本發(fā)明屬于采油設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)置連續(xù)絮狀耐磨層的碳纖維連續(xù)抽油桿。

背景技術(shù)：

碳纖維連續(xù)抽油桿，是近年來(lái)應(yīng)用于抽油機(jī)上的新型抽油桿，與傳統(tǒng)的鋼制抽油桿相比，碳纖維抽油桿具有抗拉強(qiáng)度大，施工工藝簡(jiǎn)單，施工周期短，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，油田已應(yīng)用的碳纖維連續(xù)抽油桿的耐磨性能較差，使用壽命有待提高。

為解決上述問(wèn)題，科研人員研發(fā)了一系列的新型碳纖維抽油桿，這些新型抽油桿主要通過(guò)三種方式來(lái)改善抽油桿的耐磨性能：

一是在抽油桿的環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)添加耐磨顆粒，通過(guò)碳化硅、氮化硼等硬質(zhì)耐磨顆粒來(lái)改善耐磨性，但采用這種方式生產(chǎn)的抽油桿存在明顯不足，因?yàn)椋合颦h(huán)氧樹(shù)脂中摻加耐磨顆粒時(shí)難以保證耐磨顆粒在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)分布的絕對(duì)均勻性，也就無(wú)法保證耐磨層的完整性，因此這種抽油桿存在耐磨性能盲區(qū)，嚴(yán)重影響抽油桿的整體耐磨性能。

二是在抽油桿的表面增加聚乙烯等外耐磨層，對(duì)于此種抽油桿，聚乙烯層雖然具有較好的耐磨性能，但硬度較小，容易在作業(yè)過(guò)程中受井壁的剮蹭而損壞。同時(shí)，聚乙烯層在抽油桿使用過(guò)程中存在脫落的可能。

三是在抽油桿內(nèi)設(shè)置耐磨纖維層或耐磨織物層，這種結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在于，成股的纖維或織物的浸膠性能有限，與環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)合度以及環(huán)氧樹(shù)脂的浸入度均比較差，致使構(gòu)成耐磨纖維或耐磨織物的耐磨材料的耐磨性能大打折扣。

因此，有必要研發(fā)一種新型的碳纖維連續(xù)抽油桿來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳纖維連續(xù)抽油桿耐磨性能差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種內(nèi)置連續(xù)絮狀耐磨層的碳纖維連續(xù)抽油桿，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明提供一種內(nèi)置連續(xù)絮狀耐磨層的碳纖維連續(xù)抽油桿，包括碳纖維芯體、耐磨層和環(huán)氧樹(shù)脂層，碳纖維芯體的外側(cè)設(shè)置有粗紗層，在粗砂層的外側(cè)設(shè)置耐磨層，耐磨層的外側(cè)設(shè)置有細(xì)紗層，所述的環(huán)氧樹(shù)脂層設(shè)置在細(xì)紗層的外側(cè)；

所述的粗紗層由細(xì)度為3000d的芳綸纖維制成，所述的耐磨層由棉絮狀的丙綸條包覆而成，所述的細(xì)紗層由細(xì)度為1100的芳綸纖維制成；所述的碳纖維、芳綸纖維以及丙綸條的長(zhǎng)度方向均與抽油桿的軸線方向一致；

抽油桿中碳纖維的質(zhì)量百分含量為28％-30％，粗紗層中的芳綸纖維的質(zhì)量百分含量為22％-24％，丙綸條的質(zhì)量百分含量為3％-4％，細(xì)紗層中的芳綸纖維的質(zhì)量百分含量為10％-12％，其余成分為環(huán)氧樹(shù)脂；

所述的碳纖維的規(guī)格為t300/6k；

所述的環(huán)氧樹(shù)脂層內(nèi)摻加有耐磨顆粒。

優(yōu)選地，所述的抽油桿的截面形狀為長(zhǎng)條形。

優(yōu)選地，所述的抽油桿的截面形狀為橢圓形。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明創(chuàng)造性地采用了獨(dú)特的棉絮狀內(nèi)置丙綸耐磨層，并同時(shí)在環(huán)氧樹(shù)脂層內(nèi)摻加了耐磨顆粒，這種抽油桿具有如下優(yōu)點(diǎn)，

1、作為耐磨層的丙綸為條狀扁帶結(jié)構(gòu)，丙綸條沿抽油桿的長(zhǎng)度方向設(shè)置，丙綸條的寬度等于粗紗層外側(cè)圓柱面的周長(zhǎng)，與在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)添加耐磨顆粒的耐磨結(jié)構(gòu)相比，以丙綸為核心的耐磨層是均勻的、連續(xù)的、完整的，因此有效消除了性能盲區(qū)，改善了抽油桿的整體耐磨性能。

