聚偏二氟乙烯柔性复合管在海洋油气开采中的应用

1、聚偏二氟乙烯柔性复合管在海洋油气开采中的应用摘 要：海底石油资源丰富，但由于海况复杂，开采 过程中高温高压腐蚀性油气的管道输送成为一大技术难题， 论文针对海洋石油输送现状，阐述了聚偏二氟乙烯柔性复合 管的在海洋油气开采中的应用前景关键词：聚偏二氟乙烯 柔性管 管道 高温高压一、引言我国拥有 300 万平方公里海疆，油气资源十分丰富，浅 海海域辽阔，接近总海域的 1/2。目前我国的油气资源开发 集中在 200 米以内的近海海域， 300 米以上水深的海域因技 术和价格原因很少开发。显然，我国目前的油气开发还是以 边际油田开发为主。我国也在积极加大深海油气开发的进 程。二、海底管道现状 海底管道是

2、海洋油气重要工程装备之一。目前，我国海 底管线基本都使用钢质管道，钢制管道在应用中存在以下问 题：（ 1）腐蚀严重，虽然可以使用耐腐蚀合金钢，但其成本 非常高，且国内不能制造此类钢管。 （ 2） 在恶劣海况条件 下，钢质管道容易发生疲劳破坏。 （3） 钢质管道刚度高， 重量大，海上安装成本高昂。根据近年来我国东海和南海油 气勘探情况，我国海底油藏条件苛刻，海底油气资源大部分 含有高浓度的 CO2 和 H2S 等酸性腐蚀气体，并且输送过程 需要高温高压绝热，因为管道的绝热要求可以预防在产品沿 管道冷却时蜡状物和水合物的形成。普通碳钢管难以满足使 用寿命要求。如果使用耐腐蚀的高合金钢，成本则会大幅

3、增 加。海底钢制管道存在着腐蚀、疲劳、重量等诸多问题，有 效替代方法是采用聚偏二氟乙烯（ PVDF ）柔性复合管。相 比钢管，柔性管道具有可设计性、 易弯曲、 易铺设、可回收、 开发更经济、更适应海洋环境等特点。其中，最突出的是弯 曲柔性好，可以承受较大的弯曲变形。在边际油田开发中采 用柔性管道易于铺设、可回收，缩短工期，可以显著降低工 程建设及运营成本。柔性复合管根据加强层材料的不同分为 两大类，金属加强层（简称“金属柔性管道” ）及纤维增强 树脂基复合材料加强层（简称“非金属非粘结性海洋深水复 合管”）；根据界面不同又分为粘结性界面和非粘结性界面。 国外开发了多层结构的非金属非粘结性海洋深

4、水复合管，具 有优良的力学性能和耐腐蚀性，但柔性管供应主要被五家国 外公司垄断，包括 Dunlop 、 Wellstream、 Technip、 DeepFlex 以及 NKT ，使得柔性管供货周期长，服务不及时， 对中国市 场进行价格垄断、技术封锁，甚至无法购买，在我国海洋石 油开发的 20 年中，已建成近 2500km 的海底管道，但柔性管只有20km，且均为采购国外柔性管，国家863项目中，海洋柔性管成为一个重要课题。目前柔性管课题组已经研制 出的聚偏二氟乙烯（ PVDF ）柔性复合管，以其新颖独特的 结构， 合理的柔性、 刚性设计， 出色的耐高温、 耐腐蚀性能， 试用于陆上油田井底高温

5、高压输油管道并正常工作，正迈出 海洋柔性管的第一步。三、PVDF 柔性复合管的应用优势1、PVDF 材料性能优异，加工性能良好PVDF 柔性复合管的内衬层聚偏二氟乙烯 （PVDF ）是一 种高结晶度的热塑性含氟聚合物，在含氟树脂中独具耐候、 耐高低温、耐化学腐蚀等显著优异性能，在允许工作温度 -40-150 C区间内不易老化，并且仍具有优异的化学性能、抗 渗能力和电气性能。 PVDF 广泛的应用于化工、高纯度工业 和石油天然气应用等苛刻工作环境。 PVDF 具有优异的加工 性能，在170 C185 C时熔融，降解一般不会在低于350 C时发生，可以看到 PVDF有一个至少100C的安全加工温度

