1 前言
玻璃鋼即玻璃纖維增強(qiáng)塑料材料，是以玻璃纖維及其制品作增強(qiáng)材料、以合成樹脂作為粘合劑制成的復(fù)合材料，外文簡(jiǎn)稱GRP或FRP。低碳經(jīng)濟(jì)的社會(huì)中，節(jié)能材料已成為研發(fā)熱點(diǎn)。玻璃鋼 （GFRP）作為替代傳統(tǒng)材料其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。作為新材料，玻璃鋼產(chǎn)品以其輕質(zhì)耐蝕高強(qiáng)、節(jié)約能源等優(yōu)良特點(diǎn)，近些年來在石油化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
2 玻璃鋼復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
玻璃鋼之所以能在很多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用是由于其具有相對(duì)于其他材料的優(yōu)良性能：（1）耐高壓、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)。玻璃鋼管采用纖維和不飽和聚酯樹脂經(jīng)特殊工藝纏繞成型形成非金屬管道，具有良好的防腐蝕性能，尤其是耐溶劑性能，其使用壽命不低于20a。（2）重量輕、安裝運(yùn)輸方便。玻璃鋼管的密度為2.1左右，而鋼材的密度為7.8左右。另外其安裝成本比較低，相對(duì)于鋼管約降低40%。（3）螺紋接頭密封性好.（4）摩擦系數(shù)小、不結(jié)垢、保溫性能好。玻璃鋼管的內(nèi)表面極其光潔，內(nèi)壁不會(huì)因腐蝕而破壞，內(nèi)表光潔度在整個(gè)壽命期內(nèi)會(huì)得以保持不結(jié)垢。導(dǎo)熱系數(shù)不足碳鋼的1%。
雖具有以上很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用研究過程中還有很多問題：（1）剛度、韌性較低，抗壓強(qiáng)度低；環(huán)向彈性模量與軸向彈性量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼管。（2）受溫度和壓力的限制在很多領(lǐng)域不能應(yīng)用。（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，行業(yè)發(fā)展受限。（4）檢測(cè)手段匱缺，使用過程中造成嚴(yán)重?fù)p失。
針對(duì)以上問題目前研究主要集中在在保證玻璃鋼管具有優(yōu)良性能的同時(shí)增加其彈性模量，抗熱震性，增加抗壓強(qiáng)度等。在整個(gè)行業(yè)中加緊標(biāo)準(zhǔn)制定，探索可靠地檢測(cè)手段。
3 玻璃鋼在石油化工中的應(yīng)用
目前國(guó)內(nèi)大部分油田的開采都已經(jīng)進(jìn)入中后期，鋼材腐蝕問題逐漸突出，造成油田對(duì)玻璃鋼的需求量迅速增加。據(jù)預(yù)測(cè)，2010～2020年是玻璃鋼的使用高峰期。玻璃鋼在各油田中應(yīng)用主要集中在玻璃鋼管和玻璃鋼扭桿兩方面。
3.1 玻璃鋼管道
20世紀(jì)50年代起，美國(guó)首次將聚酯玻璃鋼用于油氣集輸管線。到2005年，美國(guó)在油田應(yīng)用玻璃鋼管就達(dá)百萬公里，并且以每年5%～10%的速度遞增。美、日等早已將先進(jìn)的復(fù)合材料（ACM）工業(yè)化生產(chǎn)， 并著重提高玻璃鋼的機(jī)械性能、阻熱性能、耐腐蝕性能等。美國(guó)研制成功一種涂有可膨脹膠衣外層的玻璃鋼管道，經(jīng)試驗(yàn)表明可有效用于石油平臺(tái)的防火工程。Dunbar石油平臺(tái)成功將玻璃鋼管道應(yīng)用于近海石油引水管，與碳鋼材料先比約減輕4倍的材料重量，檢測(cè)與維修更為簡(jiǎn)便。墨西哥高爾夫石油平臺(tái)采用玻璃鋼管道作為海水的輸送管道，對(duì)玻璃鋼材料的性能測(cè)試結(jié)果顯示，該玻璃鋼管道系統(tǒng)的使用壽命可達(dá)60 年以上，耐火性能也比較良好。據(jù)預(yù)計(jì)，未來世界石油產(chǎn)量的 30% 會(huì)來自近海油田，因而玻璃鋼材料的應(yīng)用前景十分廣闊。
國(guó)內(nèi)于1970年開始應(yīng)用玻璃鋼。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“八五”前后我國(guó)管材投資約1.3億元，應(yīng)用玻璃鋼管約302.2km。截至2007年，吉林油田應(yīng)用玻璃鋼管達(dá)2773km；西南油氣田分公司應(yīng)用玻璃鋼管超過765km。
2013年，由于發(fā)現(xiàn)家45—13井管柱腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，大港油田采油三廠采用高壓玻璃鋼管對(duì)家45—13井實(shí)施跟蹤作業(yè)。采用玻璃鋼管后，在生產(chǎn)1653天后原井管無腐蝕現(xiàn)象，密封完好、無脫落、掉渣現(xiàn)象，應(yīng)用效果良好。
