吉林市发改委

  碳纤维作为一种新型材料在各个行业被大范围的应用，其最大优点是质轻、高强、高模、低密度、耐高温、抗腐蚀等，有“新材料之王”的美誉。“十二五”期间，国家政策的支持使得碳纤维产业取得突破性发展。如何更好地应用碳纤维是“十三五”期间的研究重点。碳纤维生产取材于石油，而碳纤维复合材料正被广泛地应用于油气田领域。

  现阶段，有杆泵抽油工艺依旧在油田抽油工作中占据着很重要的地位。有杆泵抽油技术的应用少不了抽油杆的支撑，D、H级钢制抽油杆、玻璃钢杆等抽油杆在实际的抽油工作中的应用频率是非常之高的。但是这些抽油杆却都有着这样的通病：偏磨、断脱等问题频频发生于抽油工作中，因此，相关工作人员就必须要致力于新型抽油杆在油田抽油工作中的引进。碳纤维是有机纤维加工而成的，是一种含碳量近乎饱和的无机高性能纤维，具有承载力较强、抗腐蚀性较强的特点，应当引起有关人员的高度重视。

  目前，我国各油田90%以上的抽油设备采用游梁式抽油机，而游梁式抽油机由于较多的物理运动设备，其系统运行效率相比来说较低，有关联的资料统计表明，油田30%的采油成本消耗在游梁式抽油机上。近几年来，随着油价的持续低迷对油田开发生产经营带来严重的困境，新常态与低油价给油田开发生产带来了更大挑战。在新形势下，如何突破目前石油市场的油价持续低迷重围，实现油田油井开发生产提质增效成为一项重要的研究课题。面对这一新问题，胜利油田积极开展了许多有益的实践与探索，积极开展新工艺、新技术、新产品的开发应用试验，大力降低开发成本和油气生产能耗，特别是对于易腐蚀井，钢质抽油杆因油井腐蚀问题难以解决，造成抽油杆因腐蚀断杆问题时有发生，既影响了油井正常生产，又增加了油井作业维修费用。在油田经济高效开发以及低油价等背景下，金属抽油杆的局限性也越来显著。统计显示，如果杆柱重量降低一半，仅电耗就能降低20%～30%。所以按照油田开发现状的需求及节能降耗的要求，研究应用高强度、质轻、耐腐、抗磨的新材料替代金属抽油杆就成为必须要解决的现实问题。

  碳元素是碳纤维材料的重要组成部分，而每种碳纤维的含碳量都是非常之多的，这就表示碳纤维材料“继承”了碳素材料的以下优势：

  1.具有重量轻、节能方面的优势。1km碳纤维连续抽油杆的重量在200kg范围内，而1km杠杆的重量却大于4t。将碳纤维连续抽油杆引进实际的抽油工作中，有利于发挥接箍活塞的非消极作用，进而在很大程度上增加了抽油机电能的使用时间，最终实现节能省电的目的。所以说，碳纤维连续抽油杆的应用有助于帮助相关企业节约设备资源。

  2.具有抗腐蚀和抗疲乏方面的优势。高矿化度的地层水有腐蚀性较强的特点，一旦钢质材料被应用到抽油工作中，那么就会加快钢材的腐蚀速度，进而减少钢质材料抽油杆的常规使用的寿命和使用质量。而碳纤维连续抽油杆则不会与高矿化度的地层水发生化学反应，其具有较强的耐腐的能力特点，将碳纤维连续抽油杆推广到油田的抽油工作中，有利于提高抽油效率。除此之外，碳纤维连续抽油杆还具有密度小、强度高的优势，而其弹性模量大于钢性抽油杆却小于玻璃钢抽油杆，通过实验我们大家可以得知：在以上3种材料同时承重100荷载之后，碳纤维抽油杆的强度只减少了40%左右，而钢性抽油杆的强度则减少了60%左右，玻璃钢抽油杆的强度却减少了几乎80%，所以说，碳纤维连续抽油杆的抗疲乏性较强。

