國(guó)內(nèi)外油田玻璃鋼管發(fā)展?fàn)顩r

油田嚴(yán)重腐蝕造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重社會(huì)后果促進(jìn)玻璃鋼管在油田的應(yīng)用與發(fā)展。玻璃鋼管工業(yè)誕生于20世紀(jì)50年代(后面均措20世紀(jì))初期，至今已有四十多年的歷史。 

一、 美國(guó)油田用玻璃鋼管發(fā)展   

 1950年，第一根手糊的聚酯玻璃鋼管用于石油工業(yè)，這第一根手糊管是將玻璃纖維布和樹(shù)脂涂在卷筒上制成的。在這一年，美國(guó)俄克拉荷馬州的Perrault Fibercast有限公司利用離心撓鑄工藝用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹(shù)脂制成了第一根玻璃鋼管，用這種機(jī)械法可以大批量地制造質(zhì)量?jī)?yōu)良的管材，試驗(yàn)證明首根離心鑄管可以經(jīng)濟(jì)地解決工業(yè)應(yīng)用中的許多腐蝕問(wèn)題，并打算供油田集輸管線使用。50年代初該公司的所有權(quán)變更，組建了著名的Fibercast有限責(zé)任公司，與此同時(shí)，在制造工藝中他們用環(huán)氧樹(shù)脂取代不飽和聚酯樹(shù)脂。第一個(gè)纖維纏繞技術(shù)專利1946年在美國(guó)注冊(cè)。50年代初期Amercost BondstJand公司在南加利福尼亞州創(chuàng)辦，該公司采用纖維纏繞工藝生產(chǎn)玻璃鋼管道。纖維纏繞法可有效地利用加強(qiáng)的玻璃纖維，用適當(dāng)?shù)亩ㄏ虻氖芾�玻璃纖維制成管子，可承受任意條件下的管內(nèi)加壓出現(xiàn)的環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力作用。在這些條件下，管壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力比軸向應(yīng)力大一倌。分析管壁內(nèi)的合成應(yīng)力表明，這些應(yīng)力雖有效地與管軸線成士54。排列的受拉玻璃纖維相對(duì)。用這種坡璃纖維制造的菏壁管重呈輕且耐壓。用雙角度結(jié)構(gòu)繞制即玻璃纖維層處在近軸向方位，在近周向采用兩侶之多的玻璃纖維層，這種制管法可用于玻璃纖維油管。50年代中期Rock Island石油和精煉公司引進(jìn)了纖維纏繞玻璃鋼油管和耷營(yíng)生產(chǎn)線，并開(kāi)始研制壓力高達(dá)l905kPa的小管徑管的高效大真連續(xù)制管法。該公司后來(lái)叫KocH玻璃鋼公司。1955年，A.0.Smith公司對(duì)纖維·纏繞低壓玻璃鋼管開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，1960年開(kāi)始將其產(chǎn)品推廣到石油工業(yè)。1962年6月，美國(guó)史密斯班離纖維公司在取得玻璃鋼管抗腐蝕的短期良好成緯后，為了掌握整體玻璃鋼管在油田長(zhǎng)期應(yīng)用中抗腐蝕的性能，在鏑克薩斯Crane Country油田安裝了研究用的2條芳香胺固化環(huán)氧玻璃鋼管理地管線，管徑610mm,使用條件是連續(xù)輸送表壓為276一414kPa,溫度27T:的鹽水、酸性原油和天然氣。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)管在這種使用條件下已正常運(yùn)行25年，而且還有許多年的剩余使用壽命。    膠粘劑粘接的錐形裝配連接系統(tǒng)，因其強(qiáng)坡符合要求及操作簡(jiǎn)單，成為運(yùn)行壓力低于3100kPa的油田標(biāo)準(zhǔn)管線。電加熱帶和化學(xué)加熱包的研制成功，使得玻璃鋼管的安裝可以在任何天氣條件下進(jìn)行。每英寸8牙螺紋的螺紋接頭連接成為較高壓力玻璃鋼管采用最多的連按系統(tǒng)。8牙圓螺紋接頭更易于安裝。60年代至80年代是美國(guó)油田應(yīng)用玻璃鋼營(yíng)的高峰期。在這段時(shí)間內(nèi)，一項(xiàng)關(guān)于極苛刻的CO₂條件下的玻璃鋼油管物理及化學(xué)性能研究推動(dòng)了玻璃鋼管在大型CO₂驅(qū)油工程和CO₂來(lái)出工程上的應(yīng)用。測(cè)試表明，脂肪胺固化的玻璃鋼油管在15.64MPa、48.9℃的CO₂循環(huán)和靜態(tài)試驗(yàn)條件下沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物理或化學(xué)性能下降。    70年代初期，美國(guó)ExxON公司首次將玻璃鋼管作為出油管、集揄管和產(chǎn)出水的回注管用于蓓克薩斯州的OONROE油田。首先，用玻珞鋼管替代舊的、易泄漏的錁碳鋼管作為油管，其管徑為63.5rm和76.2mm,制造商壓力等級(jí)為8.5MPa。上述所有管線都采用了接報(bào)EUE 8牙螺紋連接。在OONROE油田，大約已安裝玻琦鋼管79km,至今仍在使用。

