本發(fā)明屬于采油工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前采油領(lǐng)域所用的主要方式仍然是有桿往復(fù)式抽油設(shè)備，在整個(gè)采油設(shè)備中，抽油桿的應(yīng)用是其中的重點(diǎn)。而傳統(tǒng)的金屬材質(zhì)抽油桿的自重較大、耐腐蝕性較差，因此近年來(lái)復(fù)合材料材質(zhì)的抽油桿主要成為工程化替代的重要產(chǎn)品，也使得采油效率和采油質(zhì)量均有大幅度提高，其中最為典型的就是碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料抽油桿。然而新型材質(zhì)的抽油桿在實(shí)際工作過(guò)程中也存在桿體與油井管壁偏心引起的摩擦磨損問(wèn)題，這也嚴(yán)重影響了抽油桿的工作壽命和采油效率，因此基于碳纖維扁帶式復(fù)合材料抽油桿的防偏磨問(wèn)題的解決，是提高碳纖維抽油桿應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題。

目前解決該技術(shù)難題的主要途徑就是使用抽油桿扶正器，傳統(tǒng)的扶正器主要有金屬和塑料材質(zhì)兩種類型，金屬材質(zhì)的扶正器價(jià)格便宜，耐高溫，但是其摩擦問(wèn)題嚴(yán)重，而塑料高分子扶正器的耐溫特性較差，因此這兩種材質(zhì)的扶正器均存在一定隱患。因此近年來(lái)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抽油桿扶正器主要成為應(yīng)用的重點(diǎn)，但是目前應(yīng)用較多的主要是注塑成型工藝加工的產(chǎn)品，該工藝制備出的扶正器產(chǎn)品往往采用短切纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂，由于纖維的連續(xù)長(zhǎng)度較小，因此成型后的扶正器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中往往也受到井下復(fù)雜工況環(huán)境的威脅，使用壽命難以保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器及其制備方法，本發(fā)明扶正器主體材質(zhì)采用混雜纖維二維織物預(yù)浸熱固性樹(shù)脂疊層結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)度高、剛性大、耐磨特性高、耐腐蝕、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)的綜合優(yōu)勢(shì)，可廣泛適用于扁帶式抽油桿的井下工作。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器，包括抽油桿扶正器主體和設(shè)置在所述抽油桿扶正器主體外表面的防磨棱以及包覆在所述防磨棱表面的耐磨層；所述抽油桿扶正器主體、防磨棱和耐磨層采用連續(xù)纖維二維織物疊層增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂制成；所述抽油桿扶正器主體為對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)，所述的扶正器對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)通過(guò)內(nèi)嵌的金屬滑槽和金屬卡扣完成對(duì)合和固定功能；

所述抽油桿扶正器主體內(nèi)側(cè)為抽油桿夾持腔，所述夾持腔表面設(shè)有多組凸起條和儲(chǔ)膠槽，其中所述凸起條用于增強(qiáng)扁帶抽油桿表面與夾持腔表面的摩擦，所述儲(chǔ)膠槽設(shè)置于相鄰?fù)蛊饤l之間，儲(chǔ)膠槽在夾持腔表面涂覆粘合劑用以粘合抽油桿與扶正器時(shí)，增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度使其固定效果更佳。同時(shí)儲(chǔ)膠槽也保證夾持腔內(nèi)的粘合劑不易在扶正器對(duì)合裝配時(shí)將膠液擠出；

優(yōu)選的，所述金屬滑槽的長(zhǎng)度為扶正器長(zhǎng)度的1/3-1/2，所述金屬卡扣采用單側(cè)的一對(duì)金屬卡釘完成固定，所述金屬滑槽和金屬卡扣通過(guò)內(nèi)嵌埋入方式與主體復(fù)合材料扶正器形成整體；

