油氣行業(yè)的每一次飛躍，都離不開(kāi)技術(shù)與材料的雙重驅(qū)動(dòng)。在新時(shí)代的浪潮中，新材料以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，成為推動(dòng)油氣勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵力量。從增強(qiáng)型纖維的堅(jiān)韌不拔到可降解聚合物的綠色智慧，每一種新材料在上游領(lǐng)域的應(yīng)用，都是對(duì)油氣生產(chǎn)極限的一次有力挑戰(zhàn)，不僅提升了勘探開(kāi)發(fā)的效率與效益，而且在保障生產(chǎn)安全、促進(jìn)環(huán)境友好方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。這是一場(chǎng)材料科學(xué)與油氣工程的深度融合，更是一場(chǎng)未來(lái)能源發(fā)展的深刻變革。
碳纖維材料特性
碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量新型纖維材料。碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，直徑只有頭發(fā)的1/15，比重不到鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的7~9倍，還具有耐腐蝕、高模量的特性，被稱為“新材料之王”，在各行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。
常見(jiàn)產(chǎn)品
●碳纖維抽油桿最長(zhǎng)可達(dá)5000米，成功克服了過(guò)去抽油桿需要套桿連接、起下工作時(shí)間長(zhǎng)，金屬桿易腐蝕、使用壽命短，運(yùn)行中耗電量大等缺點(diǎn)，而且下井千米也不易變形，采油時(shí)每千米噸油耗電量可下降三成左右，有助于油田企業(yè)降低生產(chǎn)成本。
●碳纖維復(fù)合材料扶正器耐腐蝕、強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)低，可有效解決井下腐蝕與偏磨問(wèn)題，在降低桿管報(bào)廢率、延長(zhǎng)油井免修期、提高生產(chǎn)時(shí)效等方面起到重要作用。
●碳纖維布適用于油罐的浮頂、罐頂加固補(bǔ)強(qiáng)，特別是曲面、受彎構(gòu)件等復(fù)雜部位的施工作業(yè)，操作簡(jiǎn)便，有助于縮短工期、降低工程造價(jià)。
從制作抽油桿到修復(fù)集輸管道，近年來(lái)，碳纖維復(fù)合材料以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，有效解決了傳統(tǒng)金屬材料存在的諸多問(wèn)題，提升了油田生產(chǎn)的安全性、效率和經(jīng)濟(jì)效益。
早在2016年，勝利油田就設(shè)立了碳纖維抽油桿項(xiàng)目，開(kāi)啟了碳纖維的應(yīng)用之旅，并在扁帶形碳纖維抽油桿基礎(chǔ)上研制出了第一代圓形截面純碳纖維抽油桿。碳纖維抽油桿克服了傳統(tǒng)鋼制抽油桿易腐蝕、壽命短、下深受限、能耗高、起下工作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，防腐延壽、深抽提液、節(jié)能降耗等效果顯著。
勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心作為項(xiàng)目的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)之一，針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系缺失等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)刻苦攻關(guān)，建立了碳纖維復(fù)合材料抽油桿檢測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法體系，實(shí)現(xiàn)了碳纖維抽油桿連續(xù)在線全截面檢測(cè)，為抽油桿的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了技術(shù)保障。
圍繞碳纖維抽油桿應(yīng)用中遇到的桿體斷、裂等問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從碳纖維固化時(shí)間、拉擠速度等生產(chǎn)工藝入手，全面測(cè)試分析了各項(xiàng)參數(shù)對(duì)桿體綜合性能的影響規(guī)律，通過(guò)調(diào)整桿體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化固化工藝等措施，不斷提升產(chǎn)品性能，斷、裂失效率由36%降為0。
碳纖維復(fù)合材料雖然抗腐蝕能力強(qiáng)，但是在井下高溫、高壓、高礦化油水介質(zhì)環(huán)境與交變載荷的共同作用下，也存在老化、損傷現(xiàn)象。為此，勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心通過(guò)仿真模擬試驗(yàn)，研究出碳纖維抽油桿的力學(xué)性能演化規(guī)律，確定了其在不同油井工況和環(huán)境中的應(yīng)用界限，為碳纖維抽油桿的設(shè)計(jì)、選型及維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有112萬(wàn)余米碳纖維抽油桿在勝利、西北、中原等油田的961口井實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，累計(jì)增油超17萬(wàn)噸、節(jié)電超1300萬(wàn)千瓦時(shí)，最長(zhǎng)生產(chǎn)周期1526天，腐蝕井平均檢泵周期延長(zhǎng)1.5倍，直接經(jīng)濟(jì)效益超3億元。
隨著研究不斷深入，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了進(jìn)一步拓展。經(jīng)過(guò)持續(xù)攻關(guān)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新形成了碳纖維補(bǔ)強(qiáng)工藝、3D復(fù)合材料罐頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、原位修復(fù)增強(qiáng)一體化施工工藝等，突破了樹(shù)脂體系在水下等潮濕環(huán)境中無(wú)法固化的技術(shù)難題，使碳纖維在集輸管道及容器的修復(fù)中大顯身手。新材料的應(yīng)用不僅大幅降低了“跑冒滴漏”等安全環(huán)保事件發(fā)生的概率，而且有效減少了材料消耗、節(jié)省了作業(yè)費(fèi)用，與傳統(tǒng)修復(fù)工藝相比，無(wú)須停輸，修復(fù)效率提升兩倍以上。
今后，隨著碳纖維復(fù)合材料在油田生產(chǎn)中的深入應(yīng)用，其在提高能源開(kāi)采效率、降低運(yùn)營(yíng)成本、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)等方面展現(xiàn)出的巨大潛力，將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)油氣行業(yè)向更加智能、高效、綠色的方向發(fā)展。（來(lái)源：中國(guó)石化新聞網(wǎng)）
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