CN110566134A - 一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合抽油杆技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及制备方法和应用。抽油杆结构包括：杆体、金属丝结构层和抗冲击防腐热塑性层；其中，所述杆体分为刚性层以及缠绕在该刚性层表面的保护层；所述刚性层由纤维丝复合热固性树脂而成，所述保护层材质为高强度纤维；所述金属丝结构层由金属丝绞合在保护层表面形成；所述抗冲击防腐热塑性层包覆在金属丝结构层表面。本发明设计的抽油杆具有良好的抗撞击、弯折性能，外部绞合一层或多层高强金属丝，赋予了抽油杆优良的抗冲击性能，同时一定程度上增加了抽油杆的配重，在运行过程中可保证抽油杆一直处于拉伸状态，无需使用配重杆，一台作业车即可完成操作，降低成本。

Description

一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合抽油杆技术领域，尤其涉及一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国采油技术的发展，在采油环境不断恶化的背景下，采油领域对采油工作效率和废弃油井有效利用提出了更高的要求，传统钢制抽油杆正逐步被复合材料抽油杆替代。目前国内采用的复合材料抽油杆主要有玻璃纤维复合材料抽油杆和碳纤维复合材料抽油杆，例如，专利文献201810700206.3公开了一种耐冲击复合材料抽油杆。所述抽油杆采用扁带杆状结构；所述耐冲击复合材料抽油杆由内到外依次由中心高刚性复合材料芯层、中间耐冲击混杂纤维复合材料层以及表面耐热层三部分构成。专利文献201810102726.4公开了一种具有自主修复功能的碳纤维复合材料抽油杆，所述抽油杆由内到外依次包括碳纤维单向复合材料芯层、热塑性纤维热熔编织层和短切碳纤维增强热固性树脂耐腐蚀刚性层。
然而，本发明人进一步研究发现：尽管这类碳纤维抽油杆柔性效果比较好，但随着现代采油的可靠性及节能增产要求的不断提高，结构单一的复合材料抽油杆也存在不耐腐蚀以及抗冲击效果差的问题；而且在运行过程中对井壁的冲击较大，对抽油杆的破坏比较大，影响其使用推广。
发明内容
针对上述的问题，本发明旨在提供一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及其制备方法和应用。本发明制备的抽油杆具有优良的抗冲击性能和耐腐蚀；而且在采油过程中施工方便。
本发明第一目的：提供一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆。
本发明第二目的：提供一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法。
本发明第三目的：提供所述纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及其制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其结构包括：杆体、金属丝结构层和抗冲击防腐热塑性层；其中，所述杆体分为刚性层以及缠绕在该刚性层表面的保护层；所述刚性层由纤维丝复合热固性树脂而成，所述保护层材质为高强度纤维；所述金属丝结构层由金属丝绞合在保护层表面形成；所述抗冲击防腐热塑性层包覆在金属丝结构层表面。
其次，本发明公开所述纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，包括如下步骤：
1、杆体制备：
(1)刚性层制备：将纤维丝分纱和展纱后浸润树脂，得到混合纤维丝束；
(2)保护层制备：用高强度纤维进行缠绕包覆所述混合纤维丝束，完成后进行第一次固化成型,然后进行第二次固化，即得杆体，备用。
2、在杆体上制备金属丝结构层：金属丝绞合在步骤(2)制备的杆体表面，得到杆体/金属丝复合层。
3、抽油杆制备：采用挤出包覆的方式在步骤2制备的杆体/金属丝复合层表面包覆熔融的工程塑料，然后进行冷却定型，即完成抗冲击防腐热塑性层的制备，得纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明设计的抽油杆，纤维增强热固性复合材料抽油杆体由纤维增强刚性层以及外部的高强纤维缠绕抗弯折层组成，提高抽油杆体的抗撞击、弯折性能，外部绞合一层或多层高强金属丝，赋予了抽油杆优良的抗冲击性能，同时一定程度上增加了抽油杆的配重，在运行过程中可保证抽油杆一直处于拉伸状态，无需使用配重杆，一台作业车即可完成操作，降低成本。
