柔性复合管在油气田中的开发应用探讨.doc

柔性复合管在油气田中的开发应用探讨柔性复合管在油气田中的开发应用探讨能源是人类活动的物质基础,而材料工业又是一切工业的基础.对于石油天然气行业而言,管道运输是最安全,最经济和对环境破坏最小的运输方式.据了解,油气田中物料的输送大都采用远距离压力管道输送,这种管道材料在工作时要承受拉伸,内压,压井作业中泥浆柱的外挤力和注水,注气,压裂,酸化等苛刻作业环境腐蚀介质的作用,并经受很严重的磨损.最先使用的管道材料,通常根据介质性质差异而以钢质和玻璃钢材质为主,但钢材管线防腐蚀性能差,生产成本高,而玻璃钢管线存在接头多,性能低等因素,给油气田生产带来了难题.近年来,随着复合材料应用技术的发展,非金属管材的开发和应用也深入到各个领域,其作为油气输送管材的新成员,以优越的承载能力和较高的可靠性,已成功应用于油气田开发.目前,国内油气田应用的非金属管材种类较多,包括玻璃钢管,钢骨架复合管,塑料合金复合管和柔性复合管(即柔性复合高压输送管的简称)等多种产品类型,非金属管材产业整体处于成长期.与传统的金属管道或塑料管道相比,柔性复合管具有更优越的综合性价比及良好的经济效益与社会效益,近年来在国内部分油气田污水输送,油田注水,集油等管线上得到了加速一本刊记者/罗贞礼应用,并取得了良好效果.无疑,在十二五期间,充分发挥材料的基础和支撑作用,进一步加大柔性复合管在油气田中的开发应用与推广力度,必将会更好地推动我国传统油气田管材产业结构优化升级,其意义十分深远.一,柔性复合管的开发应用概况1.柔性复合管的开发柔性复合管是一种由高分子复合材料制成的具有一定高强度,高压力,耐腐蚀,耐结垢,摩阻系数小,保温性好,柔性好,寿命长等优异性能的石油天然气工业用管件,由芯管,增强层,外包层组成.其中,芯管为聚新棚料产业NO.62011l睡蔓乙烯管(也可采用聚丁烯或改性的其它高分子聚合物为芯管原料);增强层为芯管上编织或缠绕的增强纤维丝(绳)或钢丝绳,各增强纤维层之间采用粘结剂粘结;外包层为聚乙烯防腐保护层.这种柔性复合管的开发及国产化承担主体是河北恒安泰油管有限公司.该公司自2001年2月开始研究和开发柔性复合高压输送管,在柔性复合高压输送管概念设计的基础上,参考APIRP17B,ISO13638标准,根据不同的外部环境(耐压),所需输送流体的特性(耐腐蚀)和输送条件(耐温),进行不同的管材层结构设计,并对所需主要高分子材料进行严格把关(表1),形成了从结构设计,材料选择,强度计算,制造工艺,设备及生产定型,产品检验,到过程质量控制,工业性试验,技术经济效益分析,推广及市场开发的产品研发体系,成功研制出了拥有自主知识产权的石油天然气工业用柔性复合管,主要用来输油,注醇,输送天然气输送煤层气,污水回注,注清水.这项发明填补了国内柔性复合高压输送管领域的空白,达到了国际先进水平.该公司是行业标准石油天然气工业用柔性复合高压输送管(SY/T6716-2008)的起草编制单位,在海洋柔性复合管国产化方面亦取得了重大突破,其产品质量与技术研发能力均居国内同行业前列,已成为国内柔性复合管的专业供应商.2.柔性复合管的应用目前,我国石油天然气资源的输送主要依靠管道来实现,不足之处在于管道穿越地段地形复杂,所处环境不仅在空间上不同,而且还随时间的变化遭受各种介质的侵蚀.在引起酸性油气田设施腐蚀的众多因素中,硫化氢(H:S)和二氧化碳(CO)无疑是最危险的,尤其是HS,不仅会导致金属管道突发性的硫化物应力开裂,造成巨大的经济损失,且H,S的毒性也威胁着人身安全.相比钢材管和玻璃钢管,柔性复合管的优点包括:耐腐蚀,抗酸碱性强;寿命长,一般为3050年;抗结垢,内壁光滑,摩阻系数小,非常适用于高矿化度油气田;传热系数低,不用防腐保温;操作方便,施工简单快捷,单根长度可达1000m,现场施工中使用不锈钢卡扣或丝扣连接,可省去焊接工序;便于运输,弯曲半径小于lm,整盘装运;应用范围广,不仅应用于气田开发中的注醇管线,而且可以应用于油气水的集输管线和注水管线(其压力可以达到32MPa);基本杜绝了投产运行后因腐蚀引起的管线穿孔现象,简化了现场施工工艺,减少了对环境污染和施工中对人体的伤害.柔性复合管已在长庆,大庆,吉林,大港,华北等地区进行了大面积推广应用,仅长庆油田一家的注醇,注水等管线用量,至2011年3月底就超过了4300km.