目前,石油開采以陸地為主,海洋為輔隨著陸地石油的逐步減少,開采海洋油田已引起各國(guó)的極大關(guān)注。陸地開采石油的設(shè)施以鋼材為主要材料,但開采海洋油田的環(huán)境與陸地大不相同,鋼材的自重與腐蝕已不適應(yīng)海洋環(huán)境,以碳纖維復(fù)合材料為主的先進(jìn)復(fù)合材料備受人們的青睞。顯然,鋼絲的自由斷裂長(zhǎng)度最短,而碳纖維和芳綸顯示出優(yōu)異的自重懸垂性。這也就是說,鋼制件用于深海油田時(shí),需用大量浮力發(fā)泡體提供浮力,而碳纖維復(fù)合材料件卻可省去這部分費(fèi)用。此外,鋼制件容易被海水腐蝕,使用壽命短,約3~5年;而CFRP耐海水腐蝕,使用壽命長(zhǎng),約20~25年。

碳纖維復(fù)合材料可用來(lái)制造張力腿平臺(tái)(TLP)的部件、鉆探裝置(MODU)和浮式生產(chǎn)系統(tǒng)(FPS)等方面。具體的應(yīng)用實(shí)例如下：

?  生產(chǎn)井管

生產(chǎn)井管是從海底延伸到鉆井平臺(tái)甲板的構(gòu)件,大多采用直徑為10.5in(266mm)的管材。通過設(shè)置在其中的配套裝置,使油、氣從海底流到貯藏槽(罐)。在墨西哥灣的1220m深海油田用的升降機(jī),當(dāng)升降機(jī)的升降管采用碳纖維與玻璃纖維混雜復(fù)合材料時(shí),與不銹鋼管相比時(shí),每米的有效重量輕45kg,1200m可減重54t,大大降低了所需浮力體的費(fèi)用。

?  管、貯罐和甲板

海水管道、防火用的水管、低壓送浮力體的費(fèi)用水管、貯罐和其他構(gòu)建可用到碳纖維。如果在基體樹脂中加入炭黑或短切碳纖維,可防止靜電的發(fā)生。如果采用碳纖維與玻璃纖維混雜增強(qiáng)(CF/GFRP),則可有效防止靜電事故的發(fā)展,且可降低生產(chǎn)成本。

?  繩索( tethers)

繩索用以把TLP拴在海底。鋼制繩索最深的應(yīng)用于墨西哥灣4000(1ft=0.3048m)深的TLP;如果TLP超過500(1500m)深,鋼制繩索費(fèi)用變得非常大,需碳纖維復(fù)合材料繩索( comptethers)取代。同時(shí), comptethers柔軟可盤繞在直徑為4.4m的軸上,儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用非常方便,可降低工程成本。

?  撓性管、連接管

深海使用的撓性管及連接管是碳纖維的最大潛在市場(chǎng)之一。撓性管是擠壓成型的同心圓管,在樹脂聚合物管子的上面施以增強(qiáng)用的金屬螺旋層(圓周方向增強(qiáng))而成。它構(gòu)成比較薄的兩個(gè)層面,表層保持強(qiáng)度,內(nèi)層具有耐堿等耐蝕性。這兩個(gè)層面并不接合在一起,而是保持著撓性。它可用于變化較大的狀態(tài)下輸送各種流體。連接管( umbilicals)是用來(lái)捆扎束縛從平臺(tái)延伸到海底的液壓控制管線及甲醇輸送管線、熱塑性樹脂軟管、電氣電纜等的管線。它作為控制海面下的生產(chǎn)及維修起到重要作用。

?  近海平臺(tái)的二次結(jié)構(gòu)材料

近海平臺(tái)的二次結(jié)構(gòu)件有格柵框架、扶梯、輔助平臺(tái)、電纜托架和電纜橋架等。FRP格柵框架已得到廣泛應(yīng)用。殼牌公司在墨西哥灣的4個(gè)TLP使用了FRP格柵框架結(jié)構(gòu)?；祀s復(fù)合材料橫梁在其頭與尾的凸緣上采用了碳纖維。

?  浮力組件( buoyancy modules)

在制造增強(qiáng)小直徑中空球的復(fù)合發(fā)泡體時(shí)可采用碳纖維。這種浮力組件可使用在4000t的海面下。為開采5000~10000f深海下的石油和石油氣,這種浮力組件及套箱的需求量愈來(lái)愈大,需用大量的碳纖維。此外,碳纖維復(fù)合材料還可用來(lái)制造槽罐和壓力容器等。綜上所述,碳纖維復(fù)合材料在鉆井管、生產(chǎn)井管、撓性管、連接管、TLP系繩索和高壓容器等方面得到應(yīng)用。隨著近海油田向深海油田的轉(zhuǎn)移開放,用量與日俱增。顯然,深海油田的開發(fā)將是碳纖維應(yīng)用的最大潛在市場(chǎng)之一。

本文來(lái)源：藍(lán)鯨騰飛