(2)本发明设计的抽油杆结构，在满足抗拉性能的同时，减小复合材料杆体的截面，降低成本，所述防腐蚀保护层采用挤出连续成型，一方面保护杆体不受腐蚀，提高其使用寿命，一方面由于防护层的包覆使内部金属绞合层金属丝之间以及各层之间达到紧密结合，内层与杆体外部紧密齿合，增加摩擦力，提高抽油杆的整体性。
(3)本发明采用拉缠绞合包覆复合一体成型的制备方法，可以大大提高复合材料抽油杆体的整体性，抗冲击性、耐腐蚀性、操作便利，保证了金属抗震层、热塑性防腐层和抽油杆体的紧密复合，该工艺均在线完成，可连续生产。外层热塑性防腐层采用挤出包覆，可有效填充外层金属绞合层的孔隙，使金属层和绞合层紧密结合，最终制备成具有柔性绞合层和热塑性树脂防腐层的复合材料抽油杆。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的结构示意图。
上述附图中标记分别代表：1-刚性层、2-保护层、3-金属丝结构层、4-抗冲击防腐热塑性层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如，在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，尽管碳纤维抽油杆柔性效果比较好，但结构单一的复合材料抽油杆也存在不耐腐蚀以及抗冲击效果差的问题；而且在运行过程中对井壁的冲击较大，对抽油杆的破坏比较大。为此，本发明提供一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及其制备方法。
在一些典型的实施例中，所述刚性层中，纤维丝为高模量碳纤维，或者高模量碳纤维混杂玻璃纤维和/或无机陶瓷纤维。
进一步地，所述无机陶瓷纤维包括：氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硼纤维、玄武岩纤维、石英纤维等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，所述刚性层中，热固性树脂包括：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、热固性聚氨酯树脂、有机硅树脂、呋喃树脂等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，所述保护层的材质包括高强度玻璃纤维、无机陶瓷纤维；可选地，所述无机陶瓷纤维包括氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硼纤维、玄武岩纤维、石英纤维等中的任意一种。
在一些典型的实施例中，所述保护层的缠绕方式包括顺时针或逆时针缠绕，或者顺时针、逆时针交替缠绕；可选地，保护层缠绕厚度在0.3-1.5mm之间。
可选地，所述高模量碳纤维包括T300、T700、T800、T1000、M40、M46、M50、M55等中的任意一种或多种，或强度、模量相当的系列型号碳纤维。
在一些典型的实施例中，所述金属丝包括圆形、T字或Z字形结构中的一种或几种。金属丝结构层的设置有效提高了抽油杆的抗冲击性能，同时在增加抽油杆配重的基础上降低抽油杆的截面，这可以在满足抽油杆正常采油需求的同时，去掉专用配重杆，不仅优化施工，一台作业车即可完成操作，而且降低成本。
在一些典型的实施例中，所述金属丝包括：高强钢丝、高强铝合金丝、铜丝等金属丝的一种或多种；组合使用时，使用方式可根据需求进行调整。可选的，所述金属丝直径为1-3mm。
在一些典型的实施例中，所述金属丝绞合方式为：由内到外，相邻层之间顺、逆时针或者逆、顺时针交替绞合；可选的，所述金属丝绞合填充率在92-97％之间。
在一些典型的实施例中，所述金属丝结构层的厚度范围为2-10mm。
在一些典型的实施例中，所述抗冲击防腐热塑性层的材质为热塑性工程塑料，优选为超高分子量聚乙烯、尼龙、聚碳酸脂等工程塑料中的任意一种。
在一些典型的实施例中，所述抗冲击防腐热塑性层厚度在0.3-5mm。
在一些典型的实施例中，所述超高分子量聚乙烯的分子量在100万以上。
在一些典型的实施例中，所述尼龙材料为碳纤维增强尼龙，其中碳纤维含量为10-30％之间。
在一些典型的实施例中，步骤(2)中，所述第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为140-160℃，160-180℃，180-220℃，固化时间在0.3-1min之间，浸润树脂后的纤维丝和外层包覆二维编织保护层，经过三个固化区间，初步对复合材料抽油杆进行固化。