以上所述可以看出玻璃鋼管與鋼管相比具有更多優(yōu)點(diǎn)，在考慮鋼制管道防腐費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等綜合因素后，玻璃鋼管道工程總投資低于鋼制管道。在我國(guó)玻璃鋼管道已在勝利、大慶、河南、華北等油田使用，可以預(yù)見玻璃鋼管在油田將有廣闊的市場(chǎng)，它的廣泛應(yīng)用必將為石油行業(yè)帶來可喜的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 玻璃鋼抽油桿
美國(guó)首先開發(fā)使用玻璃鋼抽油桿，其應(yīng)用試驗(yàn)表明采用玻璃鋼桿有足夠高的強(qiáng)度和彈性在油田應(yīng)用是合理的。同時(shí)確定玻璃鋼材料的研究方向是優(yōu)化其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、桿柱組合以適應(yīng)嚴(yán)酷的使用條件。美國(guó)克雷恩油田為對(duì)比玻璃鋼桿和鋼桿的使用性能進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與鋼柱相比，玻璃鋼桿組合桿柱斷裂故障率下降57%（100井）。加拿大石油公司在阿爾伯塔省的尼皮薩油田研究了玻璃鋼鋼柱的超行程效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)玻璃鋼桿桿柱使油井產(chǎn)油量由80m3/d增至120m3/d。
在深井中使用鋼桿柱有時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重問題，美國(guó)西德克薩在自噴轉(zhuǎn)抽時(shí)，采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產(chǎn)，因使用條件復(fù)雜，在22個(gè)月內(nèi)發(fā)生了4次斷桿事故，1988年采用配備了玻璃抽油桿在4.5a的時(shí)間內(nèi)，油井一直正常穩(wěn)定生產(chǎn)并降低了采油費(fèi)用。
在國(guó)內(nèi)玻璃鋼抽油桿日漸代替鋼制抽油桿應(yīng)用于油田。
2010年西北油田分公司研制的下深達(dá)5300米的有桿深抽技術(shù)在TK716井試驗(yàn)成功。試驗(yàn)中采用玻璃鋼抽油桿，優(yōu)化了加重桿、玻璃鋼抽油桿、高強(qiáng)度抽油桿的優(yōu)化搭配，有效解決了稠油舉升與深抽設(shè)備配套問題，為塔河油田的增產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
2011年中原油田在濮42-40井實(shí)施補(bǔ)孔壓裂作業(yè)，要求在維持抽油機(jī)載荷基本不變的情況下使用玻璃鋼抽油桿以減輕全井抽油桿重量。2012年，中原油田在采油二廠5口井引進(jìn)HY級(jí)高強(qiáng)度玻璃鋼抽油桿，日增油、液8噸，效果顯著。HY級(jí)高強(qiáng)度抽油桿與鋼制抽油桿相比，單井可節(jié)約5萬元左右，應(yīng)用范圍廣。另外可以利用它實(shí)施大泵深抽提液技術(shù)，實(shí)施電泵轉(zhuǎn)抽，達(dá)到了降低成本增加效率的目的。此后在濮城油田推廣使用取得日增油5.9噸的良好效果。
綜上可知，玻璃鋼桿柱因其高連接強(qiáng)度、彈性，斷裂故障低及其超行程效應(yīng)可有效增加采油效率。另外由于其抗腐蝕性能，使之可以在嚴(yán)酷條件下使用更長(zhǎng)時(shí)間。由于這些優(yōu)點(diǎn)，無論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，玻璃鋼抽油桿比舊式抽油桿相比，在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。
4 結(jié)語
目前，我國(guó)玻璃鋼產(chǎn)量達(dá)到歷史最高水平，產(chǎn)量躍居世界第二，同時(shí)整個(gè)行業(yè)實(shí)力增強(qiáng)、產(chǎn)品技術(shù)含量不斷提高。在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的當(dāng)今世界，與其他工業(yè)部門相比，具有更旺盛的活力。玻璃鋼的發(fā)展趨勢(shì)包括開拓玻璃鋼應(yīng)用范圍和提高其先進(jìn)性能。另外在發(fā)展過程中，玻璃鋼材料的再利用問題已引起各方重視。由于我國(guó)的玻璃鋼行業(yè)起步較晚，市場(chǎng)還沒有完全打開，堅(jiān)持玻璃鋼材料技術(shù)自主創(chuàng)新，用技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)行業(yè)向更高層次發(fā)展，對(duì)我國(guó)玻璃鋼行業(yè)的良性發(fā)展具有重要意義。
