碳纤维复合材料连续抽油杆检测技术研究与应用

碳纤维复合材料连续抽油杆（CFCR）作为新型高效采油装备，因其轻质高强、耐腐蚀、低能耗等特性，在油田开采领域得到广泛应用。与传统钢制抽油杆相比，其复合材料结构具有显著性能优势，但同时也对制造工艺和质量控制提出了更高要求。为确保CFCR在复杂工况下的长期安全运行，需建立系统化的检测体系，涵盖原材料、生产过程及成品全链条检测项目。

核心检测项目及技术要点

1. 力学性能检测

通过电子万能试验机完成拉伸强度、弯曲强度和模量测试，重点关注纵向拉伸强度（≥1800MPa）和层间剪切强度（≥60MPa）指标。采用三点弯曲法检测弹性模量时需控制加载速率在2mm/min以内，确保测试数据准确性。

2. 界面结合强度检测

使用微脱粘试验仪对纤维-树脂界面进行微观力学测试，界面剪切强度应不低于45MPa。同步开展湿热老化试验（85℃/85%RH条件下1000小时），评估环境因素对界面性能的影响。

3. 无损检测技术应用

采用工业CT实现内部结构三维重建，分辨率需达到50μm级，可精准识别分层、孔隙等缺陷。辅以超声波相控阵技术，检测杆体表面及近表面裂纹，检测灵敏度控制在0.5mm当量平底孔。

4. 耐环境性能测试

模拟油田井下工况开展复合试验：包括90℃原油浸泡（30天）、H2S酸性环境暴露（浓度100ppm）、温度循环试验（-40℃~120℃）等项目，评估材料性能衰减率需小于15%。

5. 几何尺寸精度检测

使用激光扫描仪进行全尺寸测量，直径公差应控制在±0.05mm，椭圆度误差不超过0.03mm。表面粗糙度检测采用白光干涉仪，Ra值应≤1.6μm。

6. 疲劳性能验证

在液压脉动疲劳试验台进行轴向交变载荷测试（频率3Hz，应力比R=0.1），要求通过10^7次循环无断裂，同时监测动态模量衰减不超过初始值的10%。

检测标准与规范体系

目前主要参照API SPEC 11C《抽油杆规范》、ASTM D3039复合材料拉伸试验标准及GB/T 3362碳纤维检测标准。建议建立包含20项关键指标的CFCR专用检测体系，涵盖物理性能、化学稳定性、长期耐久性三大维度。

结论与展望

通过多维度检测项目的系统实施，可确保碳纤维抽油杆产品合格率提升至99.5%以上。未来需重点开发在线监测技术和智能诊断系统，结合数字孪生技术实现全生命周期质量管控，推动行业检测标准向智能化、标准化方向发展。