人类对石油和天然气的需求没有止境，这驱动了对近海资源的开采，近海资源蕴藏得更深， 也更加难以钻探开发。受限于海底作业的立管、管线、管件和其他管道系统， 要应对的负载、压力和环境所带来的挑战更大。而与此同时，为了保持在浮式钻井平台和储存平台的额定载重能力之内，管道的重量还要尽可能轻。 总的来说，物质需求已经开始超出目前以金属为主要材质的管线技术所能实现的开采力。


复合材料能够让大孔径管道按需结合强度、韧性、轻量、高耐热耐压性、最小流动阻力、高回弹性和耐久性，使之超越了目前主流的金属管道所具备的性能——尽管它们经常采用聚合物为管道内衬。

试验证明，传统的热固性复合材料不能较好地替代金属材料，因为管道的制造工艺是一个连续的加工过程，而它的固化动力学特性是这种加工过程的一大障碍。与此相反，热塑性塑料能够适应连续性生产， 因为热固性材料固结和硬化问题对热塑性塑料而言却并不是问题。

案例：

1、Element Hitchin 公司

Element Hitchin 公司隶属于一个合作组织，该组织致力于评估用于输油管线的各种不同热塑性复合材料的适用性。玻纤增强聚甲醛（POM）和聚丙烯（PP）在海水中表现良好，而碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK）被证实非常适用于酸性的油气环境。当环境温度升高时，聚苯硫醚（PPS）中的碳纤维在酸性油气环境及烃气浓缩物中均有良好的表现。（注意：酸性油气环境是指油与水、多种化学品、反应物、碳氢化合物及副产物，以及沙子混合，这些物质会影响某些热塑性塑料的抗渗透性和使用寿命。）

2、荷兰的Airborne International 有限公司

热塑性复合材料可以采用铺带或缠绕工艺生产出具有长度连续、可绕卷的管道，现在，许多公司正在针对石油和天然气管道主结构的加工工艺性能进行相关的研发工作。

位于荷兰的Airborne International 有限公司开始采用其号称世界首套的高端全热塑性复合材料管件连续生产设备，前年已有两条生产线在其9000 平方米的Ijmuiden 工厂投入运行。

Airborne 公司管道产品的特点是采用两层玻璃纤维或碳纤维，在熔融状态下与热塑性聚合物结合，得到完全粘合的实壁管。这些产品比金属管更轻更软， 同时也更加易于卷绕和运输，因此比传统管道部署所需的船只更小。这种管道非常坚固，具有良好的抗内压强度。它们不会发生腐蚀，耐受许多不同的化学物质，也不会在水中逐渐降解。这种管道的管孔平滑，能促进液体流动，此外， 它还具有高耐热性、抗疲劳性和耐久性的特点。实际上，材料所表现出的延性（而非脆性）延长了其使用寿命。通过采用同一种热塑性聚合物生产衬管、复合材料层，以及管道外套管，为重负荷管道提供一个单一材料解决方案。

3、美国Oceaneering 公司


在近处的美国，Oceaneering 公司为Petrobras 生产了数公里的热塑性塑料生产控制管缆，用于其圣埃斯皮里图盆地（Espirito Santo Basin） 深海油气田的开采。Oceaneering 公司生产的软管孔径范围为3 ～ 16 英寸，适用于3000 ～ 15,000psi 的压力环境。具有高抗塌陷强度（HCR）的热塑性塑料可用于深海中低分子量化学物质的注塑。

4、英国Magma Global 有限公司

与此同时，在英国的朴茨茅斯，Magma Global 有限公司即将试行新的产能，并在新条件下生产碳纤维增强PEEK 热塑性复合材料管。到目前为止， 该公司已经为测试及研发生产了长达25 米的管道，但是在其朴茨茅斯工厂即将投入试行的新生产线则将开始生产具有连续长度的管道，以便绕卷运输及随后在油气田现场进行部署工作。

Magma Global 公司的设计将结构和密封功能分开，开发了热塑性塑料的独特优势。然而已经提出的解决方案大多采用热固性材料， 结合碳纤维-PEEK 复合材料及Magma 公司为这种材料所研发的制造技术，局部增厚了管道的末端部分。该工艺既可用于最初的制造阶段，也可用于二次加工过程。增厚的末端加工成锥形，这种设计用于与一个由液压工具绕管道末端夹紧的金属圈的内剖面相配合。该结构通过一个钢铁接头锁紧管道，该接头可与准备采用的油气管道接头紧密配合。

 

作者：George Marsh 来源：《增强塑料》