  3.具有耐高温方面的优势。碳纤维连续抽油杆的制作需要具有耐高温特性的碳纤维以及树脂等材料的参与，而碳纤维材料是经历过1700多℃温度的洗礼的，在日常的空气环境中碳纤维材料本身自带的温度就大于500℃，而树脂基体材料在150℃温度以下不可能会发生任何反应。将以上两种材料融合在一起，产出的碳纤维连续抽油杆在120℃温度以下不会与其他物质发生化学反应，而由于碳纤维材料不会发生热膨胀，因此.将碳纤维连续抽油杆应用到高温抽油工作中，对冲程问题的解决很有大的帮助。

  4.有助于解决抽油杆对油管造成的磨损问题。在实际的抽油工作中，抽油杆一定会实现和油管两圆内切的零距离接触，但是由于普通抽油杆具有柔性较低的特点，这使得普通抽油杆与油管表面中的两圆内切有且只有一个接触点，在这种情况下，正压力呈直线趋势上升，最终接触部分磨损严重问题的出现就成为了必然趋势。而碳纤维连续抽油杆的柔性较强，将其导入油井中，可以有效解决接触点过于单一的问题，进而最大限度地减少油管的磨损，最终为油管使用年数的限制的增加提供保障。

  碳纤维抽油杆问世于1990年代初的美国，我国从1999年开始研制。碳纤维抽油杆具有质量轻、比模量高、比强度高、耐磨性和抵抗腐蚀能力好、抗疲劳性能优等特点，其结构连续，只有上下两个接头，可以部分避免钢质抽油杆在采油过程中的局限性，并能延长检泵周期，降低采油成本。我国自主研发的碳纤维抽油杆进行了矿场试验，减载和增产效果明显，但应用过程中也出现了一些问题，例如管理不规范、杆柱设计不合理等，限制了其良好特性的发挥。针对这些缺陷和问题，研究人员一直在不懈地试验和努力，开发出了相关配套设施和技术，并探索了不同井况的下井工艺。

  胜利油田试验井井况为：泵挂在直井段，井斜角＜5°，油粘度＜2 000 MPa˙s。摸索了钢杆和碳纤维杆的组合设计，开发了相应的软件，矿场试验证明计算结果与实测值比较吻合，对相近井况中碳纤维抽油杆的应用具有指导作用。大庆油田的现场应用展示了碳纤维抽油杆在节能、深抽、耐腐蚀等方面的优势。辽河油田将碳纤维连续抽油杆技术引入低孔低渗石油地质，增加了泵挂深度，提高了沉没度和单井产量，缓解了偏磨。

  另外，研发人员研制了耐热性好和耐摩擦的碳纤维扶正器、接头、连接器等配套工装，开发了能够顺利起下碳纤维连续抽油杆的配套作业车，更好的完成了碳纤维抽油杆的矿场作业任务，为碳纤维抽油杆的应用推广提供了保障。

  随着碳纤维材料应用的普及与制造成本的降低，近年来碳纤维抽油杆在国内各油田得到了规模性应用。碳纤维抽油杆材料密度低，可以显著减小悬点载荷，有利于实现油井深抽，使原来钢质杆抽油系统无法开采的深层低渗透油藏得到高效开发；碳纤维抽油杆耐腐蚀，适应于腐蚀性产出液的油井抽油系统(当碳纤维抽油杆柱应用于腐蚀性产出液油井时，一般都会采用泵下加重的组合杆柱，即采取了特殊结构的抽油泵，泵上采用碳纤维抽油杆柱，泵下采用钢质抽油杆柱进行加重)，并在实际应用中取得了良好的效果。现场试验根据结果得出，碳纤维杆抽油系统不仅适应于深抽、腐蚀性油井抽油，而且还具有非常明显的节约能源的效果。但相关文献并没有深入研究碳纤维杆抽油系统的节能机理。有关文献也仅研究了碳纤维－钢混合杆柱的纵向振动与超冲程。尽管一致认为减小抽油杆柱质量能够更好的降低系统输入功率，但目前尚未系统分析杆柱质量减小对系统节点能效与单元效率的具体影响。

