国外油田一种新型增强热塑性塑料管及应用

国外油田一种新型增强热塑性塑料管及应用

郭军曾浪

（大庆油田水务工程技术有限公司，黑龙江大庆163458）摘要：随着油田用钢管腐蚀问题的日渐凸显，各种耐腐蚀的塑料管道逐渐被看好，但一般的热塑性塑料管耐压低，热固性塑料管接头多不够可靠。这些缺陷导致塑料管材一般都运用在给排水等低端领域，无法满足压力较高的注水、注聚、天然气输送等高端领域需求。本文介绍国外连续牵引法生产的一种新型增强热塑性塑料复合管（RTP），其耐高压、抗腐蚀、重量轻、柔性好、且能以长管盘卷运输，可满足油田及其他高端市场的需要。

关键词：复合管；增强塑料；新型复合管；RTP；新型管材

1 引言

增强热塑性塑料管，简称RTP。国际上也有玻璃钢大弧度弯形管（CCT）之称。主要有三层结构，内衬层主要为各种热塑性塑料（如高密度聚乙烯、交联聚乙烯、聚偏氟乙烯等）；中间结构层是热固性增强材料（基体树脂一般为环氧树脂，增强材料可采用S玻璃纤维、E 玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等）；最外层为保护层，可选用热固性或热塑性材料。RTP管与金属管材不同，具有各向异性的特点，同时拥有足够的强度和耐磨性，抗压、耐弯曲、耐腐蚀等特性，使其成为特殊环境金属管的最佳替代品。

2 FIBERSPAR公司RTP管介绍

2.1生产工艺及流程

FIBERSPAR公司生产的RTP管（以下简称FS RTP）主要以热塑性材料为内衬层，以高强度玻璃纤维或碳纤维增强环氧树脂为结构层，以热固性树脂为外保护层。管道规格：直径1-6英寸。压力等级750-2500psi，也可根据需要提供更大的尺寸和压力。管道结构主要包括：HDPE或PEX耐压内衬层、纤维增强环氧树脂层、HDPE外保护层。HDPE外保护层含有抗紫外线辐射的添加剂，可确保RTP管道至少20年的使用寿命。工艺流程见下图：

图1 生产工艺流程图纤维增强层缠绕

热塑性内衬层挤出内衬层表面覆盖特殊粘结层

RTP成品

聚丙烯塑料布缠绕清除聚丙烯塑料布

外保护层缠绕固化炉固化

2.2 执行标准

API 15hr标准高压玻璃钢管线规范

API RP 15S 可绕式增强塑料管线管的质量评定

CSA Z662 Section 13.1 玻璃纤维管线

ASTM D2996 纤维缠绕增强热固树脂管规格

ASTM D2517 增强环氧树脂气压管及配件

2.3 主要特点

2.3.1 柔曲性能较好

FS RTP的柔韧性好，可像电缆线一样盘卷起来运输，且可以铁路、公路同时运输（如图），可以明显提高铺设效率和降低费用。同时管道转弯时不需像钢管和热固性塑料管额外配备弯头，可靠性高。RTP对施工管沟的要求不高，管沟宽度大于管径即可。

图2 FS RTP铁路和公路运输

2.3.2 良好的抗冲击、耐疲劳性能

FS RTP的抗冲击、耐疲劳性能优良。国外φ165 mm滚筒缠绕CCT的承内压和弯曲疲劳组合试验表明，69 MPa压力条件下CCT的循环疲劳寿命为8 154周次，比483 MPa HSLA钢管至少高一个数量级【1】。

2.3.3 耐腐蚀性能好

石油和天然气资源一般都含腐蚀性介质，如H2S，SO2，NaCl，Ca2＋等，采用钢管防腐蚀成本很高。FS RTP以高密度聚乙烯或交联聚乙烯为内衬层，有良好的耐化学性能，较钢管等金属管对这些腐蚀性介质有更好的适应性。

2.3.4 单管长度长，可靠性高。

FS RTP管单管长度可达10000米以上（FS RTP目前达到的最长长度为36000英尺，约10973米），管线连续中间无接头，避免了普通管道接头多容易渗漏的缺点，可靠性高。同

时安装便捷，省去了探伤、补口、管线清扫及大量的焊接费用，施工费用大大降低。

2.3.5 流体特性好

FS RTP内壁光滑，能阻碍结垢形成，流体阻力小、对输送介质无污染，节省大量维护费用。在油田应用中，RTP不含金属，可避免钢制管道防腐层破坏后，在水的作用下铁离子对聚合驱油液粘度的影响。

