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近幾年來(lái)，隨著油價(jià)的持續(xù)低迷對(duì)油田開發(fā)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)嚴(yán)重的困境，新常態(tài)與低油價(jià)給油田開發(fā)生產(chǎn)帶來(lái)了更大挑戰(zhàn)。在新形勢(shì)下，如何突破目前石油市場(chǎng)的油價(jià)持續(xù)低迷重圍，實(shí)現(xiàn)油田油井開發(fā)生產(chǎn)提質(zhì)增效成為一項(xiàng)重要的研究課題。面對(duì)這一新問(wèn)題，勝利油田積極開展了許多有益的實(shí)踐與探索，積極開展新工藝、新技術(shù)、新技術(shù)和新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用試驗(yàn)，大力降低開發(fā)成本和油氣生產(chǎn)能耗，降低油氣開發(fā)成本，特別是對(duì)于易腐蝕井，金屬鋼質(zhì)抽油桿因油井內(nèi)液體含硫酸性腐蝕、偏磨等問(wèn)題難以解決，造成抽油桿因腐蝕斷桿問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，既影響了油井正常生產(chǎn)，又增加了油井作業(yè)維修費(fèi)用。金屬抽油桿的存在歷史已經(jīng)有一百多年了，能存在這么久，確實(shí)說(shuō)明金屬抽油桿的價(jià)值，但在油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)以及低油價(jià)等背景下，金屬抽油桿的局限性也越來(lái)顯著。比如，自身比重大，難以下得更深；易腐蝕、能耗高等等。統(tǒng)計(jì)顯示，如果桿柱重量降低一半，僅電耗就能降低20～30%。所以按照油田開發(fā)現(xiàn)狀的需求及節(jié)能降耗的要求，研究應(yīng)用高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐腐、抗磨的新材料替代金屬抽油桿就成為必須要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因此，推廣應(yīng)用新型碳纖維連續(xù)抽油桿技術(shù)，有助于提升油田開發(fā)質(zhì)量和采油生產(chǎn)工藝，起到良好的提質(zhì)增效和節(jié)能降耗效果。

碳纖維連續(xù)抽油桿檢測(cè)技術(shù)

自碳纖維連續(xù)抽油桿六年前問(wèn)世以來(lái)。確定一套碳纖維復(fù)合材料抽油桿量身定制檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系已成為一項(xiàng)重要的研究課題。有別于各向同性的金屬產(chǎn)品，由碳纖維、玻璃纖維和纏繞層復(fù)合制成的碳纖維抽油桿具有各向異性，即每個(gè)方向的抗拉、抗壓、抗彎性能都不同，除了要評(píng)價(jià)抽油桿常規(guī)的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彈性模量等核心指標(biāo)，還要表征層間剪切強(qiáng)度。 蠕變強(qiáng)度也是評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。鋼制抽油桿長(zhǎng)度只有八九米，易于存儲(chǔ)，而碳纖維抽油桿長(zhǎng)達(dá)5000米，在卷盤里存儲(chǔ)，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)發(fā)生蠕變退化現(xiàn)象。勝利油田通過(guò)開展研究攻關(guān)提出采用水浸超聲無(wú)損檢測(cè)方法不僅能準(zhǔn)確識(shí)別產(chǎn)品內(nèi)在的毛刺、氣孔、裂紋等缺陷，而且實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線檢測(cè)，填補(bǔ)了國(guó)際空白。  抗拉強(qiáng)度是衡量抽油桿性能的核心指標(biāo)。但傳統(tǒng)的抗拉強(qiáng)度檢測(cè)裝備并不適用于碳纖維抽油桿，裝備夾具力大了，容易夾碎；力小了，抽油桿易滑脫。試驗(yàn)，失敗，改進(jìn)，再試驗(yàn)……經(jīng)過(guò)一年的攻關(guān)，勝利油田科技人員成功研制出適合碳纖維抽油桿抗拉強(qiáng)度檢測(cè)的專用夾具，室內(nèi)試驗(yàn)成功率達(dá)98%。目前，勝利油田已構(gòu)建起碳纖維抽油桿拉伸、彎曲、耐溫等檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，建立了碳纖維抽油桿理化性能檢測(cè)技術(shù)，形成了碳纖維連續(xù)抽油桿復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為碳纖維連續(xù)抽油桿復(fù)合材料工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

碳纖維連續(xù)抽油桿的改進(jìn)

第一代碳纖維連續(xù)抽油桿產(chǎn)品桿體全身是碳纖維，碳纖維抽油桿下井，碳芯層脫落現(xiàn)象頻繁。碳芯層和纏繞層是借助碳芯層自有樹脂浸潤(rùn)界面膠結(jié)在一起，層間界面強(qiáng)度低，存在產(chǎn)品質(zhì)量上的缺陷。科研人員經(jīng)過(guò)對(duì)桿體失效原因分析后，通過(guò)改進(jìn)制造工藝，增加纏繞層浸膠工序，層間強(qiáng)度由45兆帕提高到65兆帕，碳桿現(xiàn)場(chǎng)斷脫故障率由18.7%降至1.6%。同時(shí)，針對(duì)井下高溫、高壓、腐蝕環(huán)境，通過(guò)開展仿真模擬試驗(yàn)，研究碳纖維連續(xù)抽油桿力學(xué)性能演化規(guī)律，確定了油井工況應(yīng)用界限。這一研究實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)力條件下管柱疲勞壽命的預(yù)測(cè)，為桿柱設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。通過(guò)對(duì)碳纖維抽油桿的彎曲度性能分析，確定了最佳卷盤直徑，產(chǎn)品即使卷繞存儲(chǔ)5年，性能依然符合安全使用標(biāo)準(zhǔn)。碳纖維抽油桿以卷繞的方式存儲(chǔ)在卷盤上，保證產(chǎn)品不受損傷且易存儲(chǔ)、運(yùn)輸。科研人員通過(guò)對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿生產(chǎn)工藝、儲(chǔ)存方式等生產(chǎn)、儲(chǔ)存、檢測(cè)工藝技術(shù)的改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量和性能得到有效提升。目前碳纖維連續(xù)抽油桿產(chǎn)品已發(fā)展到四層結(jié)構(gòu)的第四代產(chǎn)品，為新型復(fù)合材料替代傳統(tǒng)金屬抽油桿提供了產(chǎn)品性能質(zhì)量保障。
碳纖維連續(xù)抽油桿的優(yōu)點(diǎn)

