CN202965218U

CN202965218U - 一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置

Info

Publication number: CN202965218U
Application number: CN 201220646793
Authority: CN
Inventors: 崔昌瑞; 吴永太
Original assignee: Shengli Oilfield Xinda Pipes Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shengli New Big New Materials Co ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-11-30

Abstract

本实用新型涉及一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置。其技术方案是：在注射拉挤成型设备的牵引装置和卷绕装置之间设置有一台塑料挤出机和冷却装置，利用塑料挤出装置在成型抽油杆体的一段或几段的表面附着一层热塑性塑料耐磨层，然后经过冷却装置冷却处理，形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆。有益效果是：注射拉挤工艺生产出纤维增强复合材料连续抽油杆杆体，直接作为塑料挤出工艺中的芯线，穿过机头导向棒，依靠机头挤出成形的管坯遇冷时较强的收缩力，抽油杆与耐磨层牢固结合，最终形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆；耐磨层与杆体的结合在线完成，生产效率高，结合强度大，避免了分层、脱落现象的发生。

Description

一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油工业采油设备的制备装置，特别涉及一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置。

背景技术

由于开发的油藏类型越来越复杂，同时井深的不断增加和井矿环境的不断恶化，腐蚀和偏磨问题成为油田采油工艺亟待解决的问题。因为具备轻质高强耐腐蚀的特点，所以复合材料抽油杆已开始逐步取代传统的金属抽油杆。目前采用的复合材料抽油杆主要包括玻璃钢抽油杆和碳纤维增强复合材料连续抽油杆两大类。玻璃钢抽油杆采用玻璃纤维增强热固性树脂的拉挤工艺一次成型制备，已广泛应用，但随着现代采油的可靠性要求不断提高，玻璃钢抽油杆已不能满足要求，主要存在以下问题，1、抽油杆耐偏磨性不好；2、疲劳强度不够；3、玻璃钢抽油杆均定长，两端各有一个金属接头，根与根之间采用金属抽油杆应用的金属接箍进行连接，由于结构复杂，加工难度大，价格昂贵。每一根玻璃钢抽油杆用两个金属接头，这两个金属接头的成本远高于一根玻璃钢杆体的成本；另外与传统金属抽油杆相比较，除了杆体部分更换了材质，整个抽油杆柱的其他部分并无改变，传统金属抽油杆柱接头多，断脱几率高，活塞效应明显，接箍与油管偏磨严重的问题并未得到解决。中国专利CN1417449公开了一种防磨抽油杆的制备方法，该方法是在已成型的抽油杆本体上二次注塑成型尼龙等材质的防磨块，减少使用的包覆材料，降低连续包覆成本和工艺复杂性，但其注塑防磨块尺寸较小，相对独立的分布于杆体，经常发生防磨块与杆体脱离，出现“糖葫芦”现象。另外，其杆体定长，不能解决传统金属抽油杆接头多，断脱事故率大，活塞效应大等缺陷；而且尺寸较小的杆体上加装防偏磨块是不能解决金属接头和接箍与油管之间的偏磨问题的，而这才是抽油杆、管偏磨需要解决的重点。CN101396874公开了一种防偏磨复合材料抽油杆的制备方法及装置，其制备方法是在已成型的复合材料抽油杆杆体上，利用浸渍过树脂胶液的芳纶、高分子量聚乙烯等耐磨纤维连续缠绕成型螺旋筋状的防偏磨层，以达到防偏磨效果。其螺旋筋状的防偏磨层，由于是以耐磨纤维增强热固性树脂，因此虽然纤维是具有耐磨特性的，但与热固性树脂形成复合材料后，其耐磨性能下降很多，寿命并不能延长多少。除了其具备螺旋筋状的防偏磨层之外，其缺点与普通的玻璃钢抽油杆一样。中国专利CN1461870公开了一种碳纤维增强复合材料连续抽油杆及制备方法，采用碳纤维为增强材料，并由横向排列的芳纶或超高分子量聚乙烯纤维束和纵向的玻璃纤维组成整体包覆复合，主要解决增强抽油杆横向层间剪切强度，从而避免抽油杆在油井中发生纵向劈裂的问题，同时也提高了杆体的耐偏磨性和强度。但是该抽油杆采用拉挤、包覆的一次整体加工方法（包括放丝-浸树脂胶-包覆层包覆-预成型-固化-盘绕工序），包覆层为纤维织物增强热固性树脂，不仅加大了材料成本，而且纤维织物包覆层的耐偏磨性不够理想。另外，由于该碳纤维增强复合材料连续抽油杆截面形状为矩形或椭圆形，且其厚度只有3～5mm，在应用专用设备起下井作业时，夹持部分的材料几乎无法选择，而且只能采用两片式夹持，左右方向无法限位，很容易发生杆体偏出夹持部分的现象。因此其专用下井作业设备夹持部分结构及材料开发难度较大，成为碳纤维增强复合材料连续抽油杆应用中的技术瓶颈，限制了该产品大规模推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置，以解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题为主要目的，制备出耐腐蚀和耐偏磨性能好、接头少、断脱几率小、活塞效应小、作业使用方便的抽油杆。