2、本發(fā)明設(shè)置了內(nèi)外兩層耐磨結(jié)構(gòu)(摻加了耐磨顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂層和耐磨層)，摻加了耐磨顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂層雖然有存在性能盲區(qū)的可能，但仍可以防止耐磨層局部大范圍磨損，從而保護(hù)了耐磨層。

3、本發(fā)明采用的丙綸為棉絮狀結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中的成股的耐磨纖維或耐磨織物相比，環(huán)氧樹(shù)脂可以更充分地浸入到丙綸條內(nèi)的每根纖維單絲之間，因此耐磨材料與環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)合度以及環(huán)氧樹(shù)脂的浸入度大大提高，從而使得耐磨材料的耐磨性能得以充分發(fā)揮。

另外，在現(xiàn)有的碳纖維抽油桿中，為了增加抽油桿的抗劈裂性能和抗剪切性能，往往要在碳纖維芯體的外側(cè)纏繞至少一層玻璃纖維，這種方式無(wú)疑會(huì)增加產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和生產(chǎn)難度。然而，對(duì)于本發(fā)明所述的碳纖維抽油桿來(lái)說(shuō)，在環(huán)氧樹(shù)脂和丙綸纖維的結(jié)合體中，丙綸纖維單絲起到了增強(qiáng)纖維的作用，從而使得環(huán)氧樹(shù)脂和丙綸纖維的結(jié)合體具有較大的比強(qiáng)度和比模量，這一特性使得抽油桿的抗劈裂性能和抗剪切性能均得到了顯著提高，從而簡(jiǎn)化了工藝設(shè)備，降低了工藝難度。

4、在制造本發(fā)明所述的抽油桿時(shí)，各工序僅需要通過(guò)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備中的拉擠模具，即可成型，而不再需要配備編織機(jī)、纏繞機(jī)等機(jī)器，進(jìn)一步改善了本發(fā)明的生產(chǎn)工藝性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的截面圖；

圖2是本發(fā)明的截面為長(zhǎng)條形時(shí)的截面圖；

圖3是粗紗層與作為耐磨層的丙綸條的位置關(guān)系示意圖。

圖中：1-碳纖維芯體，2-粗紗層，3-耐磨層，4-細(xì)紗層，5-環(huán)氧樹(shù)脂層。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

本實(shí)施例包括碳纖維芯體1、耐磨層3和環(huán)氧樹(shù)脂層5，這是現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維抽油桿的基本結(jié)構(gòu)。

碳纖維芯體1的外側(cè)設(shè)置有粗紗層2，在粗砂層2的外側(cè)設(shè)置耐磨層3，耐磨層3的外側(cè)設(shè)置有細(xì)紗層4，所述的環(huán)氧樹(shù)脂層5設(shè)置在細(xì)紗層4的外側(cè)。其中，碳纖維芯體1的作用是承受大部分拉力載荷；粗紗層2和細(xì)紗層4的作用是與碳纖維芯體1共同分擔(dān)拉力載荷，減少碳纖維的用量，從而降低抽油桿的生產(chǎn)升本，同時(shí)，組成粗紗層2和細(xì)紗層4的芳綸纖維具有較好的耐磨性能，有助于改善抽油桿的耐磨性能。耐磨層3的作用是改善耐磨性能。

所述的耐磨層3由棉絮狀的丙綸條包覆而成。作為耐磨層3的丙綸為條狀扁帶結(jié)構(gòu)，丙綸條沿抽油桿的長(zhǎng)度方向設(shè)置，丙綸條的寬度等于粗紗層2外側(cè)圓柱面的周長(zhǎng)，與在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)添加耐磨顆粒的耐磨結(jié)構(gòu)相比，以丙綸為核心的耐磨層3更均勻、更連續(xù)、更完整，因此有效消除了性能盲區(qū)，改善了抽油桿的整體耐磨性能。本發(fā)明采用的丙綸為棉絮狀結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)中的成股的耐磨纖維或耐磨織物相比，環(huán)氧樹(shù)脂可以更充分地浸入到丙綸條內(nèi)的每根纖維單絲之間，因此作為耐磨材料的丙綸與環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)合度以及環(huán)氧樹(shù)脂的浸入度大大提高，丙綸和環(huán)氧樹(shù)脂可以最大程度地結(jié)合，從而使得耐磨材料的耐磨性能得以充分發(fā)揮。