作為傳統(tǒng)鋼制抽油桿的替代品，碳纖維復(fù)合材料抽油桿性能卓越，解決了傳統(tǒng)抽油桿易腐蝕、壽命短、能耗高、需要套桿連接、起下時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，深抽增油、節(jié)能降耗、防腐延壽效果顯著，被業(yè)內(nèi)專家視為采油系統(tǒng)革命性、顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品。碳纖維抽油桿重量只有鋼制抽油桿的1/4，節(jié)能效果顯著。勝利油田東辛采油廠電泵井平均日耗電1529千瓦時(shí)，采用碳纖維抽油桿，在日產(chǎn)油不變的情況下，日耗電僅215千瓦時(shí)。同時(shí)提升了油井系統(tǒng)運(yùn)行效率。油井系統(tǒng)效率由項(xiàng)目實(shí)施前23．56%提升到項(xiàng)目實(shí)施后的30．75%，油井平均系統(tǒng)效率提升 7.19%，達(dá)到了油井“能效倍增”的技術(shù)改造目標(biāo)，完全符合油田生產(chǎn)綠色、節(jié)能、低碳、高效、共享的發(fā)展理念要求。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果表明，應(yīng)用碳纖維抽油桿，油井的泵掛深度可增加500～800米，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量可實(shí)現(xiàn)翻番，目前已在國(guó)內(nèi)五大油田600余口井應(yīng)用。

應(yīng)用碳纖維抽油桿，可有效提升油井生產(chǎn)時(shí)率。該工藝技術(shù)具有油井免維修、延長(zhǎng)密封組件的使用壽命、降低停機(jī)維修率、節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用的特點(diǎn)，不僅可減少了油井維修成本，而且提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，增加油井采油工作效率和效益。如油田某一口油井之前由于含硫量高，普通鋼桿撐不到兩個(gè)月就被腐蝕得無(wú)法工作，因而被迫關(guān)停，使用碳纖維連續(xù)抽油桿后，由于某種原因該抽油桿具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長(zhǎng)，從而使油井起死回生，至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行600余天。

碳纖維連續(xù)抽油桿性能安全可靠，自投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來(lái)，該抽油桿運(yùn)行正常，極少發(fā)生運(yùn)行機(jī)制故障，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和維護(hù)簡(jiǎn)單。用它下井開采石油，可以直接根據(jù)每口井的實(shí)際深度進(jìn)行截取，非常方便省事，無(wú)須像使用普通的不連續(xù)抽油桿那樣，一根一根地拼接。它非常適合于應(yīng)用含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大的油井開采。目前，國(guó)內(nèi)油田油井機(jī)采設(shè)備以金屬材料為主，隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期，注、采、輸各環(huán)節(jié)都要添加各類化學(xué)劑，采出液的成分越來(lái)越復(fù)雜，加之二氧化碳等酸性氣體加劇腐蝕，導(dǎo)致油井有效生產(chǎn)周期短、作業(yè)頻次高、材料損耗大，而碳纖維抽油桿天生對(duì)化學(xué)腐蝕免疫，平均可延長(zhǎng)檢泵周期1.5倍，實(shí)現(xiàn)油井延年益壽。碳纖維連續(xù)抽油桿具有良好的應(yīng)用前景

腐蝕是金屬材料的先天弊病，為了減緩采出液對(duì)機(jī)采設(shè)備的腐蝕，油田想了很多方法，但治標(biāo)不治本，無(wú)法從材料本身根治腐蝕問(wèn)題。目前，碳纖維已被國(guó)家列為戰(zhàn)略性材料。通過(guò)采用碳纖維連續(xù)抽油桿在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用，有效地解決了傳統(tǒng)鋼制抽油桿自身比重大難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費(fèi)用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問(wèn)題。優(yōu)化了油井生產(chǎn)工藝狀態(tài)，使油井處于高效、安全平穩(wěn)的生產(chǎn)狀態(tài)，油井生產(chǎn)工藝更趨合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)踐證明，碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬抽油桿相比，具有無(wú)比的優(yōu)越性，它在油井深抽提液、節(jié)能防腐方面應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)性和高效性能，特別是對(duì)含硫量高、腐蝕性強(qiáng)的油井，具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長(zhǎng)，滿足油井長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行工作的需要，是一種替代傳統(tǒng)金屬抽油桿的理想節(jié)能新產(chǎn)品。碳纖維連續(xù)抽油桿在油井生產(chǎn)中的應(yīng)用，能有效地解決傳統(tǒng)鋼制抽油桿自身比重大難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費(fèi)用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問(wèn)題，具有高強(qiáng)度、高模量特性、防腐能力強(qiáng)、節(jié)能效果好、使用操作方便、有效延長(zhǎng)油井檢泵周期等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。