Насосные штанги из углеродного волокна представляют собой композиционные материалы, состоящие из углеродного волокна в качестве армирования и смолы в качестве матрицы. В частности, они производятся с использованием высокопрочных полиакрилонитрильных углеродных волокон в качестве армирующего материала и эпоксидной смолы или винилэфирной смолы в качестве матричного материала посредством процесса пултрузионного формования.
Насосные штанги из углеродного волокна легкие, имеют высокую удельную прочность и высокий удельный модуль. Их удельный вес составляет менее 1/4 от веса стали, их удельная прочность примерно в 7–12 раз больше, чем у стали, а их удельный модуль примерно в 3–5 раз больше, чем у стали.
Насосные штанги из углеродного волокна обладают высокой усталостной прочностью, значительно превосходящей стальные, и длительным сроком службы, что делает их особенно подходящими для условий возвратно-поступательного движения насосных штанг. Они также обладают высокой коррозионной стойкостью, устойчивостью к кислотам и щелочам и имеют гораздо более длительный срок службы в морской воде, чем стальные компоненты. Они эффективно противостоят агрессивным средам с высокой минерализацией и содержанием серы в скважинах. Кроме того, насосные штанги из углеродного волокна обладают отличными тепловыми свойствами и устойчивы к высоким температурам (до 180℃).
Конструктивно насосные штанги из углеродного волокна обычно изготавливаются с использованием трехслойной структуры (внутреннее углеродное волокно, средний слой и внешнее высокомодульное стекловолокно), намотанной и затем отвержденной в одном процессе; некоторые продукты также доступны в виде гибких полосок или круглого поперечного сечения.
Сравнительные данные испытаний с обычными стальными насосными штангами показывают, что средний восходящий ток насосных штанг из углеродного волокна составляет примерно 33% от тока стальных штанг, нисходящий ток составляет примерно 45%, средняя максимальная нагрузка составляет примерно 63,9%, а средняя минимальная нагрузка составляет примерно 59,6%.
Насосные штанги из углеродного волокна в основном используются в системах добычи штанговых насосов для нефтепромыслов в качестве насосных штанг для нефтяных месторождений и насосных штанг для нефтяных скважин и особенно подходят для суровых условий работы с высокой сложностью добычи, таких как глубокие скважины, сверхглубокие скважины, корродированные скважины и скважины с неравномерным грунтом. Эти устойчивые к коррозии и легкие насосные штанги обладают ключевыми преимуществами: экономия энергии и снижение потребления энергии (до 18–50%), возможность более глубокой добычи, превосходная коррозионная стойкость для значительного увеличения срока службы (средний цикл проверки насоса в корродированных скважинах увеличивается в 1,5 раза), более высокая производительность нефти и простота установки - не требуется соединение, при длине одной штанги до 3000-5000 метров.
