打开一片新天地-自主研发碳纤维抽油杆
近日，经胜利油田、大港油田、中原油田、辽河油田等多个油田先期实验应用表明，由山东大学自主研发的“扁带式柔性连续碳纤维复合材料抽油杆”（下称碳纤维抽油杆）连续运行时间最长超过5年，技术达国际领先水平，同时“扁带式柔性连续碳纤维复合材料抽油杆及其接头”获得了中国发明专利权，“碳纤维复合材料在石油开采中的应用”项目获得国家科技进步二等奖。
技术国际领先
一排排牢固的钢架上，一个个扇形铁块在电机驱动下像打铁般往复运动，带动着抽油杆将石油从地下源源不断抽出，这是在许多采油区都可看到的抽油机工作时的情景。由于抽油杆时常处于运动摩擦之中，对强度、韧性、耐腐蚀性等性能要求很高，研究者们一直希望找到一种符合要求的材料。
“碳纤维抽油杆的研制成功，克服了以往钢制抽油杆易损易腐、寿命短等许多不足，取得了较为理想的实用效果。”国家“863”碳纤维专项研究项目课题负责人、山东大学教授朱波在接受中国知识产权报记者采访时表示，碳纤维抽油杆不仅强度高、耐腐蚀，而且重量轻，是同长度钢制抽油杆重量的1/20，截面积仅为钢制抽油杆的1/5，这就相对减少了抽油杆工作时的阻力，使4000米以上的超深井采油成为可能；长度连续，避免了采油过程中的活塞效应，极大降低了接头断脱几率，延长了抽油杆的使用寿命。
“所有这些优点，是由于碳纤维材料本身的特性决定的。”北京化工大学教授赵东林向中国知识产权报记者介绍说，从专业角度讲，当有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃时，形成的含碳量93%以上的纤维状碳材料就称为碳纤维。因此，碳纤维及其复合材料具有高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等特性。特别是与其他材料“嫁接”复合后，不仅可减轻重量，还可体现出“遗传基因”的优秀综合性能。
“碳纤维抽油杆柔韧性非常好，最小弯曲半径仅0.35米，在生产和运输中可进行盘绕，节省空间。”朱波表示，除了材料本身的优点，使用碳纤维抽油杆还有利于机械化作业，节省工作时间，降低劳动强度，对于提高自动化管理水平和劳动效率有积极的意义。目前，我国自主研发的碳纤维抽油杆项目已经具备了优良的综合系统集成特性，综合技术达国际领先水平。
产业化前景广阔
从轻巧耐用的网球拍到采油生产的抽油杆，碳纤维制品正从科研机构的“深闺”走入大众的生活与工作。赵东林介绍，碳纤维广泛应用于航空航天、文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料等方面。目前，世界上只有日本、美国、德国、俄罗斯和中国等少数国家具备碳纤维材料的研发和生产能力。国际市场对碳纤维需求逐年上升，价格从几年前的每磅5美元上涨到现在的20多美元，提高了近4倍。据统计，2007年，全球碳纤维产量总计为3万吨，而我国进口量高达8000多吨，超过世界总量的25%。因此，碳纤维材料及其制备工艺核心技术的自主研发显得十分迫切。
朱波谈到，为给采油设备提供综合解决方案，在碳纤维抽油杆技术系统的研发过程中，课题组还自主研发了配套的碳纤维复合材料扶正器、多种可靠联接头及其装配操作台，并结合油井地矿条件、抽油机械的规格及碳纤维抽油杆的特性，自主研发了相应的现场作业及系统优化软件，并开发了较为完善的生产工艺，具备了产业化基础。
目前，碳纤维抽油杆的实用价值已在应用中显现。朱波表示，碳纤维抽油杆先期实验应用油井累计数百口，实验井深最深2800米，在油田的高腐蚀油井中，碳纤维抽油杆寿命比钢制抽油杆寿命高5倍至8倍。实验测试结果表明，使用碳纤维抽油杆，节电可达30%以上，产油量提高1/3以上，经济效益显著，而且生产过程无污染，碳纤维抽油杆废杆还可回收再利用。
说起碳纤维抽油杆的应用前景，朱波信心十足，我国正在开采和尚未开采的油井大约有30万口，碳纤维抽油杆的应用率按10%计算，则需3万根，按每根使用寿命3年计算，则每年需要1万根。如果建设年产1000根、每根2000米的抽油杆生产装置，则年产值将超过1亿元。碳纤维抽油杆如果能在油田系统大量使用，则可带动和促进相关产业的快速发展，创造可观的社会效益和经济效益。
据朱波介绍，“对碳纤维材料的研究，重要的还在于突破国外封锁，不断拓展应用领域，形成自主知识产权，发展民族产业。目前，包括参与先期实验的油田以及大庆、江汉、新疆等多家油田负责人均表示，希望应用自主研发的国产碳纤维抽油杆。”
