一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆制造技术

本发明专利技术属于油田采油设备领域，尤其涉及一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆，包括碳纤维芯体、包覆在碳纤维芯体外侧的玻璃纤维层和包覆在玻璃纤维层外侧的环氧树脂层，碳纤维芯体由通过树脂粘结的碳纤维束构成，所述的玻璃纤维层由缠绕玻璃纤维层和纵向玻璃纤维层组成，缠绕玻璃纤维层螺旋缠绕在碳纤维芯体的外侧，构成纵向玻璃纤维层的玻璃纤维与碳纤维平行设置。本发明专利技术所述的抽油杆中设置了两层缠绕玻璃纤维层，缠绕玻璃纤维层可束缚碳纤维芯体中各股碳纤维，有效增强了抽油杆的抗扭强度，同时，用两层缠绕玻璃纤维层将碳纤维芯体包裹，可有效防止纵向玻璃纤维层与碳纤维芯体掺合，从而保证了碳纤维芯体的圆度，消除了强度弱点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油田采油设备领域，尤其涉及一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆。
技术介绍
抽油杆是石油生产过程中常用的一种设备，采油时，通过抽油杆带动井下的抽油泵泵杆上下往复运动，从而将地层内的石油等液体泵送至地面。在使用过程中，通常要将抽油杆连接至上千米，在此种情况下，抽油杆要承受的自身悬重和抽油泵的负荷，因此承受的拉力比较大。现有的抽油杆多由钢材制成，但钢材存在重量大、易腐蚀、易磨损等物理缺陷，使得抽油杆的损耗居高不下。另外，现有的抽油杆大多为分段式结构，施工时需要逐段安装，因此施工效率比较低。为了解决上述问题，科研人员专利技术了一种碳纤维连续抽油杆，这种抽油杆利用碳纤维质量轻、韧性好、抗拉强度高等优越的物理性能，解决了上述问题。但这种抽油杆也存在一些缺陷：1、现有的碳纤维抽油杆的抗扭强度比较差；2、现有的碳纤维抽油杆中的碳纤维和玻璃纤维的走向均与抽油杆的长度方向相同，生产时，本该包覆在碳纤维外侧的玻璃纤维很容易掺入碳纤维束中，从而对抽油杆的强度造成不利影响。3、现有的碳纤维抽油杆的外层均为单纯的环氧树脂层，耐磨性较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本专利技术提供了一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆，包括连续抽油杆和抽油杆接头，连续抽油杆内含有碳纤维芯体,所述的碳纤维芯体外依次螺旋缠绕有缠绕玻璃纤维层A和缠绕玻璃纤维层B，缠绕玻璃纤维层B外包覆有纵向玻璃纤维层，纵向玻璃纤维层外壁涂覆有环氧树脂层，所述的环氧树脂层的外侧还包覆有聚乙烯层,碳纤维芯体由150根/12K---242根/12K碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成，碳纤维拉伸强度4950Mpa以上，碳纤维芯体的质量百分含量为33.1---28.3％，碳纤维芯体直径为11--14mm，缠绕玻璃纤维层A和缠绕玻璃纤维层B两层缠绕玻璃纤维的缠绕螺旋角均为45°，缠绕方向相反，缠绕玻璃纤维层A和缠绕玻璃纤维层B由环氧树脂粘结在碳纤维芯体上，缠绕玻璃纤维层A和缠绕玻璃纤维层B的质量百分含量为5.0—5.9％，缠绕玻璃纤维层A和缠绕玻璃纤维层B两层的缠绕厚度为0.4—0.6mm，纵向玻璃纤维层的玻璃纤维与碳纤维芯体平行设置，纵向玻璃纤维层质量百分含量32—38％，纵向玻璃纤维层由42根/2400tex--106根/2400tex玻璃纤维组成，纵向玻璃纤维层由环氧树脂粘结在缠绕玻璃纤维层B外壁，连续抽油杆的两个端头连接有抽油杆接头，抽油杆接头与连续抽油杆杆体的连接处能承受的拉力达到698KN，剪切强度达到92MPa；拉伸弹性模量≥150GPa,抽油杆接头主要由锥套、外套管和连接头组成，外套管与连接头之间通过螺纹连接，连接头将锥套封装在外套管内，锥套与外套管的接触面为圆锥面。上述方案中的连续抽油杆的聚乙烯层外侧还设有石墨烯层。上述方案中，所述的缠绕玻璃纤维层A、缠绕玻璃纤维层B及纵向玻璃纤维层中的玻璃纤维采用S级无碱玻璃纤维，玻璃纤维强度2500Mpa以上；线密度2400±5％TEX；拉伸弹性模量88Gpa以上、含水率0.1％以下。