RTP管道现状.doc

RTP管道的现状
中国油气田增强热塑性塑料复合管现象
丁楠
威东涛
蔡雪华
李厚补
博佳佳
（中国石油天然气集团公司管材研究所，非金属与复合材料研究中心，陕西西安
710065）
摘要
从产品特点、性能检测及标准体系等方面简述了中国油气田使用的增强热塑性塑料复合管（RTP）的总体情况，分析了RTP管在中国油气田实际应用中暴露出的不足，并对RTP管的进一步应用提出了建议。
关键词
增强热塑性塑料复合管
防腐蚀
复合材料
Current Situation of Reinforced Thermoplastic Pipe Used in Chinese Oil fields
Ding Nan, Qi Dongtao,
Cai Xuehua,
Li Houbu and Fu Jiajia
Abstract
This paper introduced the reinforced thermoplastic pipe (RTP)used in Chinese oil and gas field.The property,performance test and standard system of RTP were
discussed.Several problems came out during service of RTP were analyzed.And some suggestions about RTP were given.
Key words RTP,corrosion resistance,composite
管材在石油工业里承担着输送各种戒指的重要角色，然而单纯的钢管和塑料管都存在着不尽如人意的地方，前者受到腐蚀的困扰而后者的强度和承压能力不足，在此背景下，复合材料管材成为研究的亮点，增强热塑料复合管（RTP）就是其中之一。RTP管大多采用三层结构（如图1所示），内层通常是耐腐蚀、耐磨损的热塑性塑料管，中间层是起增强作用的增强层，外层是起保护作用的外包覆层；其中增强层多使用增强纤维（如“芳纶纤维”，此外还可使用金属丝等）通过缠绕、编织而成[1]。同问世较早的玻璃纤维增强热固性树脂管（即玻璃钢管）相似，增强纤维的使用使得RTP安具有类似钢管的承压能力。但重量较钢管却大为降低，同时因管体为非金属材料所以还避免了管体腐蚀的问题，可以由于管材的内层和外层使用热塑性塑料，因此RTP管还具有柔性塑料管的可盘卷性，生产时单根连续长度可以达到几百米甚至超过千米而后盘卷储存，这就给运输和铺设提供了极大的便利（如图2所示）。目前RTP管在国外已成功应用于陆上和海上油气田[2]。鉴于RTP管所展示出的巨大潜力，本文将重点介绍国产RTP管及其在中国油气田的实际应用情况。

1
国产RTP产品现状
我国生产RTP管的历史并不长，目前国内产品尚无统一正式名称，有的使用“RTP管”的名称，有的则根据产品特点自行命名，如“柔性复合高压输送管”、“连续增强塑料复合管”等。国内各生产厂家的情况也是各异，有的引进国外成熟的生产技术，有的则是自行设计研制生产工艺；有的采用高性能材料生产高档产品，有的则采用相对低等的材料走经济型路线；目前国产的RTP管已在陆上油气田，如大庆油田、长庆油田、塔里木油田等使用或试用，主要用于输水管线、注醇管线，以及油气的集输管线，而适用于长输管线以及海上油气田的高端产品目前国内尚在研制中[2、3]。
1.1
国产RTP产品的产品特点

在RTP管的三层结构中可以认为管体的承压能力完全是由中间层（结构层）承担的，内、外层分别承担起容纳输送流体和保护中间层的作用，所以增强材料的选择在很大程度上决定了RTP管的承压能力。国外RTP管的增强材料通常使用放纶纤维，但由于其价格高，目前国内仅有少数厂家采用，如南京航天晨光[4、5]；为了降低成本，国内一些厂家采用了其他增强纤维，如河北省景县液力柔性管汇厂选用聚酯纤维作为增强材料；此外国内还有厂家使用钢丝、钢带做增强材料，如长春高祥。图3中给出了国产RTP管的增强层材料及结构。由于不同的增强纤维之间存在性能的差异，以及金属材料与有机纤维材料之间存在的性能差异，使得不同厂家的产品的承压能力、适用温度等主要性能存在很大的差异。
总之，目前国内RTP管产品在材料选择、结构设计、规格尺寸等方面各不相同，因此不同厂家的产品不能互换使用，这给油气田的使用带来不便，也不利于产品在油气田的推广。
1.2
国内RTP产品的质量检测
由于目前RTP管在国内尚无统一的标准和规范，油气田和生产厂家多是依照生产厂的企业标准进行质检和验收。国内生产厂家提供的RTP管性能检测报告中，大部分结果是根据自身产品特点，参考相似产品的检测标准，或根据自行设计的性能检测项目及方法检测的，这就造成其适用性和客观性很难具有说服力、也导致产品性能缺乏权威性，不利于行业的良性发展和RTP管在油气田的推广，同时也给油气田的安全生产带来了隐患。
对于RTP管而言在服役环境下的承压能力是最重要的性能之一，是管线能否满足使用要求的基础，因此如何发确定RTP管的使用压力就显得尤为重要。国外的相关标准中已针对RTP制定了相应的压力等级的确定方式，如API RP15S中规定[6-8]，对于纤维增强的RTP管而言，需要在选定温度下进行一系列长时间的（个别试验点需超过10000h）耐压试验，而后通过相应的数学处理和曲线外推才可确定其压力等级。此项实验对实验装置和操作人员的要求较高，试验周期长，试验成本很高，而且一旦产品的材料、制造工艺、增强结构等发生变化还需要重新确定，因此，国内少有厂家进行。目前国内厂家多是放小金属管的试验方法来确定RTP管的使用压力，即进行短时水压爆破实验，将得到的爆破压力乘以安全系数即可。因为使用短期爆破实验替代长期耐压实验是不可行的。此外，即便是进行短时水压爆破实验，目前国内尚无标准对RTP管的试样尺寸、实验环境的控制、爆破时间、有效失效形式等进行统一的规范。由此可见部分厂家宣传单RTP管的使用压力、短时水压爆破压力是不严格的。
国家和行业的标准是规范油气田用非金属管市场的必要条件。因此行业内急需建立统一的标准体系来明确RTP管的范围，并依照不同产品的结构和性能特点进行分类，进而规范各种类型的RTP管的制造、工程设计、产品验收检验、施工与验收、使用及维护中的技术要求和方法[9]，避免玻璃钢管油气田推广应用中曾经出现的问题。上世纪80、90年代玻璃钢管凭借其耐腐蚀性能，受到了油气田的重视，许多厂家纷纷进入石油领域，但是由于国内生产厂家良莠不齐，一些产品在使用中出了问题，给整个行业形成了不良的影响，一些油气田直到现在对玻璃钢管材、甚至非金属管材还有抵触情绪。因此，有关单位应借鉴国外现有标准并结合国内产品的特点，尽快建立一套合理的标准体系，规范RTP管的生产、施工建设、使用和维护保养，为行业的健康发展和油气田的安全生产保驾护航。
2
国产RTP产品在油气田实际应用中的问题
作为油气田非金属管材的新产品，RTP管在实际应用过程中暴露出了一些问题，主要是由于RTP管自身的特点和油气田特殊的服役条件造成的。
2.1