在一些典型的实施例中，步骤(2)中，所述第二次固化温度在180-220℃之间，固化时间5-10min，经初始固化后的再次固化能够进一步提高固化程度，保证复合材料抽油杆的抗拉等性能。
在一些典型的实施例中，步骤(2)制备的油杆树脂含量为18-25％，也可以根据需要适当调整或者选择合适的树脂含量。
在一些典型的实施例中，步骤(2)中制备的油杆直径为6-13mm，长度为1-5000m。可一边制备一遍进行牵引，收卷，将制备好的杆体卷绕成卷。
在一些典型的实施例中，步骤2中，绞合初始速度采取低速启动，控制在10mm/min，工艺稳定后可适当提升绞合速度；绞线节距比10-14之间，每层采用分层紧压。
在一些典型的实施例中，步骤3中，所述挤出温度为180-260℃，挤出速度在500-2000mm/min之间。
在一些典型的实施例中，所纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆及其制备方法还被用于采油领域中。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明
实施例1
参考图1，示例一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其结构包括：杆体、金属丝结构层和抗冲击防腐热塑性层；其中：
所述杆体分为刚性层1以及缠绕在该刚性层表面的保护层2；所述刚性层1直径为7.0mm,其由T700碳纤维丝复合环氧树脂而成，所述保护层2厚度为0.5mm，其材质为玻璃纤维增强纱；所述杆体中树脂含量为20％。
所述金属丝结构层3由金属丝绞合在保护层表面形成，且绞合三层圆形高强不锈钢钢丝，其中，内层金属丝顺时针绞合，次外层逆时针绞合，最外层顺时针绞合，金属丝均为圆形，其直径为1.35mm。所述高强不锈钢钢丝的强度＞500MPa，所述金属丝绞合填充率为94％，金属丝结构层3的厚度为4mm。
所述抗冲击防腐热塑性层4包覆在金属丝结构层表面，所述抗冲击防腐热塑性层4为3mm厚的碳纤维增强尼龙66，抗冲击防腐热塑性层4的重量纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆重量的20％，保证抗冲击防腐热塑性层4厚度均匀，完全贴合金属丝3的表面。
本实施例纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，包括如下步骤：
(1)纤维丝从纱架上引出后进行分纱和展纱，然后经胶槽浸润环氧树脂。纱线的运行速度为800mm/min。
(2)浸胶后的混合纤维丝束进入预成型装备，然后采用高强度纤维进行螺旋包覆缠绕包覆后进入模具进行第一次固化成型；第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为150℃，180℃，200℃，固化时间均为40s，浸润树脂后的纤维丝和外层包覆二维编织保护层，经过三个固化区间，初步对复合材料抽油杆进行固化，得到预成型杆体，
(3)将预成型杆体送入固化炉进行第二次固化，固化温度为220℃，固化时间为8min，得到杆体；经初始固化后的再次固化能够进一步提高固化程度，保证复合材料抽油杆的抗拉等性能。
(4)步骤(3)得到的杆体经在线检测后由收卷盘收卷，备用。
(5)将步骤(4)制备的抽油杆体送入框绞机进行绞线工序，经放卷，顺时针、逆时针、顺时针进行三层绞合，牵引，收卷；
(6)将步骤(5)金属丝绞合后得到的抽油杆进行热塑性工程塑料包覆，杆体展放后通过挤出机模头，使熔融的工程塑料均匀包覆在金属丝表面，出模具后经冷水冷却定型，得到具有柔性绞合结构及热塑性树脂防腐层的复合材料抽油杆，最后收卷盘绕进行包装。
实施例2
一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，同实施例1，区别在于：
所述刚性层1直径为8mm,其由M40碳纤维混杂高强玄武岩纤维后再复合环氧树脂而成。所述保护层2厚度为1.5mm，其由玻璃纤维与玄武岩纤维混杂而成；所述杆体中树脂含量为21％。
所述金属丝结构层3由金属丝绞合在保护层表面形成，且绞合三层Z型高强铝合金丝，其中，内层金属丝顺时针绞合，次外层逆时针绞合，最外层顺时针绞合，所述高强铝合金丝截面相当于1.5mm直径圆丝。所述高强铝合金丝的强度＞1000MPa，所述金属丝绞合填充率为95％，金属丝结构层3的厚度为10mm。
