从制作抽油杆到修复集输管道、储罐，近年来，碳纤维复合材料技术以其独特的性能优势，有效解决了传统金属材料在油气了开发过程中存在的诸多问题，提升了油田生产的安全性、效率和经济效益，新材料技术的应用提升采油设备“强筋壮骨”，助力油气田高效开发。
碳纤维抽油杆技术
 
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。
 
胜利油田技术人员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。2017年，由胜利油田自主研发制造的阵列探头水浸超声无损检测方法不仅能够准确识别出产品内在的毛刺、气孔、裂纹等缺陷，而且实现了碳纤维抽油杆连续在线全截面检测，填补了国内外碳纤维连续抽油杆在线无损检测空白，完成了涵盖理化、力学、耐温、制造缺陷等性能的碳纤维连续抽油杆质量指标体系及完善的检测方法、装备，形成了产品质量标准。
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。
 
集输管道碳纤维复合材料修复技术
 
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。
 
该技术首创了碳纤维修复穿透型缺陷管道的设计方法及工艺，开发出集输管道碳纤维复合材料修复工艺包。该技术针对不同类型集输设备修复技术难点，技术人员经过多年的技术攻关，研发了碳纤维补强工艺及碳纤维复合材料常压储罐罐顶制备工艺，以及3D复合材料罐顶结构设计技术及原位修复增强一体化施工工艺，形成了罐顶成型工艺配套，以及纤维增强复合材料罐顶更换技术，建立了适用于油田的复合材料修复工艺与标准体系，配套关键工艺技术，有效提高了油田集输设备的维修效率、修复效果，形成油田采输设备快速修复及延寿技术体系，填补了碳纤维修复技术在油田集输设备领域的空白，为碳纤维复合材料在现场应用奠定技术保障。
 
碳纤维复合材料与传统行业主流金属材质相比，具有天生对化学腐蚀的免疫，能有效减缓油井采出液对机采设备、集输管道、容器、储罐等设备的腐蚀，且重量轻（重量降低30%）、使用寿命长。新材料的应用不仅降低了跑冒滴漏安全环保事件的发生概率、减少了材料消耗和作业费用，而且碳纤维加固修复工艺与传统修复工艺相比，无需停输且修复效率提升两倍以上。
 
据统计，目前，应用该技术已累计修复油田集输管道63条，管道长度8220 米，储罐型容器33 座，置换碳纤维复合材料罐顶施工5座，有效减少了因设备本体腐蚀损伤、穿孔泄漏造成的维修更换、赔偿费用，减少泄漏隐患，累计节约维修资金达3500 万余元。
 
石油化工企业属于安全生产高风险行业，而该新技术属于本质化安全技术，在油田集输管道、容器、储罐修复过程中无需动火作业，有效避免了传统维修作业需要动火作业而带来的安全风险。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，开发的油田集输工况下碳纤维维修补强及评价技术，以及碳纤维增强复合材料罐顶制备新工艺技术，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。
 
油气勘探开发经常面临高温、高压、油气混合高腐蚀等极端环境，对应用材料的耐热、耐磨、耐腐蚀及长期服役性能都有很高要求。其中，碳纤维复合材料具备优异的耐腐蚀性和耐高温性，以及出色的力学性能和长期服役能力，在油田领域的应用日益广泛，不仅在油气管道、储罐、阀门等关键设备的制造和油井桥塞的强化修复中发挥着重要作用，而且在抽油杆、连续油管等油气开采的核心部件制备中显示出独特的优势。
 
碳纤维复合材料轻质、高强和出色的耐海水腐蚀能力，随着碳纤维复合材料应用技术不断进步，井下工具和部件的耐温性能有望得到显著提升，预计耐温能力将达到300摄氏度，能极大地提高深层超深层油气勘探开发能力，也为油气田高质量高效开发提供强有力的技术支持。