玻璃鋼即玻璃纖維增強(qiáng)塑料材料，是以玻璃纖維及其制品作增強(qiáng)材料、以合成樹脂作為粘合劑制成的復(fù)合材料，外文簡(jiǎn)稱GRP或FRP。低碳經(jīng)濟(jì)的社會(huì)中，節(jié)能材料已成為研發(fā)熱點(diǎn)。玻璃鋼 （GFRP）作為替代傳統(tǒng)材料其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。作為新材料，玻璃鋼產(chǎn)品以其輕質(zhì)耐蝕高強(qiáng)、節(jié)約能源等優(yōu)良特點(diǎn)，近些年來在石油化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
2 玻璃鋼復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀
玻璃鋼之所以能在很多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用是由于其具有相對(duì)于其他材料的優(yōu)良性能：（1）耐高壓、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)。玻璃鋼管采用纖維和不飽和聚酯樹脂經(jīng)特殊工藝纏繞成型形成非金屬管道，具有良好的防腐蝕性能，尤其是耐溶劑性能，其使用壽命不低于20a。（2）重量輕、安裝運(yùn)輸方便。玻璃鋼管的密度為2.1左右，而鋼材的密度為7.8左右。另外其安裝成本比較低，相對(duì)于鋼管約降低40%。（3）螺紋接頭密封性好.（4）摩擦系數(shù)小、不結(jié)垢、保溫性能好。玻璃鋼管的內(nèi)表面極其光潔，內(nèi)壁不會(huì)因腐蝕而破壞，內(nèi)表光潔度在整個(gè)壽命期內(nèi)會(huì)得以保持不結(jié)垢。導(dǎo)熱系數(shù)不足碳鋼的1%。
雖具有以上很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用研究過程中還有很多問題：（1）剛度、韌性較低，抗壓強(qiáng)度低；環(huán)向彈性模量與軸向彈性量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼管。（2）受溫度和壓力的限制在很多領(lǐng)域不能應(yīng)用。（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，行業(yè)發(fā)展受限。（4）檢測(cè)手段匱缺，使用過程中造成嚴(yán)重?fù)p失。
針對(duì)以上問題目前研究主要集中在在保證玻璃鋼管具有優(yōu)良性能的同時(shí)增加其彈性模量，抗熱震性，增加抗壓強(qiáng)度等。在整個(gè)行業(yè)中加緊標(biāo)準(zhǔn)制定，探索可靠地檢測(cè)手段。
3 玻璃鋼在石油化工中的應(yīng)用
目前國(guó)內(nèi)大部分油田的開采都已經(jīng)進(jìn)入中后期，鋼材腐蝕問題逐漸突出，造成油田對(duì)玻璃鋼的需求量迅速增加。據(jù)預(yù)測(cè)，2010～2020年是玻璃鋼的使用高峰期。玻璃鋼在各油田中應(yīng)用主要集中在玻璃鋼管和玻璃鋼扭桿兩方面。
3.1 玻璃鋼管道
20世紀(jì)50年代起，美國(guó)首次將聚酯玻璃鋼用于油氣集輸管線。到2005年，美國(guó)在油田應(yīng)用玻璃鋼管就達(dá)百萬公里，并且以每年5%～10%的速度遞增。美、日等早已將先進(jìn)的復(fù)合材料（ACM）工業(yè)化生產(chǎn)， 并著重提高玻璃鋼的機(jī)械性能、阻熱性能、耐腐蝕性能等。美國(guó)研制成功一種涂有可膨脹膠衣外層的玻璃鋼管道，經(jīng)試驗(yàn)表明可有效用于石油平臺(tái)的防火工程。Dunbar石油平臺(tái)成功將玻璃鋼管道應(yīng)用于近海石油引水管，與碳鋼材料先比約減輕4倍的材料重量，檢測(cè)與維修更為簡(jiǎn)便。墨西哥高爾夫石油平臺(tái)采用玻璃鋼管道作為海水的輸送管道，對(duì)玻璃鋼材料的性能測(cè)試結(jié)果顯示，該玻璃鋼管道系統(tǒng)的使用壽命可達(dá)60 年以上，耐火性能也比較良好。據(jù)預(yù)計(jì)，未來世界石油產(chǎn)量的 30% 會(huì)來自近海油田，因而玻璃鋼材料的應(yīng)用前景十分廣闊。
國(guó)內(nèi)于1970年開始應(yīng)用玻璃鋼。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“八五”前后我國(guó)管材投資約1.3億元，應(yīng)用玻璃鋼管約302.2km。截至2007年，吉林油田應(yīng)用玻璃鋼管達(dá)2773km；西南油氣田分公司應(yīng)用玻璃鋼管超過765km。
2013年，由于發(fā)現(xiàn)家45—13井管柱腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，大港油田采油三廠采用高壓玻璃鋼管對(duì)家45—13井實(shí)施跟蹤作業(yè)。采用玻璃鋼管后，在生產(chǎn)1653天后原井管無腐蝕現(xiàn)象，密封完好、無脫落、掉渣現(xiàn)象，應(yīng)用效果良好。
