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【复材资讯】碳纤维在海洋油田领域的市场新应
发布时间发布时间:2020-10-13 15:21

  目前,石油开采以陆地为主,海洋为辅随着陆地石油的逐步减少,开采海洋油田已引起各国的极大关注。陆地开采石油的设施以钢材为主要材料,但开采海洋油田的环境与陆地大不相同,钢材的自重与腐蚀已不适应海洋环境,以碳纤维复合材料为主的先进复合材料备受人们的青睐。显然,钢丝的自由断裂长度最短,而碳纤维和芳纶显示出优异的自重悬垂性。这也就是说,钢制件用于深海油田时,需用大量浮力发泡体提供浮力,而碳纤维复合材料件却可省去这部分费用。此外,钢制件容易被海水腐蚀,使用寿命短,约3~5年;而CFRP耐海水腐蚀,使用寿命长,约20~25年。

  碳纤维复合材料可用来制造张力腿平台(TLP)的部件、钻探装置(MODU)和浮式生产系统(FPS)等方面。具体的应用实例如下:

  生产井管是从海底延伸到钻井平台甲板的构件,大多采用直径为10.5in(266mm)的管材。通过设置在其中的配套装置,使油、气从海底流到贮藏槽(罐)。在墨西哥湾的1220m深海油田用的升降机,当升降机的升降管采用碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料时,与不锈钢管相比时,每米的有效重量轻45kg,1200m可减重54t,大大降低了所需浮力体的费用。

  海水管道、防火用的水管、低压送浮力体的费用水管、贮罐和其他构建可用到碳纤维。如果在基体树脂中加入炭黑或短切碳纤维,可防止静电的发生。如果采用碳纤维与玻璃纤维混杂增强(CF/GFRP),则可有效防止静电事故的发展,且可降低生产成本。

  绳索用以把TLP拴在海底。钢制绳索最深的应用于墨西哥湾4000(1ft=0.3048m)深的TLP;如果TLP超过500(1500m)深,钢制绳索费用变得非常大,需碳纤维复合材料绳索( comptethers)取代。同时, comptethers柔软可盘绕在直径为4.4m的轴上,储存、运输和使用非常方便,可降低工程成本。

  深海使用的挠性管及连接管是碳纤维的最大潜在市场之一。挠性管是挤压成型的同心圆管,在树脂聚合物管子的上面施以增强用的金属螺旋层(圆周方向增强)而成。它构成比较薄的两个层面,表层保持强度,内层具有耐碱等耐蚀性。这两个层面并不接合在一起,而是保持着挠性。它可用于变化较大的状态下输送各种流体。连接管( umbilicals)是用来捆扎束缚从平台延伸到海底的液压控制管线及甲醇输送管线、热塑性树脂软管、电气电缆等的管线。它作为控制海面下的生产及维修起到重要作用。

  近海平台的二次结构件有格栅框架、扶梯、辅助平台、电缆托架和电缆桥架等。FRP格栅框架已得到广泛应用。壳牌公司在墨西哥湾的4个TLP使用了FRP格栅框架结构。混杂复合材料横梁在其头与尾的凸缘上采用了碳纤维。

  在制造增强小直径中空球的复合发泡体时可采用碳纤维。这种浮力组件可使用在4000t的海面下。为开采5000~10000f深海下的石油和石油气,这种浮力组件及套箱的需求量愈来愈大,需用大量的碳纤维。此外,碳纤维复合材料还可用来制造槽罐和压力容器等。综上所述,碳纤维复合材料在钻井管、生产井管、挠性管、连接管、TLP系绳索和高压容器等方面得到应用。随着近海油田向深海油田的转移开放,用量与日俱增。显然,深海油田的开发将是碳纤维应用的最大潜在市场之一。

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