在本發(fā)明中，芳綸纖維分為粗砂和細(xì)紗兩種，粗砂和細(xì)紗的區(qū)別在于：與細(xì)紗相比，在用量一定的情況下，采用粗砂時(shí)所需的紗線軸較少，占用的空間也比較少，生產(chǎn)周期也比較短，但由于粗砂的浸膠性能不如細(xì)紗，因此粗紗層2的耐磨性能不如細(xì)紗層4。在本發(fā)明中，粗紗層2由細(xì)度為3000d(d為細(xì)度單位：旦尼爾)的芳綸纖維制成，所述的細(xì)紗層4由細(xì)度為1100d的芳綸纖維制成。通過(guò)采用兩種細(xì)度不同的芳綸纖維，兼顧了生產(chǎn)工藝性和耐磨性能，是抽油桿獲得了較好的綜合性能。

所述的碳纖維、芳綸纖維以及丙綸條的長(zhǎng)度方向均與抽油桿的軸線方向一致，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可大大簡(jiǎn)化抽油桿的生產(chǎn)工藝流程，降低工藝難度，質(zhì)量穩(wěn)定性也更容易保證。在制造本發(fā)明所述的抽油桿時(shí)，各工序僅需要通過(guò)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備中的拉擠模具，即可成型，而不再需要配備編織機(jī)、纏繞機(jī)、注塑機(jī)、噴丸機(jī)等機(jī)器，對(duì)工藝的簡(jiǎn)化程度十分顯著。

抽油桿中碳纖維的質(zhì)量百分含量為28％-30％，粗紗層2中的芳綸纖維的質(zhì)量百分含量為22％-24％，丙綸條的質(zhì)量百分含量為3％-4％，細(xì)紗層4中的芳綸纖維的質(zhì)量百分含量為10％-12％，其余成分為環(huán)氧樹(shù)脂，通過(guò)控制各組成部分的質(zhì)量百分含量，方可得到綜合性能符合設(shè)計(jì)要求的抽油桿。

為保證足夠的抗拉強(qiáng)度，現(xiàn)有技術(shù)中的碳纖維的規(guī)格均為12k的，但在本發(fā)明中，為減少紗線軸的數(shù)量，降低降低紗線軸對(duì)空間占用，本發(fā)明采用的碳纖維的規(guī)格為t300/6k，使得紗線軸的數(shù)量減少了一半，紗線軸占用的空間也減少了一半。

所述的環(huán)氧樹(shù)脂層5內(nèi)摻加有耐磨顆粒。本發(fā)明設(shè)置了內(nèi)外兩層耐磨結(jié)構(gòu)(摻加了耐磨顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂層5和耐磨層3)，摻加了耐磨顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂層5雖然有存在性能盲區(qū)的可能，但仍可以防止耐磨層3局部大范圍磨損，從而保護(hù)了耐磨層3。

優(yōu)選地，所述的抽油桿的截面形狀為長(zhǎng)條形或橢圓形，與現(xiàn)有技術(shù)中的截面為圓形的抽油桿結(jié)構(gòu)相比，在截面面積相同的情況下，長(zhǎng)條形或橢圓形的截面形狀的抽油桿的最小彎曲半徑更小，從而顯著減小了用于盤繞抽油桿的輪盤的直徑，使得抽油桿的轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝和施工設(shè)備的體積大大減小。

在本發(fā)明的設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員也考慮到了如何對(duì)現(xiàn)有的碳纖維連續(xù)抽油桿生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化的問(wèn)題。在現(xiàn)有的碳纖維抽油桿中，為了增加抽油桿的抗劈裂性能和抗剪切性能，往往要在碳纖維芯體1的外側(cè)纏繞至少一層玻璃纖維，這種方式無(wú)疑會(huì)增加產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和生產(chǎn)難度。然而，對(duì)于本發(fā)明所述的碳纖維抽油桿來(lái)說(shuō)，在環(huán)氧樹(shù)脂和丙綸纖維的結(jié)合體中，丙綸纖維單絲起到了增強(qiáng)纖維的作用，從而使得環(huán)氧樹(shù)脂和丙綸纖維的結(jié)合體具有較大的比強(qiáng)度和比模量，這一特性使得抽油桿的抗劈裂性能和抗剪切性能均得到了顯著提高，從而簡(jiǎn)化了工藝設(shè)備，降低了工藝難度。