上述方案中的环氧树脂耐温160℃，环氧树脂拉伸强度60-85Mpa、拉伸模量2.5-3.0Gpa、伸长率3.5-5.0％、弯曲强度100-135Mpa、弯曲模量2.5-3.5Gpa。上述方案中，所述的锥套的两端各加工有一个切口，切口沿轴线方向切入，两个切口所在的平面相互垂直，切口的长度占锥套总长度的百分比为85％-90％。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所述的抽油杆中设置了两层方向相反的缠绕玻璃纤维，缠绕玻璃纤维可束缚碳纤维芯体中各股碳纤维，避免抽油杆承受扭矩时各股碳纤维发生分离引起抽油杆损坏，从而有效增强了抽油杆的抗扭强度，同时，用两层方向相反的缠绕玻璃纤维将碳纤维芯体包裹，可有效防止纵向玻璃纤维层与碳纤维芯体掺合，从而保证了碳纤维芯体的圆度，即保证了抽油杆结构强度的均匀性，消除了强度弱点。2、聚乙烯层和石墨烯层赋予抽油杆更优秀的耐磨性能，同时，通过在抽油杆表面设置多层结构，可避免油液渗透，延缓树脂水解，从而防止抽油杆因树脂水解而损坏。所涉及的技术成熟可靠，性能稳定性高。3、石墨烯具有极好的耐磨性能，在生产时，石墨烯层的厚度极小，因此，在抽油杆直径一定的情况下，增加石墨烯层不会影响其它各层的结构分布。4、在抽油杆本身的弯曲直径不增大的同时，利用石墨烯的耐磨性，改善连续杆的耐磨性能。当石墨烯磨损失效后，热固性聚乙烯代替其性能继续保护抽油杆的内部结构。而且热固性的聚乙烯与抽油杆的环氧树脂层5为两相结构，当热固性PE材料磨损失效后，可以通过相应工艺对受损部分进行剥离重新修复，增加抽油杆使用寿命。5、本专利技术针对本抽油杆设计了配套的专用抽油杆接头，通过该抽油杆接头可以将本抽油杆与普通的钢制抽油杆快速、稳定、可靠地连接。附图说明图1是本专利技术中的抽油杆的结构示意图；图2是抽油杆接头的结构示意图；图3是锥套的剖视图；图4是图3中A向的剖视图。图中：1-碳纤维芯体，2-缠绕玻璃纤维层A，3-缠绕玻璃纤维层B，4-纵向玻璃纤维层，5-环氧树脂层，6-聚乙烯层，7-石墨烯层，8-锥套，9-外套管，10-连接头，11-切口。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述：本实施例包括碳纤维芯体1,碳纤维芯体1由150根/12K---242根/12K碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成，碳纤维拉伸强度≥4950MPa，所述的碳纤维芯体1外依次螺旋缠绕有缠绕玻璃纤维层A2和缠绕玻璃纤维层B3，缠绕玻璃纤维层B3外包覆有纵向玻璃纤维层4，纵向玻璃纤维层4外壁涂覆有环氧树脂层5。缠绕玻璃纤维可束缚碳纤维芯体1中各股碳纤维，避免抽油杆承受扭矩时各股碳纤维发生分离引起抽油杆损坏，从而有效增强了抽油杆的抗扭强度，同时，用缠绕玻璃纤维将碳纤维芯体1包裹，可有效防止纵向玻璃纤维层4与碳纤维芯体1掺合，从而保证了碳纤维芯体1的圆度，即保证了抽油杆结构强度的均匀性，消除了强度弱点。碳纤维芯体1由150根/12K---242根/12K碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成，碳纤维芯体1的质量百分含量为33.1---28.3％，碳纤维芯体1直径为11--14mm。每根碳纤维的单丝数量是碳纤维的一项重要指标，单丝数量越大成本越高，但强度越高同时抽油杆也会加粗。本专利技术选用单丝数量为12K的碳纤维，在满足连续抽油杆的强度要求的同时，也兼顾了经济性。受使用环境和生产标准的限制，连续抽油杆的直径通常被限定为几个固定值，根据连续抽油杆直径的不同，将12K碳纤维的数量限制在150-242根，可在保证连续抽油杆强度的同时降低了生产成本，抽油杆整体也变轻了降低了能耗，保证连续抽油杆的其它层不会因为碳纤维芯体1的直径过大而被迫压缩，进而影响连续抽油杆的整体性能。本专利技术将碳纤维芯体1的质量百分含量为33.1---28.3％，这是极有必要的。在碳纤维的根数被限定的情况下，对碳纤维芯体1的质量百分含量的限定既是对连续抽油杆质量的限定，也是对连续抽油杆内碳纤维含量与其它各组分含量的比例的限定。