊片3構成。套筒一端為螺母4結構，另一端為內錐形結構，在螺母4底部裝有墊片3，在套筒1的內錐形部位裝有對稱的半截錐體夾塊2，半截錐體夾塊2之間留有間隙以插入柔性桿5，半截錐體夾面頂端一面設有三個呈三角形分布的定位防滑銷6，對稱一面設有三個銷孔。
3．根據權利要求書1所述的柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭，其特征在于所述的輔助接頭主要由套筒7、11和楔形滑塊8、12構成。兩根柔性桿9、14端部一起裝配進楔形滑塊8、12后，一同插入扁方形套筒7、11內，外部用螺銷10固定，當對接的柔性桿9、14受拉力向相反的方向運動時，帶動楔形滑塊8、12運動。
全文摘要
本發明的柔性連續扁帶式碳纖維抽油桿及其接頭,其抽油桿以碳纖維和玻璃纖維為增強材料,環氧樹脂膠液為基體材料,采用拉擠法制造成型工藝,具有較高的強度、模量和耐腐蝕、抗疲勞性能。抽油桿連接接頭采用快速自鎖裝置,運輸、安裝方便,節省能源,適用于有桿泵機械深井采油。
文檔編號E21B17/02GK1285456SQ9911238
公開日2001年2月28日 申請日期1999年8月20日 優先權日1999年8月20日
發明者蔡華蘇, 孫乃武, 劉建軍, 王艷芝 申請人:山東工業大學