優(yōu)選的，所述抽油桿夾持腔厚度在3-10mm之間，寬度在10-40mm之間，長(zhǎng)度在50-200mm之間；

優(yōu)選的，所述抽油桿扶正器主體與防磨棱以耐磨耐高溫特種纖維混雜織物作為增強(qiáng)主體，以耐高溫?zé)峁绦詷?shù)脂為基體，選用的纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、UHMWPE纖維、玄武巖纖維中的任意一種或多種混雜，二維織物單層結(jié)構(gòu)形式選用平紋、斜紋、緞紋中的任意一種，疊層選用上述二維織物單層結(jié)構(gòu)的任意一種或多種組合，所述熱固性樹(shù)脂為改性熱固性的環(huán)氧、酚醛、聚四氟乙烯、不飽和聚酯、聚酰亞胺樹(shù)脂中的任意一種或多種組合；

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述改性方式為：采用無(wú)機(jī)粉體或金屬粉體或者短切纖維作為改性劑通過(guò)物理共混引入樹(shù)脂基體中進(jìn)行改性，所用的無(wú)機(jī)粉體改性劑為碳化硅、氧化鋁、氮化硼、碳化硼、二氧化硅粉體中的一種或多種組合，金屬粉體改性劑選用鐵粉、鉛粉、銀粉、銅粉體中的任意一種或多種組合，短切纖維改性劑長(zhǎng)度在0.5-2cm，所述短切纖維選用碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、UHMWPE纖維或玄武巖纖維中的任意一種或多種混雜，所用改性劑用量為樹(shù)脂基體重量的2-10％；

優(yōu)選的，所述耐磨層采用纖維三維編織物作為增強(qiáng)主體，以改性熱固性樹(shù)脂為基體，所用纖維為硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、玄武巖纖維中的一種或多種，二維織物單層結(jié)構(gòu)形式選用平紋、斜紋、緞紋中的任意一種，疊層選用上述二維織物單層結(jié)構(gòu)的任意一種或多種組合，所述改性熱固性樹(shù)脂為改性熱固性的環(huán)氧、酚醛、聚四氟乙烯、不飽和聚酯、聚酰亞胺樹(shù)脂中的任意一種或多種。

所述改性方式為：所述改性方式為：采用無(wú)機(jī)粉體或金屬粉體或者短切纖維作為改性劑通過(guò)物理共混引入樹(shù)脂基體中進(jìn)行改性，所用的無(wú)機(jī)粉體改性劑為碳化硅、氧化鋁、氮化硼、碳化硼、二氧化硅粉體中的一種或多種組合，金屬粉體改性劑選用鐵粉、鉛粉、銀粉、銅粉體中的任意一種或多種組合，短切纖維改性劑長(zhǎng)度在0.5-2cm，所述短切纖維選用碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、UHMWPE纖維或玄武巖纖維中的任意一種或多種混雜，所用改性劑用量為樹(shù)脂基體重量的2-10％；

本發(fā)明還提供了所述抽油桿扶正器的制備方法，以不同材質(zhì)的纖維預(yù)浸熱固性樹(shù)脂織物為原料，之后疊層鋪設(shè)在扶正器成型模具內(nèi)，采用加溫加壓方式成型即得抽油桿扶正器。

優(yōu)選的，熱固性樹(shù)脂含量控制在20-50％，加熱溫度為120-250℃，加壓壓力為10-30Mpa，處理時(shí)間為15min-2h。

最后，本發(fā)明公開(kāi)了一種抽油桿，所述抽油桿設(shè)置有上述抽油桿扶正器。

本發(fā)明的一種混雜纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料抽油桿扶正器與傳統(tǒng)金屬、塑料材質(zhì)及注塑成型復(fù)合材料扶正器相比具有如下特點(diǎn)：

第一，采用二維織物疊層結(jié)構(gòu)模壓成型，連續(xù)長(zhǎng)度的纖維織物使得扶正器自身的力學(xué)強(qiáng)度、剛度有較大提高，耐腐蝕性能和使用壽命也有所改善；

第二，采用防磨棱的特種復(fù)合材料耐磨表面層，有效提高扶正器的井下耐磨特性，提高使用壽命；

第三，采用夾持腔內(nèi)的儲(chǔ)膠結(jié)構(gòu)和凸起摩擦條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效提高扁帶式復(fù)合材料抽油桿的摩擦力，同時(shí)提高膠液的固定連接強(qiáng)度，提高扶正器夾持穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1復(fù)合材料扶正器的外側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖，兩半對(duì)稱結(jié)構(gòu)通過(guò)金屬滑槽1對(duì)合，通過(guò)金屬卡扣2固定，外側(cè)帶有耐磨層7的防磨棱6。