所述抗冲击防腐热塑性层4为3mm厚的高分子量聚乙烯层，其分子量在300万以上，抗冲击防腐热塑性层4的重量纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆重量的18％。
本实施例纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，同实施例1，区别在于：
(1)纤维丝从纱架上引出后进行分纱和展纱，然后经胶槽浸润环氧树脂。纱线的运行速度为300mm/min。
(2)浸胶后的混合纤维丝束进入预成型装备，然后采用高强度纤维进行螺旋包覆缠绕包覆后进入模具进行第一次固化成型；第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为140℃，160℃，180℃，固化时间均为60s。
(3)将预成型杆体送入固化炉进行第二次固化，固化温度为200℃，固化时间为10min，得到杆体。
实施例3
一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，同实施例1，区别在于：
所述刚性层1直径为8mm,其由M40碳纤维、高强玻璃纤维混杂玻璃纤维后再复合醛树脂而成。所述保护层2厚度为2mm，其材质为碳化硅纤维；所述杆体中树脂含量为25％。
所述金属丝结构层3由金属丝绞合在保护层表面形成，且绞合两层金属丝，其中，内层金属丝为圆形铜丝，顺时针绞合，次外层为T型不锈钢钢丝，逆时针绞合；所述铜丝直径为1.35mm，T型不锈钢钢丝截面相当于1.5mm直径圆丝。所述金属丝的强度均＞500MPa，所述金属丝绞合填充率为97％，金属丝结构层3的厚度为2mm。
所述抗冲击防腐热塑性层4为3.5mm厚聚碳酸酯层，抗冲击防腐热塑性层4的重量纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆重量的10％。
本实施例纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，同实施例1，区别在于：
(1)纤维丝从纱架上引出后进行分纱和展纱，然后经胶槽浸润环氧树脂。纱线的运行速度为1000mm/min。
(2)浸胶后的混合纤维丝束进入预成型装备，然后采用高强度纤维进行螺旋包覆缠绕包覆后进入模具进行第一次固化成型；第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为160℃，170℃，220℃，固化时间均18s。
(3)将预成型杆体送入固化炉进行第二次固化，固化温度为220℃，固化时间为5min，得到杆体。
实施例4
一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，同实施例1，区别在于：
所述刚性层1直径为9mm,其由T300碳纤维复合不饱和聚酯树脂而成。所述保护层2厚度为1mm，其材质为高强度玻璃纤维；所述杆体中树脂含量为18％。
所述金属丝结构层3由金属丝绞合在保护层表面形成，且绞合两层金属丝，其中，内层金属丝为圆形高强不锈钢钢丝，顺时针绞合，次外层为Z型高强铝合金丝，逆时针绞合；所述钢丝直径为1.35mm，Z型高强铝合金丝截面相当于1.5mm直径圆丝。所述高强不锈钢钢丝的强度＞1500MPa，所述Z型高强铝合金丝强度＞500MPa，所述金属丝绞合填充率为92％，金属丝结构层3的厚度为5mm。
所述抗冲击防腐热塑性层4为5mm厚碳纤维增强尼龙610，抗冲击防腐热塑性层4的重量纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆重量的30％。
本实施例纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，同实施例1，区别在于：
(1)纤维丝从纱架上引出后进行分纱和展纱，然后经胶槽浸润环氧树脂。纱线的运行速度为500mm/min。
(2)浸胶后的混合纤维丝束进入预成型装备，然后采用高强度纤维进行螺旋包覆缠绕包覆后进入模具进行第一次固化成型；第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为150℃，160℃，180℃，固化时间均50s。
(3)将预成型杆体送入固化炉进行第二次固化，固化温度为180℃，固化时间为10min，得到杆体。
实施例5
