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碳纤维在石油工业上的应用

随着近海油田勘探逐渐向深海发展，开发成本愈来愈高。若油田开发用的材料选用CFRP，则成本可望下降。这是因为CFRP弯曲刚性高，极限强度大，耐腐蚀性强，易于修补，抗冲击性强，热膨胀系数和导热性低，重量轻等。有关专家认为目前近海油田生产的深度已达915m以上，勘探深度以达4575m以上，随着将来采掘的油田更深、更小和更散，其张力支架平台有必要选用复合材料部件，包括升降机、升降管、深海用TLP的带钢筋束或系绳和复合材料制的柔软螺旋管等。以CFRP升降机为例，虽其原料和加工成本高，但可大幅度节减浮力用发泡体的费用，总体费用与传统材料相当，不过其海水稳定性提高了，深海适应性好，使总体效益更好。例如墨西哥湾的1200m深海油田用的升降机，当其升降机管采用碳纤维和玻纤混杂复合材料时与不锈钢管相比，每米的有效重量轻45kg，1200m可减重54吨。这样可大大削减浮力赋予体的费用。又如可卷绕的复合材料螺旋管，也是有碳纤维和玻璃纤维混杂材料制的，1995年已使用5490m，#石油约25%由近海油田提供，将来石油开采的主要场所是1609m深的海底，届时碳纤维及其复合材料的需求量将很大。
在近海采油业，张力腿式占井平台，总是要尽可能地减少平台自身重量，以减轻张力腿支撑结构的负担和减少对锚系统的要求。Brunswick公司制造的碳纤维和芳纶纤维混杂复合材料上水管，比钢管减少60％的重量，可在1000米以下水中工作，轴向承载能力为230吨。美国复合材料技术公司为壳牌石油公司制成了CFRP浮力提升器，所谓提升器是以CFRP为蒙皮，泡沫为芯材的锚环，直径为3.48米。整个提升器由13个锚环叠加构成，提供8.6吨的浮力，可以把锚从390米深的水下提起。该提升器准备在墨西哥湾的张力腿平台锚上使用。油井和天然气井用复合材料的量很大，特别是井管和输油管道。每年北美的复合材料井管销售量很大，绝大多数管是玻璃钢井管。由于CFRP耐腐蚀，耐#，轻质高强，安装方便，维修费用低、尺寸稳定性好，有些公司正在设计和制造CFRP井管。Brunswick公司于四年前生产的CFRP井管正在油田使用。/K2^$eD1t2|&n5]
在深井勘探方面CFRP将大显身手。美国Addax公司纤维缠绕制成了CFRP地质勘探取样压力容器，这种容器能在3000米以上的深井中承受高温（149℃）及高压。Brunswick公司制成了碳和玻璃纤维混杂复合材料深井探测仪圆柱型外壳。苛刻的工作条件和严重的腐蚀环境使CFRP成为深井探测的理想材料。在炼油厂许多炼油工艺用CFRP铝内衬压力容器和气体过滤器也展示了良好的应用前景。

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