圖2是復(fù)合材料扶正器內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖，2為卡扣式固定裝置，內(nèi)側(cè)是夾持槽3，在夾持腔上帶有儲(chǔ)膠槽4和凸起條5。

圖3是復(fù)合材料扶正器側(cè)面示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

基于本發(fā)明的抽油桿扶正器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施方式如下：

混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器采用對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)，在扶正器的一側(cè)設(shè)有金屬滑槽和一對(duì)金屬卡釘，其中滑槽長(zhǎng)度為扶正器長(zhǎng)度1/2，當(dāng)對(duì)合時(shí)，金屬卡釘完成兩半分體結(jié)構(gòu)的對(duì)合，扶正器沿著金屬滑槽移動(dòng)保證精確定位。

扶正器對(duì)合定位后，內(nèi)側(cè)表面為厚度5mm、寬度12mm、長(zhǎng)度在110mm的夾持腔與扁帶式碳纖維復(fù)合材料抽油桿緊密接觸，夾持腔內(nèi)設(shè)有6組凸起條和6組儲(chǔ)膠槽，保證抽油桿與夾持腔的摩擦與膠合固定。

扶正器對(duì)合整體后的外側(cè)表面為寬度為11mm、高度23mm的四組防磨棱，防磨棱表面采用玄武巖纖維的斜紋編織的4層疊層織物結(jié)構(gòu)、采用環(huán)氧樹(shù)脂制備耐磨層，最終表面耐磨層的厚度為6mm。

扶正器主體采用連續(xù)T800碳纖維和芳綸纖維按1:5混雜的平紋織物制備單層，將單層預(yù)浸含量為50％的采用5％含量的長(zhǎng)度為1cm的T300短切碳纖維改性的環(huán)氧樹(shù)脂，之后將特定疊層數(shù)量的單層二維織物鋪敷在模壓模具內(nèi)，在鋪敷單層二維織物之前，預(yù)先在模腔表面的耐磨層位置鋪設(shè)上述耐磨層。將織物疊層鋪敷之后將模具放入熱壓機(jī)中加溫加壓，加熱溫度為150℃，熱壓壓力為10Mpa，處理時(shí)間為1小時(shí)，之后冷卻脫模，形成最終復(fù)合材料抽油桿扶正器制品。

實(shí)施例2

基于本發(fā)明的抽油桿扶正器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施方式如下：

混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器采用對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)，在扶正器的一側(cè)設(shè)有金屬滑槽和一對(duì)金屬卡釘，其中滑槽長(zhǎng)度為扶正器長(zhǎng)度1/2，當(dāng)對(duì)合時(shí)，金屬卡釘完成兩半分體結(jié)構(gòu)的對(duì)合，扶正器沿著金屬滑槽移動(dòng)保證精確定位。

扶正器對(duì)合定位后，內(nèi)側(cè)表面為厚度在10mm、寬度40mm，長(zhǎng)度100mm的夾持腔與扁帶式碳纖維復(fù)合材料抽油桿緊密接觸，夾持腔內(nèi)設(shè)有4組凸起條和4組儲(chǔ)膠槽，保證抽油桿與夾持腔的摩擦與膠合固定。

扶正器對(duì)合整體后的外側(cè)表面為寬度為20mm、高度為22mm的四組防磨棱，防磨棱表面采用氧化鋁纖維的緞紋編織的4層疊層織物結(jié)構(gòu)、采用聚酰亞胺樹(shù)脂制備耐磨層，最終表面耐磨層厚度為7mm。

扶正器主體采用連續(xù)T700碳纖維和芳綸纖維按5:1進(jìn)行混雜的平紋織物制備單層，將單層預(yù)浸含量為20％的采用2％含量的氮化硼粉體改性環(huán)氧樹(shù)脂，之后將特定疊層數(shù)量的單層二維織物鋪敷在模壓模具內(nèi)，在鋪敷單層二維織物之前，預(yù)先在模腔表面的耐磨層位置鋪設(shè)上述耐磨層。將織物疊層鋪敷之后將模具放入熱壓機(jī)中加溫加壓，加熱溫度為120℃，熱壓壓力為18Mpa，處理時(shí)間為2小時(shí)，之后冷卻脫模，形成最終復(fù)合材料抽油桿扶正器制品。