  碳纤维杆抽油系统降低系统能耗的有利因素为：与钢质抽油杆比较，碳纤维抽油杆柱直径有所减小，同时没有接箍，能够降低杆柱液体摩擦功率损失，有利于提高井下生产效率与抽油杆柱效率；碳纤维抽油杆柱能产生一定的超冲程，有利于提高井下生产效率；碳纤维抽油杆柱质量显著减小，有利于减小悬点载荷，能够降低地面传动系统摩擦副的能量损失，有利于提高地面效率。碳纤维杆抽油系统降低系统效率的不利之处为:由于碳纤维杆材料弹性模量明显降低，加大了柱塞的冲程损失，尽管碳纤维杆抽油系统柱塞超冲程有所增加，但所产生的柱塞超冲程远不能弥补弹性模量降低导致的冲程损失增大，以此来降低了井下效率。

  我国境内拥有大庆油田、胜利油田、华北油田、大港油田、、辽河油田、吉林油田、克拉玛依油田、冷湖油田、玉门油田、南阳油田、塔里木油田、长庆油田、江苏油田、江汉油田、吐哈油田、延长油田、中海油渤海油田等近20个大型油田，油井总数超过35万口，平均井深约3500米，每口油井需要抽油杆约1500米，寿命周期为3年。因此，抽油杆年需求量约为175,000,000米，市场空间巨大。

  （1）碳纤维连续抽油杆生产线设备关键组成模块研究。包括碳纤维纱架、玻纤纱架、单头缠绕机、履带拉挤机、浸胶槽、导纱板等组成结构。

  （2）改造碳纤维连续抽油杆试验生产线，包括不同直径的模具附件设计；不一样的材料配比供料实验系统模块设计；不一样的温度调节控制实验系统模块设计；不同速度调节控制实验系统设计。

  （3）制造连续抽油杆的参数影响试验测试分析。改变碳纤维束和玻璃纤维束的数量比例参数、缠绕方式、布局方式和高温高强树脂数量比例参数；改变表面耐磨网的缠绕方式参数；改变固化温度参数；改变固化压力参数等。进行连续抽油杆性能测试，最重要的包含抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、硬度、疲劳寿命、耐温性、耐磨性、抵抗腐蚀能力等性能。

  （4）碳纤维连续抽油杆现场井下测试。获取碳纤维连续抽油杆生产基本信息参数性能指标，包括正常运行时间极限；平均节能指标；单井产液提高量；泵效平均提高量；悬点载荷降低量；工作电流降低量；最大工作井深等。

  国家主席习2021年4月22日晚在北京发表题为《共同构建人与自然生命共同体》的重要讲话。习说：“中华文明历来崇尚天人合一，追求人与自然和谐共生。中国以习生态文明思想为指导，贯彻新发展理念，坚持走生态优先、绿色低碳的发展道路。中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。中国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间，远远短于发达国家所用的时间，需要中方付出艰苦努力。”

  本项目为努力实现“碳中和”和“碳达峰”的“双碳”目标，进一步减少抽油过程所需能耗，从抽油杆入手，将传统的钢制材料改为碳纤维。一方面，采用碳纤维为主要材料直接将碳元素回归了地下，减少了二氧化碳排放；另一方面，抽油所需能量一部分来自碳的燃烧，传统抽油杆多为钢制，约为碳纤维密度的5倍，采用碳纤维能节约能量70%以上，减少了利用碳提供能量，进而减少了二氧化碳排放。

  本项目的启动和实施将为我国承诺的“实现从碳达峰到碳中和的时间远远短于发达国家所用的时间”贡献自己的力量。

  2011年5月19日，吉林市政府出台《吉林市碳纤维产业推进工作方案》，开启了在吉林经济开发区打造“中国碳谷”的创举。2021年9月29日，第九届中国碳谷碳纤维产业大会在北国江城吉林市热烈召开。本次会议以“双碳引领，绿色发展；产业汇聚，碳创未来”为主题，一同探讨碳纤维产业绿色发展，共话“十四五”发展前景。