一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置，包括放丝架、预处理加热炉、注射机、注射模具、模具冷却装置、拉挤模具、模具加热装置、控制部分、后固化加热炉、牵引装置、卷绕装置组成注射拉挤成型设备；在注射拉挤成型设备的牵引装置和卷绕装置之间设置有一台塑料挤出机和冷却装置，利用塑料挤出装置在成型杆体的一段或几段的表面附着一层热塑性塑料耐磨层，然后经过冷却装置冷却处理，形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆；热塑性塑料耐磨层为高密度聚乙烯、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯、聚甲醛、尼龙、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一种制成；所述的纤维增强树脂基体复合材料杆体采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种制成，采用的树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基酯树脂的一种。

在注射模具的底部装有一个或一个以上的注胶嘴，顶部装有一个或一个以上的真空嘴，真空嘴外接真空管，真空管与真空罐连接；所述的注射机通过底部的注胶嘴向注射模具内部注入树脂基体胶液。

上述的塑料挤出机采用套管式包覆机头，包括螺旋面、芯线、挤出机螺杆、过滤板、导向棒、电热器、口模和机体，所述的机体顶部设有挤出机螺杆和过滤板，机体内腔设有导向棒，导向棒外设有螺旋面，导向棒内穿有芯线，且贯通机体的左右两侧壁；所述的导向棒的外端设有电热器和口模。

本实用新型的有益效果是：在纤维增强复合材料连续抽油杆表面连续挤出形成连续一段或断续几段热塑性塑料耐磨层，赋予了抽油杆优异的耐腐蚀和耐偏磨性能，又极大的减少了接头数量，降低了断脱几率和活塞效应；同时抽油杆杆体与塑料耐磨层二者之间的结合长度较长，强度很高，避免了在油井的正常运行中防偏磨层从抽油杆表面的滑脱与分层，另外，其生产效率高，操作简便。

附图说明

附图1是本实用新型的纤维增强树脂基体复合材料杆体的结构示意图；

附图2是本实用新型的制备装置的流程示意图；

附图3是本实用新型的注射拉挤工艺中注射模具的结构示意图；

附图4是本实用新型的塑料挤出工艺中套管式包覆机头的结构示意图；

上图中：放丝架1、预处理加热炉2、注射机3、注射模具4、模具冷却装置5、拉挤模具6、模具加热装置7、控制部分8、后固化加热炉9、牵引装置10、卷绕装置11、塑料挤出机12和冷却装置13；注胶嘴4.1、真空嘴4.2、树脂基体胶液4.3；

螺旋面al、芯线a2、挤出机螺杆a3、过滤板a4、导向棒a5、电热器a6、口模a7、机体a8，热塑性塑料耐磨层a、纤维增强树脂基体复合材料杆体b。

具体实施方式

参照附图1，本实用新型提到的纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆，在纤维增强树脂基体复合材料杆体b的外表面的一段或几段覆有一层热塑性塑料耐磨层a，所述的热塑性塑料耐磨层a为高密度聚乙烯、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯、聚甲醛、尼龙、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一种制成，热塑性塑料耐磨层a的厚度为1～10mm，所述的纤维增强树脂基体复合材料杆体b采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种制成，采用的树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基酯树脂的一种，制成的杆体的连续长度为1～5000m。

参照附图2-3，本实用新型的制备装置包括放丝架1、预处理加热炉2、注射机3、注射模具4、模具冷却装置5、拉挤模具6、模具加热装置7、控制部分8、后固化加热炉9、牵引装置10、卷绕装置11组成注射拉挤成型设备，其改进之处是：在注射拉挤成型设备的牵引装置10和卷绕装置11之间设置有一台塑料挤出机12和冷却装置13，利用塑料挤出装置12在成型杆体的表面附着一层热塑性塑料耐磨层，然后经过冷却装置13冷却处理；在注射模具4的底部装有一或两个注胶嘴4.1，顶部装有一或两个真空嘴4.2，真空嘴4.2外接真空管，真空管与真空罐连接，真空罐由真空泵控制，在生产时持续保持≥－0.85MPa的真空度；所述的注射机3通过底部的注胶嘴4.1向注射模具内部注入树脂基体胶液4.3。