    1970 年至1975年，ExxON公司在德克薩斯西部的CO2驅(qū)開(kāi)來(lái)項(xiàng)目中，陸續(xù)安裝了長(zhǎng)達(dá)l82km的玻璃鋼管線，至今已成功運(yùn)行13.年。1970年在墨西哥灣的海上平臺(tái)注水系統(tǒng)中安裝了玻璃鋼管。

    1984 年，ExxON公司進(jìn)人大規(guī)模應(yīng)用玻璃鋼管的新階段。在ANS油田的項(xiàng)目中，

ExxON公司安裝了約為l95km的玻璃鋼出油管、注水管和集輸管線。在該項(xiàng)目中，ExxON

公司最大限度地使用玻璃鋼管，而內(nèi)涂層鋼管的使用只限于個(gè)別處，如交通區(qū)及較大尺寸的管

線(眢徑大于1O1.6mm,壓力等級(jí)為l4MPa)。

據(jù)1988年1一8月份的統(tǒng)計(jì)，ExxON公司生產(chǎn)的玻璃鋼管的銷售量在總的輸送管線鋁售量中已占較大比例，其總長(zhǎng)度占輸送管線總長(zhǎng)度的30.2%,達(dá)到495km,其中26110n的玻璃鋼管線已安全運(yùn)行20年以上，222km的玻璃銅管線已正常使用10年以上。這些玻璃鋼管的尺寸范圍是50.8～406.4mm,制造商壓力等級(jí)范圍為1.02-l7MPa。但其中大多數(shù)管子尺寸小于152.4mm,制造商壓力等級(jí)低于6.8MPa。大直徑玻璃鋼管的壓力等級(jí)為1.O2MPa和 2. 04MPa。

到1990年，殼牌公司使用的玻璃鋼管總長(zhǎng)度已超過(guò)600km。最高壓力達(dá)9.5MPa,最高溫度大約是100℃。盡管大多數(shù)用于水處理，但仍有37%用作油管。

    在陸上油田，玻璃鋼管主要用作出油管線和注水管線。與需要防腐蝕措施的碳鋼管相比，安裝玻璃鋼管可大大節(jié)約成本。在過(guò)去的10年中，在陸上油田安裝的直徑小于l50mm的玻璃鋼管一般都獲得成功。這些玻璃鋼管的工作壓力達(dá)9.5MPa,工作溫度達(dá)65℃。

    殼牌公司很少安裝直徑≥l50mm的玻璃鋼管。這是因?yàn)閷?duì)于高壓管和大直徑玻璃鋼管連接的可韓性和安裝程序都有待于改善。

在海上油田，玻璃鋼管已有18年的應(yīng)用歷史。玻離鋼管主要用于各種水管，如冷卻水管、注水管和污水處理管。只要安裝得當(dāng)，有足夠的支控點(diǎn)以減少振動(dòng)以及合適的維護(hù)工具，就可取得成功。下面是殼牌公司在海上油田應(yīng)用玻璃鋼管的實(shí)例：在海灣，76.2一304.8mm的玻璃鋼管用作海水立管，運(yùn)行良好；工作壓力為10MPa的玻璃鋼管用作消防供水系統(tǒng)。灌滿清水即可以相好的用于防火，又無(wú)有毒氣體產(chǎn)生。