  无论从国家大政方针方面，还是从地方产业政策方面，本项目均具备优势产业政策条件。

  吉林市为了贯彻落实国家碳中和、碳达峰的“双碳”战略，也还是为了应对国内外局势及行业格局的发展变化，更是为了推动我们国家碳纤维产业链的快速健康发展。特别是碳达峰、碳中和目标愿景以及新的能源战略的提出，将极大地刺激风电、光伏、氢能等再生或新能源的发展，加之兵器装备部对应急装备用材料性能和要求的日益提升，以及25K大丝束在建筑补强领域的开发，汽车、轨道客车、冰雪装备轻量化以及缠绕气瓶、消防云梯等方面的广泛应用，都为碳纤维发展拓宽了领域和空间，更为碳纤维产业加快速度进行发展搭建了良好格局。

  近年来，吉林化纤加大碳纤维研发力度和项目建设进度，年产600吨碳纤维项目、1.5万吨碳纤维项目、4万吨碳纤维原丝升级改造项目、15万吨原丝项目、12000吨碳纤维复材项目等20万吨碳纤维全产业链项目先后开工建设并陆续达产见效，碳纤维原丝生产能力和碳化能力持续提升，碳纤维复合材料制品研发制造领域不断延伸；拥有全球效率最高的原丝生产线、单线产能最大的碳化生产线，是规格牌号最全，产量最大的碳纤维生产基地。

  这些瞩目的产业政策引领，以及有突出贡献的公司项目进展和生产能力的提升，将为本项目的实施提供充足的、优质的、经济的原材料供给，其产业链的完整以及产业集群的优势十分明显和突出。

  吉林市基础设施全面，城市载体功能突出。全市道路长度842公里，道路面积1183万平方米。

  随着振兴东北老工业基地战略的深入实施，东北地区既可以主动承接东部发达地区的产业转移，又可以积极拓展中部崛起带来的广阔市场，进而加快形成我国第四个重要经济增长极。吉林市地处东北地理中心，明清时期就是东北的军事、经济重镇，建国后经济发展水平曾一度居于全国前列。作为老工业基地城市的典型代表，借助东北振兴的战略机遇，吉林市将更好地融入东北产业分工和区域协作体系，并在其中发挥应有的非消极作用。从更大范围看，当今世界经济全球化和区域经济一体化趋势不断强化，地理政治学逐步让位于地缘经济，随着朝鲜半岛形势趋于缓和，国际社会东北亚战略地位进一步升级，中国东北正成为东北亚地缘经济活动的枢纽，图们江地区国际合作将进入以双边、多边合作开发为主新阶段。吉林市位于东北亚腹地，借助图们江地区合作开发的东风，将逐步形成东北亚重要的制造业基地和物资集散地，慢慢的变多的投资商将把眼光聚集到这个粗具现代化水准的区域中心城市。

  由省交通厅及市政府投资的“吉林市货运中心站”总面积为16万平方米。“物流园区”位于吉林市交通枢纽地带，东起吉长高速公路，南为越山路通往市区，西临吉林最大的重工业基地，北靠吉长北线。这里交通运输极为便利，通讯线路和通讯光缆遍布各个角落。新建的“物流园区”是吉林地区最大的仓储货场，为企业物流提供最高效、最优质的服务。

  吉林市2021年8月30日召开人才工作领导小组会议，会议审议通过了《关于激发人才创新活力助推实施“四五”发展的策略的实施建议》和《吉林市引进万名学子“助企兴业”行动实施办法》《吉林市乡村人才振兴行动实施办法》《吉林市重点产业高品质人才引进行动实施办法》《吉林市民营企业家培育行动实施办法》《吉林市“江城工匠”锻造行动实施办法》《吉林市人才回归行动实施办法》。