参照附图4，本实用新型提到的塑料挤出机12采用套管式包覆机头，包括螺旋面al、芯线a2、挤出机螺杆a3、过滤板a4、导向棒a5、电热器a6、口模a7和机体a8，所述的机体a8顶部设有挤出机螺杆a3和过滤板a4，机体a8内腔设有导向棒a5，导向棒a5外设有螺旋面al，导向棒a5内穿有芯线a2，且贯通机体a8的左右两侧壁；所述的导向棒a5的外端设有电热器a6和口模a7，其中，复合材料抽油杆杆体直接作为塑料挤出工艺中的芯线，穿过机头导向棒，依靠机头挤出成形的管坯遇冷时较强的收缩力，抽油杆与耐磨层牢固结合，最终形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆。

其中，上述的纤维增强树脂基体复合材料杆体b，其截面形状为正圆或椭圆形，其连续长度一般为1～5000m，热塑性塑料耐磨层a，其厚度一般为1～10mm，在长度方向上，只在抽油杆杆体与油管偏磨井段所对应的位置出现，可以是连续的一段，也可以是断续的几段，杆体的其余部位不需要全部附着耐磨层。

通过采用上述的制备装置，实现本实用新型的制备方法具体是：

（a）从放丝架1引出多束纤维（玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维），在牵引装置10的牵引下经过加热炉2预处理，气氛为空气，炉温在80～150℃之间，牵引速度在0.08～1.5米/分钟之间，通过时间为1.0～12.5分钟；从加热炉2出来的纤维进入注射模具4，注射模具4内充满注射机3注入的树脂基体胶液4.3，树脂基体为环氧树脂、乙烯基酯树脂或聚氨酯树脂。

（b）经注射模具4内胶液浸渍的纤维束再经过拉挤模具6固化成型，拉挤模具6的入口处设有模具冷却装置5，用于降低模具入口温度，避免模具温度传导至注射模具4。拉挤模具6周围，模具冷却装置5的后面，分布有模具加热装置7，一般2～4段加热，固化温度在95～180℃之间，呈梯度升温方式，拉挤速度在0.08～1.5米/分钟之间，拉挤出复合材料杆体。拉挤出的复合材料杆体进入后固化加热炉8进行热应力处理及后固化，后固化结束，通过牵引装置10。

（c）在注射拉挤设备的牵引装置10和卷绕装置11之间，设置一台套塑料挤出装置12和冷却装置13，利用塑料挤出装置12在成型抽油杆体的一段或几段的表面附着一层热塑性塑料耐磨层，然后经过冷却装置13。经充分冷却至室温后，利用卷绕装置11将其卷绕在直径为1.5m～3.5m的圆盘上。

综合来说，本实用新型是采用注射拉挤和塑料挤出组合成型工艺，将玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种，通过注射拉挤成型工艺与树脂基体复合，制备复合材料抽油杆杆体，直接作为塑料挤出工艺中的芯线，穿过机头导向棒，依靠机头挤出成形的管坯遇冷时较强的收缩力，抽油杆与耐磨层牢固结合，最终形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆。

Claims

1.一种纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置，包括放丝架（1）、预处理加热炉（2）、注射机（3）、注射模具（4）、模具冷却装置（5）、拉挤模具（6）、模具加热装置（7）、控制部分（8）、后固化加热炉（9）、牵引装置（10）、卷绕装置（11）组成注射拉挤成型设备，其特征是：在注射拉挤成型设备的牵引装置（10）和卷绕装置（11）之间设置有一台塑料挤出机（12）和冷却装置（13），利用塑料挤出装置（12）在成型杆体的一段或几段的表面附着一层热塑性塑料耐磨层，然后经过冷却装置（13）冷却处理，形成纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆；所述的热塑性塑料耐磨层为高密度聚乙烯、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯、聚甲醛、尼龙、聚苯醚、聚砜、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的一种制成；纤维增强树脂基体复合材料杆采用的纤维为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种制成，采用的树脂基体为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基酯树脂的一种。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置，其特征是：在注射模具（4）的底部装有一个或一个以上的注胶嘴（4.1），顶部装有一个或一个以上的真空嘴（4.2），真空嘴（4.2）外接真空管，真空管与真空罐连接；注射机（3）通过底部的注胶嘴（4.1）向注射模具内部注入树脂基体胶液（4.3）。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆的制备装置，其特征是：所述的塑料挤出机（12）采用套管式包覆机头，包括螺旋面（al）、芯线（a2）、挤出机螺杆（a3）、过滤板（a4）、导向棒（a5）、电热器（a6）、口模（a7）和机体（a8），所述的机体（a8）顶部设有挤出机螺杆（a3）和过滤板（a4），机体（a8）内腔设有导向棒（a5），导向棒（a5）外设有螺旋面（al），导向棒（a5）内穿有芯线（a2），且贯通机体（a8）的左右两侧壁；所述的导向棒（a5）的外端设有电热器（a6）和口模（a7）。