碳纤维复合材料在石油工程中的应用

碳纤维是一种纤维状的碳材料，最大的特点就是轻质高强，密度不到钢的1/4，但拉伸强度是普通钢的7～9倍。具有优异的耐腐蚀性和耐高温性，并且还具有与铜相似的导电性能，是集优良的电学、热学和力学性能于一体的新型材料。碳纤维是在1000℃以上的惰性气体中，利用高温分解法对有机纤维(聚丙烯腈、沥青等)进行烧制，去除纤维中除碳以外的其他元素即得到碳纤维。碳纤维一般不单独使用，而是作为增强材料，添加到树脂、金属、陶瓷或者是混凝土当中构成复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强树脂。碳纤维从诞生到现在，已经广泛应用于航空航天、高端工程装备、重大基础建设结构工程、压力容器以及体育休闲用品等领域。 在油气开采业中，抽油杆是采油系统的主要部件，传统的钢制抽油杆在柔韧性和抗腐蚀性方面存在不足，在开采“三高井”或超深井时损耗较大，相比之下，碳纤维材料抽油杆由于其出色的力学性能和机械强度，在油气开采业正得到广泛应用。目前，碳纤维抽油杆已经在国内很多油田得到广泛应用，中国石油集团大港油田、中国石化集团胜利油田等油田都开展了碳纤维抽油杆技术推广。 海洋中蕴藏着丰富的油气资源，油气勘探开发正在由陆地向海洋，由浅海大陆架逐渐向深海延伸。然而，海洋中环境复杂多变，复杂的海水含盐量很高，对设备设施具有极强的腐蚀性，很多设备设施都是以钢材料为主，这就无形中增加了开采成本，同时也加大了作业风险。碳纤维材料的低密度、高性能、高强度能够有效缓解钢制材料在深海环境所承受的重量和压力载荷。在深海油田所使用的平台脐带缆、锚固缆绳和油井口连接到平台的管材（立管）都可以用碳纤维材料部分代替，这样能够有效降低平台的重量以及所承受的压力，节约成本。并且相比于钢制材料，碳纤维材料的使用深度能提高一倍，而且碳纤维材料的柔韧性也更便于运输和施工作业。