    在井下，玻璃鋼管的應(yīng)用還不太廣泛，因?yàn)椴Ａт摴艿赖膲嚎s強(qiáng)度小于其抗拉強(qiáng)度。在井中長(zhǎng)時(shí)間的壓縮應(yīng)力、最大允許壓力、的存在以及打媒油管、射孔方法等都會(huì)對(duì)玻璃鋼管在井下應(yīng)用產(chǎn)生影響。

殼牌公司在井下應(yīng)用玻璃鋼管的實(shí)例：廣泛應(yīng)用玻璃鋼管作襯管的鋼油管。殼牌公司采用這種油管已有10年的歷史，總長(zhǎng)度達(dá)3X10⁴m,工作壓力為l2MPa,工作溫度為50℃。玻璃鋼油管和套管用于水的再注入或水處理(工作壓力為1.4MPa,工作溫度為常溫)。在若干水驅(qū)井采用了玻璃鋼套管。

    美國(guó)WASSON油田從1982年開(kāi)始試用玻璃鋼管。美國(guó)NOTH LOWDEN油田有注水井662口，其中500多口用玻璃鋼管，占注水井總數(shù)的80%,而且使用12年沒(méi)有一口損壞。美國(guó)Arnoco數(shù)千口井使用了玻璃鋼出油管，300口井成套使用了玻璃鋼油管，4口井成套使用了玻璃鋼套管，還有井采用了玻璃鋼油管作采出管。該公司還使用了Duoline公司的玻璃鋼內(nèi)襯油管，獲得了好的效益。

    1981 年，美國(guó)應(yīng)用踱璃鋼管達(dá)到高峰，并持續(xù)到1986年，隨后美國(guó)產(chǎn)油量下滑，應(yīng)用量也隨之下降。但是，玻璃鋼管的長(zhǎng)期使用經(jīng)濟(jì)效益使得世界各石油公司持續(xù)使用。

    近幾年玻璃鋼套管在美國(guó)使用較少。主要原因是強(qiáng)度不足，包括拉伸和抗外壓強(qiáng)度，另一個(gè)原因是由于外徑為名義直徑，內(nèi)壁必須加厚便環(huán)空減少，使用不便。它主要用在無(wú)油管采油產(chǎn)氣淺井、觀察井的產(chǎn)油、氣層段，腐蝕嚴(yán)重的生產(chǎn)井。一般使用時(shí)，套管柱最下層用玻璃鋼套管，上層用鋼套管。美國(guó)使用玻璃鋼套管的油氣井總數(shù)僅數(shù)百口，一般直徑139.7mm,下人深度1000m以內(nèi)，壓力為1.0一2.0MPa。

    阿拉斯加普拉德霍灣海上的世界段大的水過(guò)濾工程裝配著50～400mm玻璃鋼管。玻璃鋼管可用在寒冷氣候條件下的阿拉斯加料迪亞克灣和炎熱氣候條件下的迪拜沿岸波斯灣海上平臺(tái)上。

    美國(guó)Amoco和英國(guó)AEA公司等7個(gè)用戶正在試用玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂鉆桿，目的是為解決大位移水平井的水平位移延長(zhǎng)問(wèn)題提供解決辦法。這種鉆桿強(qiáng)度高、重量輕、密度接近典型的鉆井液密度。在某些井中可使水平位移延長(zhǎng)5倍。

 二、我國(guó)油田用玻璃鋼管道發(fā)展

    我國(guó)油田正在大力推廣玻璃鋼管，從已有的工程中收到了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。美國(guó)Smith、Ameron、Star公司的產(chǎn)品己進(jìn)人中國(guó)油田市場(chǎng)，其中Smith、Etenc兩家公司在中國(guó)的黑龍江和江蘇建立了合資工廠生產(chǎn)玻璃鋼高壓管線管和油管。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，“八五”及“八五”前后我國(guó)油氣田應(yīng)用玻璃鋼管：低壓輸送管約276km、高壓輸送管約22km、油管3200m、套管l000m。管材投資約12921萬(wàn)元，其中“八五”期間為11920萬(wàn)元。估計(jì)工程總投資約35760萬(wàn)元。  