  同时市政府新闻办公室召开了吉林市“一个意见、六个办法”人才政策新闻发布会，对这次出台的“人才新政”做出解读。从高校毕业生方面、科技领域人才方面、民营企业家方面等多个角度提出切实可行的“人才新政”办法，聚焦人才引进、培养、评价、服务四个方面，重奖民营企业家、重奖科研成果转化、重奖“江城工匠”，放开事业编制使用、放开用人自主权、放开职称评定，打破制约人才工作壁垒。上述人才政策优势将确保本项目相关的人才来得了、待得住、用得好、流得动。

  占地面积5.5万平方米，建筑面积约4万平方米。主要建设4个生产车间，每个生产车间长140米*宽70米=9,800平方米，如图3所示。建设50条碳纤维复合材料连续抽油杆生产线，每条生产线米/天*330天/年=99,000米/年，总生产能力99,000米/线线米/年。1.3

  万元，其中固定资产投资9000万元。资产金额来源包括：企业利润投入6000万元、股权融资4000万元、抵押贷款2000万元。1.4

  社会评价随着国内碳纤维复合材料原材料生产的基本工艺技术的成熟和大批量生产能力的提高，其成本的售价大幅度下降。另外吉林市是碳纤维复合材料原材料的重要生产基地，这种地缘优势使原材料的供给更加便利、原材料购置成本进一步降低。

  元/米，市场售价约为120元/米。按此计算，项目全部达产并全面销售后，年销售额为4,950,000米/年*120元/米=594,000,000元/年，扣除成本后的利润为470,250,000元/年，实现利税61,132,500元/年。预期1

  年内即可收回全部投入资金，并且创利。碳纤维复合材料连续抽油杆项目的社会效益大多数表现在油田节能增效。

  口井中，统计对比20口井最大悬点载荷下降21.06%，平均节电率24.23%。现场试验效果表明，应用该技术见到了很好的降载和节约能源的效果。按照单井日产液30t

  、动液面700米、工业用电0.8元/kWh计算，单井日节电0.47*30*7kWh=98.7kWh，单井日节省电费79元，预计偏磨检泵周期900天，则检泵周期内节电71,100元。单井多支出轴油杆费用23,200

  元，单井检泵多支出费用2,000元，合计25,200元，平均单井年节约费用（71,100-25,200）/900*365=60,880元。目前通过的钢制抽油杆维护周期为0.5-1

  年，每次维护施工时，均需将抽油杆取出、洗油、检查、修复，这样的一个过程会产生大量油污，环境保护压力大。而碳纤维复合材料连续抽油杆维护周期为2.5-3

  年11月由国务院批准成立。经过27年的开发建设，吉林高新区已发展成为产业基础雄厚、创造新兴事物的能力突出、宜商宜学宜居的产业高地和科技新城，先后荣获全国先进高新区、全国实施火炬计划先进单位等荣誉称号。是国家振兴东北服务外包产业转移承接示范区、国家第三批智慧城市试点园区、国家健康养老示范园区、国家城市矿产示范园区、国家科技服务体系建设试点园区，吉林省数据中心建设基地、电子信息产业集聚区。经吉林省政府批准，吉林市汽车工业园区（省级开发区）于2008年并入吉林高新区，实行一套机构、两块牌子。目前，吉林高新区辖区总规划面积130

  余平方公里，总人口20余万人。由高新南区（建成区）、高新北区（新建区）和江北精细化工试验区（政策区）组成。现有各类工商企业3000余家。已形成以汽车整车及零部件、电子信息、生物医药、数据信息、职业教育等为代表的现代产业体系。面对经济发展新常态，吉林高新区紧紧抓住国家振兴东北老工业基地、长吉图开发开放和长吉产业创新发展示范区的机遇，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以项目为轴心引擎，加快南、北两区协调并进发展，使高新区由产业承载区向集群化、现代化、绿色化、城镇化综合功能区转变，努力把高新区建设成为实施区域发展的策略的重要载体和吉林市经济发展增长极，打造经济社会和生态文明全面发展的创新型高科技产业开发区。