以上所述可以看出玻璃鋼管與鋼管相比具有更多優(yōu)點(diǎn)，在考慮鋼制管道防腐費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等綜合因素后，玻璃鋼管道工程總投資低于鋼制管道。在我國(guó)玻璃鋼管道已在勝利、大慶、河南、華北等油田使用，可以預(yù)見玻璃鋼管在油田將有廣闊的市場(chǎng)，它的廣泛應(yīng)用必將為石油行業(yè)帶來可喜的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 玻璃鋼抽油桿
美國(guó)首先開發(fā)使用玻璃鋼抽油桿，其應(yīng)用試驗(yàn)表明采用玻璃鋼桿有足夠高的強(qiáng)度和彈性在油田應(yīng)用是合理的。同時(shí)確定玻璃鋼材料的研究方向是優(yōu)化其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、桿柱組合以適應(yīng)嚴(yán)酷的使用條件。美國(guó)克雷恩油田為對(duì)比玻璃鋼桿和鋼桿的使用性能進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與鋼柱相比，玻璃鋼桿組合桿柱斷裂故障率下降57%（100井）。加拿大石油公司在阿爾伯塔省的尼皮薩油田研究了玻璃鋼鋼柱的超行程效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)玻璃鋼桿桿柱使油井產(chǎn)油量由80m3/d增至120m3/d。
在深井中使用鋼桿柱有時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重問題，美國(guó)西德克薩在自噴轉(zhuǎn)抽時(shí)，采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產(chǎn)，因使用條件復(fù)雜，在22個(gè)月內(nèi)發(fā)生了4次斷桿事故，1988年采用配備了玻璃抽油桿在4.5a的時(shí)間內(nèi)，油井一直正常穩(wěn)定生產(chǎn)并降低了采油費(fèi)用。
在國(guó)內(nèi)玻璃鋼抽油桿日漸代替鋼制抽油桿應(yīng)用于油田。
2010年西北油田分公司研制的下深達(dá)5300米的有桿深抽技術(shù)在TK716井試驗(yàn)成功。試驗(yàn)中采用玻璃鋼抽油桿，優(yōu)化了加重桿、玻璃鋼抽油桿、高強(qiáng)度抽油桿的優(yōu)化搭配，有效解決了稠油舉升與深抽設(shè)備配套問題，為塔河油田的增產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
2011年中原油田在濮42-40井實(shí)施補(bǔ)孔壓裂作業(yè)，要求在維持抽油機(jī)載荷基本不變的情況下使用玻璃鋼抽油桿以減輕全井抽油桿重量。2012年，中原油田在采油二廠5口井引進(jìn)HY級(jí)高強(qiáng)度玻璃鋼抽油桿，日增油、液8噸，效果顯著。HY級(jí)高強(qiáng)度抽油桿與鋼制抽油桿相比，單井可節(jié)約5萬元左右，應(yīng)用范圍廣。另外可以利用它實(shí)施大泵深抽提液技術(shù)，實(shí)施電泵轉(zhuǎn)抽，達(dá)到了降低成本增加效率的目的。此后在濮城油田推廣使用取得日增油5.9噸的良好效果。
綜上可知，玻璃鋼桿柱因其高連接強(qiáng)度、彈性，斷裂故障低及其超行程效應(yīng)可有效增加采油效率。另外由于其抗腐蝕性能，使之可以在嚴(yán)酷條件下使用更長(zhǎng)時(shí)間。由于這些優(yōu)點(diǎn)，無論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，玻璃鋼抽油桿比舊式抽油桿相比，在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。
4 結(jié)語
目前，我國(guó)玻璃鋼產(chǎn)量達(dá)到歷史最高水平，產(chǎn)量躍居世界第二，同時(shí)整個(gè)行業(yè)實(shí)力增強(qiáng)、產(chǎn)品技術(shù)含量不斷提高。在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的當(dāng)今世界，與其他工業(yè)部門相比，具有更旺盛的活力。玻璃鋼的發(fā)展趨勢(shì)包括開拓玻璃鋼應(yīng)用范圍和提高其先進(jìn)性能。另外在發(fā)展過程中，玻璃鋼材料的再利用問題已引起各方重視。由于我國(guó)的玻璃鋼行業(yè)起步較晚，市場(chǎng)還沒有完全打開，堅(jiān)持玻璃鋼材料技術(shù)自主創(chuàng)新，用技術(shù)創(chuàng)新推進(jìn)行業(yè)向更高層次發(fā)展，對(duì)我國(guó)玻璃鋼行業(yè)的良性發(fā)展具有重要意義。
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