打開一片新天地-自主研發(fā)碳纖維抽油桿
近日,，經(jīng)勝利油田,、大港油田、中原油田,、遼河油田等多個油田先期實驗應(yīng)用表明,，由山東大學(xué)自主研發(fā)的“扁帶式柔性連續(xù)碳纖維復(fù)合材料抽油桿”（下稱碳纖維抽油桿）連續(xù)運行時間最長超過5年，技術(shù)達國際領(lǐng)先水平,，同時“扁帶式柔性連續(xù)碳纖維復(fù)合材料抽油桿及其接頭”獲得了中國發(fā)明專利權(quán),，“碳纖維復(fù)合材料在石油開采中的應(yīng)用”項目獲得國家科技進步二等獎。
技術(shù)國際領(lǐng)先
一排排牢固的鋼架上,，一個個扇形鐵塊在電機驅(qū)動下像打鐵般往復(fù)運動,，帶動著抽油桿將石油從地下源源不斷抽出，這是在許多采油區(qū)都可看到的抽油機工作時的情景,。由于抽油桿時常處于運動摩擦之中,，對強度、韌性,、耐腐蝕性等性能要求很高,，研究者們一直希望找到一種符合要求的材料。
“碳纖維抽油桿的研制成功，克服了以往鋼制抽油桿易損易腐,、壽命短等許多不足,，取得了較為理想的實用效果。”國家“863”碳纖維專項研究項目課題負責(zé)人,、山東大學(xué)教授朱波在接受中國知識產(chǎn)權(quán)報記者采訪時表示,，碳纖維抽油桿不僅強度高、耐腐蝕,，而且重量輕，是同長度鋼制抽油桿重量的1/20,，截面積僅為鋼制抽油桿的1/5,，這就相對減少了抽油桿工作時的阻力，使4000米以上的超深井采油成為可能,；長度連續(xù),，避免了采油過程中的活塞效應(yīng)，極大降低了接頭斷脫幾率,，延長了抽油桿的使用壽命,。
“所有這些優(yōu)點，是由于碳纖維材料本身的特性決定的,。”北京化工大學(xué)教授趙東林向中國知識產(chǎn)權(quán)報記者介紹說,，從專業(yè)角度講，當有機纖維或低分子烴氣體原料加熱至1500℃時,，形成的含碳量93%以上的纖維狀碳材料就稱為碳纖維,。因此，碳纖維及其復(fù)合材料具有高強度,、低密度,、耐高溫、耐腐蝕等特性,。特別是與其他材料“嫁接”復(fù)合后,，不僅可減輕重量，還可體現(xiàn)出“遺傳基因”的優(yōu)秀綜合性能,。
“碳纖維抽油桿柔韌性非常好,，最小彎曲半徑僅0.35米，在生產(chǎn)和運輸中可進行盤繞,，節(jié)省空間,。”朱波表示，除了材料本身的優(yōu)點,，使用碳纖維抽油桿還有利于機械化作業(yè),，節(jié)省工作時間，降低勞動強度，對于提高自動化管理水平和勞動效率有積極的意義,。目前,，我國自主研發(fā)的碳纖維抽油桿項目已經(jīng)具備了優(yōu)良的綜合系統(tǒng)集成特性，綜合技術(shù)達國際領(lǐng)先水平,。
產(chǎn)業(yè)化前景廣闊
從輕巧耐用的網(wǎng)球拍到采油生產(chǎn)的抽油桿,，碳纖維制品正從科研機構(gòu)的“深閨”走入大眾的生活與工作。趙東林介紹,，碳纖維廣泛應(yīng)用于航空航天,、文體用品、紡織機械,、醫(yī)療器械,、生物工程、建筑材料等方面,。目前,，世界上只有日本、美國,、德國,、俄羅斯和中國等少數(shù)國家具備碳纖維材料的研發(fā)和生產(chǎn)能力。國際市場對碳纖維需求逐年上升,，價格從幾年前的每磅5美元上漲到現(xiàn)在的20多美元,，提高了近4倍。據(jù)統(tǒng)計,，2007年,，全球碳纖維產(chǎn)量總計為3萬噸，而我國進口量高達8000多噸,，超過世界總量的25%,。因此，碳纖維材料及其制備工藝核心技術(shù)的自主研發(fā)顯得十分迫切,。
朱波談到,，為給采油設(shè)備提供綜合解決方案，在碳纖維抽油桿技術(shù)系統(tǒng)的研發(fā)過程中,，課題組還自主研發(fā)了配套的碳纖維復(fù)合材料扶正器,、多種可靠聯(lián)接頭及其裝配操作臺，并結(jié)合油井地礦條件,、抽油機械的規(guī)格及碳纖維抽油桿的特性,，自主研發(fā)了相應(yīng)的現(xiàn)場作業(yè)及系統(tǒng)優(yōu)化軟件，并開發(fā)了較為完善的生產(chǎn)工藝,，具備了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),。
目前,，碳纖維抽油桿的實用價值已在應(yīng)用中顯現(xiàn)。朱波表示,，碳纖維抽油桿先期實驗應(yīng)用油井累計數(shù)百口,，實驗井深最深2800米，在油田的高腐蝕油井中,，碳纖維抽油桿壽命比鋼制抽油桿壽命高5倍至8倍,。實驗測試結(jié)果表明，使用碳纖維抽油桿,，節(jié)電可達30%以上,，產(chǎn)油量提高1/3以上，經(jīng)濟效益顯著,，而且生產(chǎn)過程無污染,，碳纖維抽油桿廢桿還可回收再利用,。
說起碳纖維抽油桿的應(yīng)用前景,，朱波信心十足,，我國正在開采和尚未開采的油井大約有30萬口,，碳纖維抽油桿的應(yīng)用率按10%計算,，則需3萬根，按每根使用壽命3年計算,，則每年需要1萬根,。如果建設(shè)年產(chǎn)1000根、每根2000米的抽油桿生產(chǎn)裝置,，則年產(chǎn)值將超過1億元,。碳纖維抽油桿如果能在油田系統(tǒng)大量使用，則可帶動和促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,，創(chuàng)造可觀的社會效益和經(jīng)濟效益,。
據(jù)朱波介紹，“對碳纖維材料的研究,，重要的還在于突破國外封鎖,，不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域，形成自主知識產(chǎn)權(quán),，發(fā)展民族產(chǎn)業(yè),。目前，包括參與先期實驗的油田以及大慶,、江漢,、新疆等多家油田負責(zé)人均表示，希望應(yīng)用自主研發(fā)的國產(chǎn)碳纖維抽油桿,。”