RTP管抵抗外力损伤性能
石油行业的输送管多是需要埋设施工，对于金属管线而言，由于其自身的强度、硬度都很大，对于外力的冲击具有很好的抵抗能力；而非金属管材则不同，以往就曾发生过因石块、铁锹的冲击导致玻璃钢管损伤的情况。由于RTP管外层受损，那么中间层的增强材料就失去了保护，一旦增强层受损那么管体的承压能力也就无从保证了。通过模拟实验证实，当外部损伤切断部分增强纤维后（如图4所示），其短期水压爆破强度可降低50%以上。我国泊气田现场施工条件较为恶劣，施工人员素质参差不齐，加之诸如地质结构和人为破坏等意外因素，导致RTP管在铺设和使用中难免会受到外力的破坏；因此提高RTP管外层的保护能力以及管材整体的抗破坏能力，避免管材在运输、铺设施工过程中和使用中的意外损伤是非常必要的。
2.2
RTP管的连接性能
由于油气田的服役环境苛刻，加之输送介质的压力较高，因此管体之间有效、可靠的连接方式就显得尤为重要，目前国内的RTP管普通采用机械压紧式连接方式（如图4所示），这种连接是把一个金属管件（A）的插口端插入RTP，在RTP外套一个金属套（B），用机械方法把金属套-RTP管端-管件插口端压紧成为可以保证密封并承受轴向负载的接头，类似高压胶管的连接[10]。金属接头之间通过螺纹或是焊接法兰连接最终实现RTP管的连接。机械压紧式接头管间连接简单，速度快，但是为了将金属压头压紧，必须在RTP管端施加一定的压力，从而造成对RTP管端部分的压缩变形而使接头内管壁受到减薄；此外管体的变形，导致街头处和管体主体变形的不一致，致使街头/管体连接处产生应力集中，易发生破裂。如果接头加工质量控制不好或是在运输、存储、施工中受到过度的弯折、碰撞、挤压等，都有可能进一步诱发接头附近管体破裂。水压爆破实验中也经常发生RTP管接头与管体的连接处失效的情况，如图5所示。

2.3
RTP管的维护与修复
对于传统的钢管而言，虽然受到腐蚀等因素的影响后会发生渗漏甚至爆裂等问题，但是由于钢管的检测和修复技术比较成熟，油气田对它们的修复和检测比较熟悉，可对现役管线的状态进行在线检测，如发现钢管有漏点或是破损可自行采用补强、焊接等技术加以修复。但是对于RTP管而言，在非金属材料避免了腐蚀困扰的同时，其电绝缘性使得很多适用于金属管的检测手段都无能为力。现行的RTP管的破损修复方法是使用一段新管替换破损的管段，这就是需要在现场进行接头加工。由于RTP管的连接工艺均是各厂自行研制，没有通用的技术、设备，油气田不具有相应的修复技术，因此一旦RTP管发生渗漏、破损等问题，而需要替换受损管段时只能联系生产厂家前来修复，很难在短时间内素数得以解决，给生产带来较大的影响。因此，生产厂家应开发相应的快速修复技术，并对泊气田的维修人员进行相应的培训；也可考虑在油田现场建立一支专业维修队伍，能够多油气田事故作出快速反应，这样可以保证尽量缩短由于事故造成的停产时间，增强油气田对产品的信心。
3
建议
RTP管在我国尚属于起步阶段，油气田对RTP管性能了解不足，存在一定的顾虑；因此需要有关单位和生产厂家的共同努力，尽早使这种产品步入良性发展的轨道。为了保证这种产品在油气田长期、有效和安全地运行，应重点做好以下几个方面的工作：
尽早建立起完善的标准体系，为产品的质量保驾护航；
完善工艺，保障接头处的可靠性，避免其成为整条管线的薄弱环节；
提高管体抵抗力破坏的性能；
开发快速修复技术和在线检测技术，完善产品的售后服务；
研发高端产品，进入海上油气田市场。
参考文献
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[3]
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[7]
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[8]
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韩方勇，油气田常用非金属管道标准体系研究[J],是有规划计划，2009,20（3）：4-7.
[10]
张玉川，王德禧，吴念。增强热塑性塑料（RTP）复合管材的发展[J],上海建材，2007，（1）：20-22