一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，同实施例1，区别在于：
所述刚性层1直径为11mm,其由T1000碳纤维混杂氧化铝纤维、石英纤维后再复合热固性聚氨酯树脂而成。所述保护层2厚度为0.3mm，其由玻璃纤维与氧化铝纤维混杂而成；所述杆体中树脂含量为23％。
所述金属丝结构层3由金属丝绞合在保护层表面形成，且绞合三层T型不锈钢钢丝，其中，内层金属丝顺时针绞合，次外层逆时针绞合，最外层顺时针绞合，所述T型不锈钢钢丝截面相当于1.5mm直径圆丝，其强度＞1000MPa，所述金属丝绞合填充率为93％，金属丝结构层3的厚度为8mm。
所述抗冲击防腐热塑性层4为0.3mm厚的高分子量聚乙烯层，其分子量在100万以上，抗冲击防腐热塑性层4的重量纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆重量的22％。
本实施例纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，同实施例1，区别在于：
(1)纤维丝从纱架上引出后进行分纱和展纱，然后经胶槽浸润环氧树脂。纱线的运行速度为700mm/min。
(2)浸胶后的混合纤维丝束进入预成型装备，然后采用高强度纤维进行螺旋包覆缠绕包覆后进入模具进行第一次固化成型；第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为150℃，160℃，190℃，固化时间均为40s。
(3)将预成型杆体送入固化炉进行第二次固化，固化温度为210℃，固化时间为8min，得到杆体。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，结构包括：
杆体,其包括刚性层以及缠绕在该刚性层表面的保护层；所述刚性层由纤维丝复合热固性树脂而成，所述保护层材质为高强度纤维；
金属丝结构层,其由金属丝绞合在保护层表面形成；
抗冲击防腐热塑性层；其包覆在金属丝结构层表面。
2.如权利要求1所述的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，所述刚性层中，纤维丝为高模量碳纤维，或者高模量碳纤维混杂玻璃纤维和/或无机陶瓷纤维；
优选地，所述高模量碳纤维包括：T300、T700、T800、T1000、M40、M46、M50、M55中的任意一种或多种；
优选地，所述无机陶瓷纤维包括：氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硼纤维、玄武岩纤维、石英纤维中的任意一种；
优选地，所述刚性层中，热固性树脂包括：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、热固性聚氨酯树脂、有机硅树脂、呋喃树脂中的任意一种。
3.如权利要求1所述的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，所述保护层的材质包括高强度玻璃纤维、无机陶瓷纤维；
优选地，所述无机陶瓷纤维包括氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硼纤维、玄武岩纤维、石英纤维中的任意一种；
优选地，所述金属丝绞合方式为：由内到外，相邻层之间顺、逆时针或者逆、顺时针交替绞合；
优选地，所述保护层缠绕厚度在0.3-1.5mm之间。
4.如权利要求1所述的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，所述金属丝包括圆形、T字或Z字形结构中的一种或几种；
优选地，所述金属丝包括：高强钢丝、高强铝合金丝、铜丝等金属丝的一种或多种；
优选地，所述金属丝直径为1-3mm；
优选地，所述金属丝绞合方式为由内到外分别是顺、逆时针或者逆、顺时针交替绞合；可选的，所述金属丝绞合填充率在92-97％之间；
优选地，所述金属丝结构层的厚度范围为2-10mm。
5.如权利要求1所述的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，所述抗冲击防腐热塑性层的材质为热塑性工程塑料，优选为超高分子量聚乙烯、尼龙、聚碳酸脂中的任意一种。
6.如权利要求5所述的纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆，其特征在于，所述抗冲击防腐热塑性层厚度在0.3-5mm；
