碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。碳纤维力学性能优异，直径只有头发的1/15，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7~9倍，还具有耐腐蚀、高模量的特性，被称为“新材料之王”，在各行业有着广泛的应用前景。
●碳纤维抽油杆最长可达5000米，成功克服了过去抽油杆需要套杆连接、起下工作时间长，金属杆易腐蚀、使用寿命短，运行中耗电量大等缺点，而且下井千米也不易变形，采油时每千米吨油耗电量可下降三成左右，有助于油田企业降低生产成本。
●碳纤维复合材料扶正器耐腐蚀、强度高、摩擦系数低，可有效解决井下腐蚀与偏磨问题，在降低杆管报废率、延长油井免修期、提高生产时效等方面起到重要作用。
●碳纤维布适用于油罐的浮顶、罐顶加固补强，特别是曲面、受弯构件等复杂部位的施工作业，操作简便，有助于缩短工期、降低工程造价。
从制作抽油杆到修复集输管道，近年来，碳纤维复合材料以其独特的性能优势，有效解决了传统金属材料存在的诸多问题，提升了油田生产的安全性、效率和经济效益。
早在2016年，胜利油田就设立了碳纤维抽油杆项目，开启了碳纤维的应用之旅，并在扁带形碳纤维抽油杆基础上研制出了第一代圆形截面纯碳纤维抽油杆。碳纤维抽油杆克服了传统钢制抽油杆易腐蚀、寿命短、下深受限、能耗高、起下工作时间长等缺点，防腐延寿、深抽提液、节能降耗等效果显著。
胜利油田技术检测中心作为项目的核心研发团队之一，针对评价指标和方法体系缺失等问题，经过刻苦攻关，建立了碳纤维复合材料抽油杆检测评价指标和方法体系，实现了碳纤维抽油杆连续在线全截面检测，为抽油杆的现场应用提供了技术保障。
围绕碳纤维抽油杆应用中遇到的杆体断、裂等问题，研发团队从碳纤维固化时间、拉挤速度等生产工艺入手，全面测试分析了各项参数对杆体综合性能的影响规律，通过调整杆体结构、优化固化工艺等措施，不断提升产品性能，断、裂失效率由36%降为0。
碳纤维复合材料虽然抗腐蚀能力强，但是在井下高温、高压、高矿化油水介质环境与交变载荷的共同作用下，也存在老化、损伤现象。为此，胜利油田技术检测中心通过仿真模拟试验，研究出碳纤维抽油杆的力学性能演化规律，确定了其在不同油井工况和环境中的应用界限，为碳纤维抽油杆的设计、选型及维护提供了科学依据。
据统计，目前已有112万余米碳纤维抽油杆在胜利、西北、中原等油田的961口井实现了工业化应用，累计增油超17万吨、节电超1300万千瓦时，最长生产周期1526天，腐蚀井平均检泵周期延长1.5倍，直接经济效益超3亿元。
随着研究不断深入，碳纤维的应用领域也得到了进一步拓展。经过持续攻关，研发团队创新形成了碳纤维补强工艺、3D复合材料罐顶结构设计技术、原位修复增强一体化施工工艺等，突破了树脂体系在水下等潮湿环境中无法固化的技术难题，使碳纤维在集输管道及容器的修复中大显身手。新材料的应用不仅大幅降低了“跑冒滴漏”等安全环保事件发生的概率，而且有效减少了材料消耗、节省了作业费用，与传统修复工艺相比，无须停输，修复效率提升两倍以上。
今后，随着碳纤维复合材料在油田生产中的深入应用，其在提高能源开采效率、降低运营成本、促进环境保护等方面展现出的巨大潜力，将进一步推动我国油气行业向更加智能、高效、绿色的方向发展。
节选自中国石化新闻网
□朱益飞 刘海波 张 瑾