實(shí)施例3

基于本發(fā)明的抽油桿扶正器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施方式如下：

混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器采用對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)，在扶正器的一側(cè)設(shè)有金屬滑槽和一對(duì)金屬卡釘，其中滑槽長(zhǎng)度為扶正器長(zhǎng)度1/2，當(dāng)對(duì)合時(shí)，金屬卡釘完成兩半分體結(jié)構(gòu)的對(duì)合，扶正器沿著金屬滑槽移動(dòng)保證精確定位。

扶正器對(duì)合定位后，內(nèi)側(cè)表面為厚度在8mm、寬度在40mm，長(zhǎng)度在200mm的夾持腔與扁帶式碳纖維復(fù)合材料抽油桿緊密接觸，夾持腔內(nèi)設(shè)有6組凸起條和6組儲(chǔ)膠槽，保證抽油桿與夾持腔的摩擦與膠合固定。

扶正器對(duì)合整體后的外側(cè)表面為寬度20mm、高度為25mm的四組防磨棱，防磨棱表面采用碳化硅纖維的緞紋編織的8層疊層織物結(jié)構(gòu)、采用環(huán)氧樹(shù)脂制備耐磨層，最終表面耐磨層的厚度為6mm。

扶正器主體采用連續(xù)T300碳纖維和玻璃纖維按1:4混雜的平紋織物制備單層，將單層預(yù)浸含量為20％的采用4％含量的金屬銅粉體改性的聚四氟乙烯樹(shù)脂，之后將特定疊層數(shù)量的單層二維織物鋪敷在模壓模具內(nèi)，在鋪敷單層二維織物之前，預(yù)先在模腔表面的耐磨層位置鋪設(shè)上述耐磨層。將織物疊層鋪敷之后將模具放入熱壓機(jī)中加溫加壓，加熱溫度為120℃，熱壓壓力為20Mpa，處理時(shí)間為1.5小時(shí)，之后冷卻脫模，形成最終復(fù)合材料抽油桿扶正器制品。

實(shí)施例4

基于本發(fā)明的抽油桿扶正器的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施方式如下：

混雜纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料抽油桿扶正器采用對(duì)稱兩半式結(jié)構(gòu)，在扶正器的一側(cè)設(shè)有金屬滑槽和一對(duì)金屬卡釘，其中滑槽長(zhǎng)度為扶正器長(zhǎng)度1/3，當(dāng)對(duì)合時(shí)，金屬卡釘完成兩半分體結(jié)構(gòu)的對(duì)合，扶正器沿著金屬滑槽移動(dòng)保證精確定位。

扶正器對(duì)合定位后，內(nèi)側(cè)表面為厚度在10mm、寬度40mm，長(zhǎng)度在200mm的夾持腔與扁帶式碳纖維復(fù)合材料抽油桿緊密接觸，夾持腔內(nèi)設(shè)有5組凸起條和5組儲(chǔ)膠槽，保證抽油桿與夾持腔的摩擦與膠合固定。

扶正器對(duì)合整體后的外側(cè)表面為寬度為20mm、高度為25mm的四組防磨棱，防磨棱表面采用硼纖維的平紋編織的5層疊層織物結(jié)構(gòu)、采用酚醛樹(shù)脂制備耐磨層，最終耐磨層厚度為5mm。

扶正器主體采用連續(xù)T800碳纖維的斜紋織物制備單層，將單層預(yù)浸含量為30％的采用10％含量氮化硼粉體改性環(huán)氧樹(shù)脂，之后將特定疊層數(shù)量的單層二維織物鋪敷在模壓模具內(nèi)，在鋪敷單層二維織物之前，預(yù)先在模腔表面的耐磨層位置鋪設(shè)上述耐磨層。將織物疊層鋪敷之后將模具放入熱壓機(jī)中加溫加壓，加熱溫度為250℃，熱壓壓力為30Mpa，處理時(shí)間為15min，之后冷卻脫模，形成最終復(fù)合材料抽油桿扶正器制品。

上述雖然結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。