连续抽油杆的直径一定时，碳纤维芯体1的质量百分含量越高，连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆，包括连续抽油杆和抽油杆接头，连续抽油杆内含有碳纤维芯体(1),其特征在于：所述的碳纤维芯体(1)外依次螺旋缠绕有缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)，缠绕玻璃纤维层B(3)外包覆有纵向玻璃纤维层(4)，纵向玻璃纤维层(4)外壁涂覆有环氧树脂层(5)，所述的环氧树脂层(5)的外侧还包覆有聚乙烯层(6)，碳纤维芯体(1)由150根/12K‑‑‑242根/12K，碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成，碳纤维拉伸强度4950Mpa以上，碳纤维芯体(1)的质量百分含量为33.1‑‑‑28.3％，碳纤维芯体(1)直径为11‑‑14mm，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)两层缠绕玻璃纤维的缠绕螺旋角均为45°，缠绕方向相反，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)由环氧树脂粘结在碳纤维芯体(1)上，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)的质量百分含量为5.0—5.9％，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)两层的缠绕厚度为0.4—0.6mm，纵向玻璃纤维层(4)的玻璃纤维与碳纤维芯体(1)平行设置，纵向玻璃纤维层(4)质量百分含量32—38％，纵向玻璃纤维层(4)由42根/2400tex‑‑106根/2400tex的玻璃纤维组成，纵向玻璃纤维层(4)由环氧树脂粘结在缠绕玻璃纤维层B(3)外壁，连续抽油杆的两个端头连接有抽油杆接头，所述的抽油杆接头主要由锥套(8)、外套管(9)和连接头(10)组成，外套管(9)与连接头(10)之间通过螺纹连接，连接头(10)将锥套(8)封装在外套管(9)内，锥套(8)与外套管(9)的接触面为圆锥面。...

【技术特征摘要】
1.一种包覆有聚乙烯层的多层耐磨擦碳纤维连续抽油杆，包括连续抽油杆和抽油杆接头，连续抽油杆内含有碳纤维芯体(1),其特征在于：所述的碳纤维芯体(1)外依次螺旋缠绕有缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)，缠绕玻璃纤维层B(3)外包覆有纵向玻璃纤维层(4)，纵向玻璃纤维层(4)外壁涂覆有环氧树脂层(5)，所述的环氧树脂层(5)的外侧还包覆有聚乙烯层(6)，碳纤维芯体(1)由150根/12K---242根/12K，碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成，碳纤维拉伸强度4950Mpa以上，碳纤维芯体(1)的质量百分含量为33.1---28.3％，碳纤维芯体(1)直径为11--14mm，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)两层缠绕玻璃纤维的缠绕螺旋角均为45°，缠绕方向相反，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)由环氧树脂粘结在碳纤维芯体(1)上，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)的质量百分含量为5.0—5.9％，缠绕玻璃纤维层A(2)和缠绕玻璃纤维层B(3)两层的缠绕厚度为0.4—0.6mm，纵向玻璃纤维层(4)的玻璃纤维与碳纤维芯体(1)平行设置，纵向玻璃纤维层(4)质量百分含量32—38％，纵向玻璃纤维层(4)由42根/2400tex--106根/2400tex的玻璃纤维组成，纵向玻璃纤维层(4)由环氧树脂粘结在缠绕玻璃纤维层B(3)外壁，连续抽油杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：席小平，
申请(专利权)人：大庆市华禹石油机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23