6、 差，适用于挤塑、注塑、吹塑等多种加工工艺。2、PVDF 管材适用于恶劣及复杂环境由 PVDF 挤出模塑成型的管材广泛应用于石油化工、电 子电气、钢厂酸洗、酸碱液的传输， PVDF 管呈半透明状态， 分子链间排列紧密， 有较强的氢键， 耐燃性佳， 结晶度 65% 78%，密度1.75-1.78g/cm3，长期使用温度-20130 C。其突 出特点是机械强度高，抗冲击强度高、耐磨耗、耐蠕变及韧 性好。具有良好的化学稳定性，耐化学性原油（脂肪族、芳 香烃、气体、水）和缓蚀剂，抗弯曲疲劳、循环变温加热和 裂痕传播，对突然高温也具有优异的抗性（不起泡） 。3、PVDF 复合管结构科学合理，适用于海油输

7、送PVDF 柔性复合管具有独特的结构，除内衬层起到防腐 蚀和密封等作用外，管材还有骨架层、环向增强层、纵向拉 深层、保护层等非粘结结构层，层与层之间可以滑移，一定 程度上保证了管材的柔性。各层的刚性设计使柔性管能够承 担着环向、轴向、径向、扭转等各个方向的分力， 保证了 PVDF 柔性复合管的受力合理均匀。 PVDF 柔性管材刚柔结合的特 点，不仅能够满足复杂海况、恶劣环境以及高温高压输送介 质的使用要求，其可盘卷的特性方便铺设和安装，管材可以 根据管线的长度定做，中间没有接头连接，这些都保证了海 上施工的方便快捷，极大缩短工期。 PVDF 柔性复合管优异 的综合性能使其满足我国海洋油气资源输

8、送过程中高酸性 腐蚀、高温高压、热冲击以及复杂海况对输送管材材质的机 械性能、抗老化性能的要求，满足海上铺管施工作业的方便 快捷要求，因此 PVDF 系列柔性复合管材完全可以适用于井 下恶劣环境和海底石油生产使用。四、海洋油气管道开发的战略意义 海洋油气资源的开发是人类未来能源的重要来源，在全 球能源开发中具有举足轻重的地位。目前，世界上已发现的 海上油田 1600 多个，已有 200 多个油气田投产，年产量达 到 12 亿吨，占世界石油总产量的 1/3 。在国家“十二五”规 划纲要的第十一章和中，提出了推动能源生产和利用方式的 变革，把加快近海海域和深水油气开田的勘探开发，作为能 源建设的重

9、点之一。作为由于管道运输方式具有运输量大、 不受地形限制、密闭安全、便于远程监控和运费低等特点， 所以，管道作为海洋油气资源运输的主要方式，在海洋工程 中占据了非常重要的位置。由于柔性管道的上述优点，我国 在立管和边际油田领域己逐步开始将其应用于海洋石油领 域。 如绥中 36-1 在部分立管和膨胀弯部分使用了 Wellstream 公司的柔性管，在南海西部涠 10-3-B 和涠 10-3-C 边际油田 的开发使用了 CoFlexi 公司的柔性管。从世界范围内看，目 前柔性管道己经在陆地以及浅水、深水和超深水区域得到了 广泛的应用，可以实现长距离、超水深、多方向的输送油气 资源。针对海洋油气资源开采的实际需求，密切跟踪国际技术 发展动态，开展耐腐蚀高性能非金属非粘结性海洋深水复合 管的研制，掌握核心技术，开发出具有自主品牌的复合材料 海底管道系统是非常必要的。这也是突破欧美少数厂商在此 领域的垄断地位，提升我国的海工装备配套设备国产化水 平，参与国际的海洋平台装备配套设备竞争的必经之路。参考文献1 中国石油物资装备总公司与江汉机械研究所合编.连续油管作业技术文集 M. 北京：石油工业出版社，