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近幾年來，隨著油價的持續(xù)低迷對油田開發(fā)生產(chǎn)經(jīng)營帶來嚴重的困境，新常態(tài)與低油價給油田開發(fā)生產(chǎn)帶來了更大挑戰(zhàn)。在新形勢下，如何突破目前石油市場的油價持續(xù)低迷重圍，實現(xiàn)油田油井開發(fā)生產(chǎn)提質(zhì)增效成為一項重要的研究課題。面對這一新問題，勝利油田積極開展了許多有益的實踐與探索，積極開展新工藝、新技術、新技術和新產(chǎn)品的開發(fā)應用試驗，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、偏磨等問題難以解決，造成抽油桿因腐蝕斷桿問題時有發(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，確實說明金屬抽油桿的價值，但在油田經(jīng)濟高效開發(fā)以及低油價等背景下，金屬抽油桿的局限性也越來顯著。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，研究應用高強度、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)實問題。因此，推廣應用新型碳纖維連續(xù)抽油桿技術，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)抽油桿檢測技術

自碳纖維連續(xù)抽油桿六年前問世以來。確定一套碳纖維復合材料抽油桿量身定制檢測評價指標和方法體系已成為一項重要的研究課題。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合制成的碳纖維抽油桿具有各向異性，即每個方向的抗拉、抗壓、抗彎性能都不同，除了要評價抽油桿常規(guī)的抗拉強度、彎曲強度和彈性模量等核心指標，還要表征層間剪切強度。 蠕變強度也是評價指標之一。鋼制抽油桿長度只有八九米，易于存儲，而碳纖維抽油桿長達5000米，在卷盤里存儲，時間長了會發(fā)生蠕變退化現(xiàn)象。勝利油田通過開展研究攻關提出采用水浸超聲無損檢測方法不僅能準確識別產(chǎn)品內(nèi)在的毛刺、氣孔、裂紋等缺陷，而且實現(xiàn)連續(xù)在線檢測，填補了國際空白。  抗拉強度是衡量抽油桿性能的核心指標。但傳統(tǒng)的抗拉強度檢測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，失敗，改進，再試驗……經(jīng)過一年的攻關，勝利油田科技人員成功研制出適合碳纖維抽油桿抗拉強度檢測的專用夾具，室內(nèi)試驗成功率達98%。目前，勝利油田已構建起碳纖維抽油桿拉伸、彎曲、耐溫等檢測評價指標和方法，建立了碳纖維抽油桿理化性能檢測技術，形成了碳纖維連續(xù)抽油桿復合材料產(chǎn)品質(zhì)量標準，為碳纖維連續(xù)抽油桿復合材料工業(yè)化應用奠定了基礎。

碳纖維連續(xù)抽油桿的改進

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界面膠結在一起，層間界面強度低，存在產(chǎn)品質(zhì)量上的缺陷。科研人員經(jīng)過對桿體失效原因分析后，通過改進制造工藝，增加纏繞層浸膠工序，層間強度由45兆帕提高到65兆帕，碳桿現(xiàn)場斷脫故障率由18.7%降至1.6%。同時，針對井下高溫、高壓、腐蝕環(huán)境，通過開展仿真模擬試驗，研究碳纖維連續(xù)抽油桿力學性能演化規(guī)律，確定了油井工況應用界限。這一研究實現(xiàn)了不同應力條件下管柱疲勞壽命的預測，為桿柱設計提供了依據(jù)。通過對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5年，性能依然符合安全使用標準。碳纖維抽油桿以卷繞的方式存儲在卷盤上，保證產(chǎn)品不受損傷且易存儲、運輸?？蒲腥藛T通過對碳纖維連續(xù)抽油桿生產(chǎn)工藝、儲存方式等生產(chǎn)、儲存、檢測工藝技術的改進，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)展到四層結構的第四代產(chǎn)品，為新型復合材料替代傳統(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

作為傳統(tǒng)鋼制抽油桿的替代品，碳纖維復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、起下時間長等問題，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，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。同時提升了油井系統(tǒng)運行效率。油井系統(tǒng)效率由項目實施前23．56%提升到項目實施后的30．75%，油井平均系統(tǒng)效率提升 7.19%，達到了油井“能效倍增”的技術改造目標，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)場試驗應用結果表明，應用碳纖維抽油桿，油井的泵掛深度可增加500～800米，產(chǎn)液量、產(chǎn)油量可實現(xiàn)翻番，目前已在國內(nèi)五大油田600余口井應用。

應用碳纖維抽油桿，可有效提升油井生產(chǎn)時率。該工藝技術具有油井免維修、延長密封組件的使用壽命、降低停機維修率、節(jié)省大量的維護費用的特點，不僅可減少了油井維修成本，而且提高了油井生產(chǎn)時率，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月就被腐蝕得無法工作，因而被迫關停，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，使用時間比金屬桿更長，從而使油井起死回生，至今已連續(xù)穩(wěn)定運行600余天。

碳纖維連續(xù)抽油桿性能安全可靠，自投入現(xiàn)場應用以來，該抽油桿運行正常，極少發(fā)生運行機制故障，現(xiàn)場應用和維護簡單。用它下井開采石油，可以直接根據(jù)每口井的實際深度進行截取，非常方便省事，無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，國內(nèi)油田油井機采設備以金屬材料為主，隨著油田進入開發(fā)中后期，注、采、輸各環(huán)節(jié)都要添加各類化學劑，采出液的成分越來越復雜，加之二氧化碳等酸性氣體加劇腐蝕，導致油井有效生產(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化學腐蝕免疫，平均可延長檢泵周期1.5倍，實現(xiàn)油井延年益壽。碳纖維連續(xù)抽油桿具有良好的應用前景

腐蝕是金屬材料的先天弊病，為了減緩采出液對機采設備的腐蝕，油田想了很多方法，但治標不治本，無法從材料本身根治腐蝕問題。目前，碳纖維已被國家列為戰(zhàn)略性材料。通過采用碳纖維連續(xù)抽油桿在油田生產(chǎn)中的應用，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)濟效益和社會效益。實踐證明，碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬抽油桿相比，具有無比的優(yōu)越性，它在油井深抽提液、節(jié)能防腐方面應用具有良好的經(jīng)濟性和高效性能，特別是對含硫量高、腐蝕性強的油井，具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時間比金屬桿更長，滿足油井長期連續(xù)穩(wěn)定運行工作的需要，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題，具有高強度、高模量特性、防腐能力強、節(jié)能效果好、使用操作方便、有效延長油井檢泵周期等優(yōu)點，具有良好的推廣應用價值。