优选地，所述超高分子量聚乙烯的分子量在100万以上；
优选地，所述尼龙材料为碳纤维增强尼龙，其中碳纤维含量为10-30％之间。
7.如权利要求1-6任一项所述纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1、杆体制备：
(1)刚性层制备：将纤维丝分纱和展纱后浸润树脂，得到混合纤维丝束；
(2)保护层制备：用高强度纤维进行缠绕包覆所述混合纤维丝束，完成后进行第一次固化成型,然后进行第二次固化，即得杆体，备用；
2、在杆体上制备金属丝结构层：金属丝绞合在步骤(2)制备的杆体表面，得到杆体/金属丝复合层；
3、抽油杆制备：采用挤出包覆的方式在步骤2制备的杆体/金属丝复合层表面包覆熔融的工程塑料，然后进行冷却定型，即完成抗冲击防腐热塑性层的制备，得纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一次固化成型分为三个阶段，固化温度分别为140-160℃，160-180℃，180-220℃，固化时间在0.3-1min之间；
优选地，步骤(2)中，所述第二次固化温度在180-220℃之间，固化时间5-10min，经初始固化后的再次固化能够进一步提高固化程度，保证复合材料抽油杆的抗拉等性能；
优选地，步骤(2)制备的油杆树脂含量为18-25％；
优选地，步骤(2)中制备的油杆直径为6-13mm，长度为1-5000m。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，绞合初始速度采取低速启动，控制在10mm/min，工艺稳定后提升绞合速度；优选地，绞线节距比10-14之间，每层采用分层紧压；
优选地，步骤3中，所述挤出温度为180-260℃，挤出速度在500-2000mm/min之间。
10.如权利要求1-6任一项所述纤维复合材料芯绞合金属丝抽油杆和/或如权利要求7-9任一项所述的制备方法还被用于采油领域中。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112555268A (zh) * 2020-11-10 2021-03-26 中广核研究院有限公司 用于核电站指套管堆心信号传输的软轴及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2644660Y (zh) * 2003-07-08 2004-09-29 沈利元 一种钢丝绳抽油杆
CN105003209A (zh) * 2015-07-21 2015-10-28 山东大学 一种带有复合螺旋耐磨层的抽油杆及制备装置和制备方法
CN205532341U (zh) * 2016-05-03 2016-08-31 大庆市华禹石油机械制造有限公司 一种高强度防腐碳纤维抽油杆
CN206129187U (zh) * 2016-11-07 2017-04-26 席小平 一种截面为椭圆形的碳纤维抽油杆
CN108930520A (zh) * 2018-07-23 2018-12-04 山东大学 一种具有自调节抗冲击结构的复合材料抽油杆

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2644660Y (zh) * 2003-07-08 2004-09-29 沈利元 一种钢丝绳抽油杆
CN105003209A (zh) * 2015-07-21 2015-10-28 山东大学 一种带有复合螺旋耐磨层的抽油杆及制备装置和制备方法
CN205532341U (zh) * 2016-05-03 2016-08-31 大庆市华禹石油机械制造有限公司 一种高强度防腐碳纤维抽油杆
CN206129187U (zh) * 2016-11-07 2017-04-26 席小平 一种截面为椭圆形的碳纤维抽油杆
CN108930520A (zh) * 2018-07-23 2018-12-04 山东大学 一种具有自调节抗冲击结构的复合材料抽油杆

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112555268A (zh) * 2020-11-10 2021-03-26 中广核研究院有限公司 用于核电站指套管堆心信号传输的软轴及其制备方法

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