产品质量和售后服务也得到了各油气田用户的好评,生产管理建设水平也得到很大提高.(1)e济性宏观评价柔性复合管外壁直接使用防腐表1柔性复合管选用高分子材料的应用范围与工作温度日AdvancedMaterialsIndustry材料,节省防腐处理费用;柔性复合管的隔热性能好,远小于金属管的导热系数,可节省额外的保温费用;柔性复合管可以弯曲,铺设管道时节省人力,缩短施工周期,减少对自然的破坏;与钢管相比,柔性复合管减少了钢管管材焊接费,探伤费,补口费,防腐费,能够得到较好的经济效益和社会效益;无明火作业,极大地提高油田施工的安全系数,降低了操作危险性;不依赖于动力电源,有效缩短了安装和维修周期,可迅速恢复生产;维修时勿需清洗管线,减少了对自然环境的影响;安装维修密封性好,不易泄漏,可防止造成负面环境影响.(2)潜在综合效益分析据相关专家分析,柔性复合管的潜在综合效益十分看好.下面将就钢制管线及柔性复合管线进行对比,来分析柔性复合管的潜在综合效益.第一,单就裸管来说,钢制管线比柔性复合管线在价格上要便宜12%左右,但钢制管线有防腐,保温,焊接,检测,施工占地赔偿多等附加成本,在这种情况下,钢制管线比柔性复合管线的综合建设成本要高25%以上;第二,钢制管线投产35年后会发生腐蚀穿孔现象,维修工程量大,费用高,而柔性复合管线生产运行过程中,没有腐蚀穿孔现象,维修费低廉;第三,柔性复合管线不会因为腐蚀穿孔而导致油气水井停产,给生产造成损失;第四,钢制管线设计寿命一般在10年,而柔性复合管线寿命为3050年,柔性复合管线更显性价比优势,其综合效益非常显着.(3)规模效益估算据有关方面估算,单就裸管而言,如果每年在油田地面建设工程中使用1万km柔性复合管,将节约50万t钢材,至少可减少175万t二氧化碳的排放;目前,仅中国石油油气田地面工程每年建设的各种管线大约在2万km(不包括长输管道),投资大约在120亿元左右,如果每年以推广使用l万km柔性复合管计,其规模经济效益就已相当可观;如果再加上其在含HS,CO,氯离子(Cl一)和水等腐蚀介质环境中的管道服役安全性,节能降耗等创造的巨大社会效益,则无论从生态效应,经济效益还是生产管理效率来看,都具有比较明显的推广应用优势,总体规模效益将十分显着.=,加大柔性复合管推广力度的建议柔性复合管虽然具有优异的承载能力和较高的可靠性,其安全性,经济性俱佳,并可以节约大量钢材,在实际应用中也已见到明显效果,完全符合国家提出的节能环保要求.但因受油气田行业体制与传统生产理念的禁锢,市场对新产品的接受能力不强,柔性复合管应用推广范围还不够广泛;此外,目前我国企业制造柔性复合管的水平与世界先进水平相比尚有较大差距.要想加大柔性复合管的推广力度,仅靠单个企业的市场行为也太薄弱,还需集成多方面的力量以形成国家层面的行业整体推广优势由此,笔者建议如下:第一,调整管材产品结构,扩大柔性复合管应用领域.对油气田各主管部门和有关单位而言,要从管材产品结构上进行调整,限制和淘汰综合成本高,能耗大的传统产品,并建议中国石油天然气集团公司等企业主动对柔性复合管进行批量采购,面积推广,促进柔性复合管的加快发展.第二,从材料科学人手,大力开发柔性复合管新品种.随着现代科技的发展,单一的材料性能已无法满足生产和社会发展的需要,应该说,复合材料的发展,推动了材料工业的巨大革命.因此,建议相关企业积极吸收国外先进技术和复合技术,创新材料组合方式,研发出适合油气田大量应用的,具有优异综合性能的柔性复合管材新产品.第三,依照国际标准,进一步完善产品质量管理体系.坚持质量第一的原则,依照国际标准规范产品生产,进一步完善产品质量检测手段,并根据顾客需求,提供完善的高,中,低柔性复合管材解决方案,主动做好设计,安装,售后服务工作,并通过持续的产品创新和良好的性价比不断满足顾客的需求.第四,从建设节约型社会高度,制定相关技术经济政策.一是制定适合油气田大量应用的柔性复合管新产品,新技术研发的经济优惠和扶持政策;二是制定能淘汰综合成本高,能耗大的传统管材,加大柔性复合管推广应用的技术政策;三是从国家战略高度,制定十二五柔性复合管等非金属管材产业加快发展的应对策略.第五,结合海洋经济发展,加大海洋柔性复合管推