    1976年首次鋪設(shè)的一條玻離鋼管線，爆破壓力達(dá)l2MPa以上，在最大6.5MPa壓力下的循環(huán)耐壓試驗(yàn)在2116次以上仍然良好。管道埋于地下，滲漏、抗壓、墜落等性能指標(biāo)均達(dá)到輸油管標(biāo)準(zhǔn)要求。該管線在唐山大地震中經(jīng)受了考驗(yàn)，目前仍在使用(20年)。1974年，勝利油田首先將玻璃鋼管用于鉆井水管線，同時(shí)，原油集輸、污水、注水管線推廣應(yīng)用了玻璃鋼管。

1983首次將玻璃鋼管用于污水管線進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)直到1989年，但都未獲成功。1990年4月勝利油田在現(xiàn)河建設(shè)了一座設(shè)計(jì)污水處理能力為20000m3/d的污水處理站，該站采用50一500mm玻璃鋼管2440m及管配件178個(gè)，1991年10月試壓投產(chǎn)成功，到1998年連續(xù)正常生產(chǎn)7年。在取得現(xiàn)河污水站經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，隨后又在辛一站、102聯(lián)合站、坨三站、純梁首站、郝現(xiàn)聯(lián)、臨南站等20座聯(lián)合站使用玻璃鋼管總計(jì)27km。隨著對(duì)玻璃鋼管防腐性能的認(rèn)識(shí)，先后把坨三站到坨三污水站管線、郝現(xiàn)聯(lián)至史南污水管線、粱一注至梁二注水管線、102站至辛7注水管線更換為玻璃鋼管，總計(jì)42條，長(zhǎng)l07km,有效地減緩了管道的腐蝕，延長(zhǎng)了管線的使用壽命。1995年，勝利油田開(kāi)始試用高壓玻璃鋼管，管道是引進(jìn)美國(guó)Ameron、Smith公司的，總長(zhǎng)l2300m,分別用在5個(gè)采油廠的10口污水井、2口注聚合物井的地面管線、1口注水井的井下管和1 口采熱水井的井下管。試用3年后，注水井井口壓力最高llMPa,總計(jì)注水36 xlO4m3,沒(méi)有進(jìn)行深井作業(yè)，使用情況良好。熱水井深l700m,井底溫度93℃,井口水溫54℃,運(yùn)行正常。1996年，勝利油田在孤島油田西5-檢142井1209.40一1290.90m井段下人玻璃鋼套管，玻璃鋼套管上下均與鋼套管連接。目的是利用玻璃鋼管的低密度、無(wú)磁、不導(dǎo)電、聲速低等特點(diǎn)，采用不同的測(cè)井方式，監(jiān)測(cè)開(kāi)發(fā)中后期油層水淹狀況、采油效率和剩余油飽和度。CnT30MH玻璃鋼套管是從俄羅斯燃料能源部科技聯(lián)合體隨測(cè)井儀器進(jìn)口的�；�體樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂。外徑l48mm、內(nèi)徑l22mm、長(zhǎng)6m,軸向抗壓力500kN、抗內(nèi)壓22MPa,軸向抗拉力不小于250kN,最高使用溫度80℃。套管下井固井后試壓成功，測(cè)并合格。1991年9月～1994年，大慶油田共完成23項(xiàng)玻璃鋼管線工程，這些工程有含油污水深度處理站、地面水質(zhì)處理站、注水站、站間輸水管線、注水高壓管線。其中低壓管27.28km,高壓管0.3km。該高壓注水

管線最高工作壓力l6MPa、最高水溫80℃,經(jīng)過(guò)運(yùn)行考驗(yàn)，情況良好。1995年開(kāi)始，四川石油管理局在川中磨溪等氣田成功地應(yīng)用了7000m玻璃鋼油管，基本解決了含硫氣井的生產(chǎn)管拄的腐蝕，保證了氣井的正常生產(chǎn)。