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從制作抽油桿到修復集輸管道、儲罐，近年來，碳纖維復合材料技術以其獨特的性能優勢，有效解決了傳統金屬材料在油氣了開發過程中存在的諸多問題，提升了油田生產的安全性、效率和經濟效益，新材料技術的應用提升采油設備“強筋壯骨”，助力油氣田高效開發。
碳纖維抽油桿技術
 
早在2016年，勝利油田就設立了碳纖維抽油桿項目，開啟了碳纖維的應用之旅，并在扁帶形碳纖維抽油桿基礎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鋼制抽油桿易腐蝕、壽命短、下深受限、能耗高、起下工作時間長等缺點，防腐延壽、深抽提液、節能降耗等效果顯著。
 
勝利油田技術人員作為項目的核心研發團隊之一，針對評價指標和方法體系缺失等問題，經過刻苦攻關，建立了碳纖維復合材料抽油桿檢測評價指標和方法體系，實現了碳纖維抽油桿連續在線全截面檢測，為抽油桿的現場應用提供了技術保障。2017年，由勝利油田自主研發制造的陣列探頭水浸超聲無損檢測方法不僅能夠準確識別出產品內在的毛刺、氣孔、裂紋等缺陷，而且實現了碳纖維抽油桿連續在線全截面檢測，填補了國內外碳纖維連續抽油桿在線無損檢測空白，完成了涵蓋理化、力學、耐溫、制造缺陷等性能的碳纖維連續抽油桿質量指標體系及完善的檢測方法、裝備，形成了產品質量標準。
圍繞碳纖維抽油桿應用中遇到的桿體斷、裂等問題，研發團隊從碳纖維固化時間、拉擠速度等生產工藝入手，全面測試分析了各項參數對桿體綜合性能的影響規律，通過調整桿體結構、優化固化工藝等措施，不斷提升產品性能，斷、裂失效率由36%降為0。
 
碳纖維復合材料雖然抗腐蝕能力強，但是在井下高溫、高壓、高礦化油水介質環境與交變載荷的共同作用下，也存在老化、損傷現象。為此，勝利油田通過仿真模擬試驗，研究出碳纖維抽油桿的力學性能演化規律，確定了其在不同油井工況和環境中的應用界限，為碳纖維抽油桿的設計、選型及維護提供了科學依據。
 
據統計，目前已有112萬余米碳纖維抽油桿在勝利、西北、中原等油田的961口井實現了工業化應用，累計增油超17萬噸、節電超1300萬千瓦時，最長生產周期1526天，腐蝕井平均檢泵周期延長1.5倍，直接經濟效益超3億元。
 
集輸管道碳纖維復合材料修復技術
 
隨著研究不斷深入，碳纖維的應用領域也得到了進一步拓展。經過持續攻關，研發團隊創新形成了碳纖維補強工藝、3D復合材料罐頂結構設計技術、原位修復增強一體化施工工藝等，突破了樹脂體系在水下等潮濕環境中無法固化的技術難題，使碳纖維在集輸管道及容器的修復中大顯身手。
 
該技術首創了碳纖維修復穿透型缺陷管道的設計方法及工藝，開發出集輸管道碳纖維復合材料修復工藝包。該技術針對不同類型集輸設備修復技術難點，技術人員經過多年的技術攻關，研發了碳纖維補強工藝及碳纖維復合材料常壓儲罐罐頂制備工藝，以及3D復合材料罐頂結構設計技術及原位修復增強一體化施工工藝，形成了罐頂成型工藝配套，以及纖維增強復合材料罐頂更換技術，建立了適用于油田的復合材料修復工藝與標準體系，配套關鍵工藝技術，有效提高了油田集輸設備的維修效率、修復效果，形成油田采輸設備快速修復及延壽技術體系，填補了碳纖維修復技術在油田集輸設備領域的空白，為碳纖維復合材料在現場應用奠定技術保障。
 
碳纖維復合材料與傳統行業主流金屬材質相比，具有天生對化學腐蝕的免疫，能有效減緩油井采出液對機采設備、集輸管道、容器、儲罐等設備的腐蝕，且重量輕（重量降低30%）、使用壽命長。新材料的應用不僅降低了跑冒滴漏安全環保事件的發生概率、減少了材料消耗和作業費用，而且碳纖維加固修復工藝與傳統修復工藝相比，無需停輸且修復效率提升兩倍以上。
 
據統計，目前，應用該技術已累計修復油田集輸管道63條，管道長度8220 米，儲罐型容器33 座，置換碳纖維復合材料罐頂施工5座，有效減少了因設備本體腐蝕損傷、穿孔泄漏造成的維修更換、賠償費用，減少泄漏隱患，累計節約維修資金達3500 萬余元。
 
石油化工企業屬于安全生產高風險行業，而該新技術屬于本質化安全技術，在油田集輸管道、容器、儲罐修復過程中無需動火作業，有效避免了傳統維修作業需要動火作業而帶來的安全風險。隨著碳纖維復合材料在油田生產中的深入應用，其在提高能源開采效率、降低運營成本、促進環境保護等方面展現出的巨大潛力，開發的油田集輸工況下碳纖維維修補強及評價技術，以及碳纖維增強復合材料罐頂制備新工藝技術，將進一步推動我國油氣行業向更加智能、高效、綠色的方向發展。
 
油氣勘探開發經常面臨高溫、高壓、油氣混合高腐蝕等極端環境，對應用材料的耐熱、耐磨、耐腐蝕及長期服役性能都有很高要求。其中，碳纖維復合材料具備優異的耐腐蝕性和耐高溫性，以及出色的力學性能和長期服役能力，在油田領域的應用日益廣泛，不僅在油氣管道、儲罐、閥門等關鍵設備的制造和油井橋塞的強化修復中發揮著重要作用，而且在抽油桿、連續油管等油氣開采的核心部件制備中顯示出獨特的優勢。
 
碳纖維復合材料輕質、高強和出色的耐海水腐蝕能力，隨著碳纖維復合材料應用技術不斷進步，井下工具和部件的耐溫性能有望得到顯著提升，預計耐溫能力將達到300攝氏度，能極大地提高深層超深層油氣勘探開發能力，也為油氣田高質量高效開發提供強有力的技術支持。