2.3.6 良好的耐热和耐寒性

交联聚乙烯和高密度聚乙烯的耐热和耐寒性能良好，CCT管的长期使用温度可在-50 ℃~120℃使用，可避免钢管低温冻裂的现象。

2.3.7 废旧管道的快速修复

可在损坏的管道内部穿过一根RTP管来实现现有管道的修复。修复之前需要对旧管进行清理，然后用特殊的泵完成穿管操作。该修复技术对于修复漏点或报废铁管是一个不错的选择， FS RTP一次性可轻松修复长达3公里的废旧管线。

3 FS RTP接头连接技术

FS RTP有两种接头，一种是管末接头，采用单滑动环压力结构，接口可通过螺纹连接，末端一般连接法兰；一种是管间接头，主要用于两段长距离RTP中间连接，采用双头螺纹密封和单滑动环结构。如图3、4：

图3-FS RTP 管间接头

图4-FS RTP 管末接头

制造接头的材料为4140或1018钢材。接头处拉伸和爆裂性能超出管体。其所有的测试都满足CSA Z662-03第 13.1章节，API 15HR和ASTM D2996D 规定的标准。制造密封圈的

材料一般选用：丁腈， AFLAS ，和布纳氢化丁腈橡胶（氢化丁腈橡胶）。FS RTP连接方案符合API 15 HR ,API 15 S,ASTM D2517和CSA Z662-03-第 13.1章节的相应要求。

4 RTP在国外的应用

RTP代表复合管材的最高水平，其不仅耐压高,抗疲劳和腐蚀，且重量轻、可曲挠、能盘卷起来运输，使其在陆地和海上油田等高端市场领域的竞争优势明显。在发达国家RTP 已经成功应用于陆上和海上油气开发、天然气输送、非开挖旧管道修复等领域。

2000年，阿曼石油发展公司将芳纶纤维增强塑料管应用于输油管道，管道的容许输送压力为6MPa。在随后的两年间，荷兰、科威特、沙特阿拉伯等国的一些石油公司也开始在油气管网中应用芳纶纤维增强塑料管【2】。中东最大的热塑性塑料管生产企业 Cosmoplast （H arw al集团）2003年和法国Technip-Coflexip合资，在阿布扎比生产RTP（商品名COFLEX LITE®）【3】。在地处寒冷的俄罗斯，Gaspro石油公司成功地将芳纶纤维增强塑料管应用于冻土地带的天然气管道和油田的集输管道。

德国Veenker公司将芳纶纤维增强塑料管成功引入天然气输送工程和管道修复工程。德国已经铺设4.5公里(DN125，PN25，PE100) 燃气管，德国给水和燃气协会DVGW 2004年公布了最早的RTP标准-VP642（2004）‘运行压力在16 bar以上用于天然气的纤维增强PE管（RTP）和附带的连接件’。2006年ISO138/SC3技术委员会已经制定出燃气输送RTP （最大工作压力40bar）的标准ISO 18226。根据欧洲经验采用RTP代替钢管输送燃气大约可以节约费用25%[4]。

世界上最长的连续可盘卷复合管是挪威NAT Compipe制造的海底油田注水管，长度15公里，内径3英寸（76.2mm），工作压力5510psi（约38MPa），铺设在挪威Asgard油田，主要用于输送甲醇。内衬层是交联聚乙烯，增强层是玻璃纤维和环氧树脂复合缠绕。

Fiberspar是美国和加拿大最重要的RTP制造商，其首批RTP于1999年投放市场，累计生产约10668m，主要用于铺设天然气举升管线、油气修复管、乳状液输送管以及地面临时铺设管线等。目前正在制造一条大直径(114.3mm)、超长(5182m)RTP。按标准设计的管线管工作压力20.7MPa，工作温度-48.3～129.4℃。据悉,Fiberspar 公司将生产5500米的RTP，其中 3000 米管道安装在埃克森南海石油公司的海上油井试用. 这些RTP,采用S玻璃或E 玻璃和芳纶纤维的混用增强材料,以环氧树脂为基体树脂。这批RTP的显著特点,是每根管道的长度较长,并且其耐腐蚀性能较好,因而有利于油井的环境保护工作。

5 结语