在深海中崛起的热塑性复合管

访问 Airborne Oil &Gas（AOG，艾默伊登，荷兰）和 Magma Global Ltd.（英国朴茨茅斯）网站的新闻页面，您会觉得 2018 年是这两家领先的热塑性塑料制造商的分水岭年用于深海应用的复合管 (TCP)。但是，如果 2019 年有关复合材料新兴市场的消息超过前一年，请不要感到惊讶。

AOG 2018 年的一些显着成就： 6 月，该公司为南美洲的一家主要运营商启动了碳纤维/聚偏二氟乙烯 (PVDF) 立管（连接海底生产系统和水面生产船的管道）的资格认证计划。 AOG 与主要的海上安装承包商 Subsea 7（卢森堡）就该项目展开合作。 8 月，经过广泛的五年认证计划，随后是世界上第一个对玻璃纤维/高密度聚乙烯 (HDPE) 流线（连接井口和深加工设备的管道）的碳氢化合物（全井孔）服务进行试点安装），马来西亚国家石油公司（马来西亚吉隆坡）认可 AOG 的 TCP 流线已达到技术准备水平 6（测试原型验证）。 “我们预计将在 2019 年达到 TRL 7 [试点系统演示]，”AOG CCO Martin Van Onna 报告说。除了这些成功的资格认证和试点项目外，AO​​G 还报告了不断增长的商业记录，尤其是其玻璃纤维/HDPE TCP。

对于 Magma 来说，2018 年同样多事。 3 月，Tullow Ghana 与 Magma 签订了一份 2.5 公里出油管线合同，用于开发 Tweneboa、Enyenra、Ntomme (TEN) 海上油田。 5 月，与离岸服务公司 Ocyan（巴西里约热内卢）合作，Magma 完成并获得了采用 Magma 碳纤维/聚醚醚酮 (PEEK) m 的复合多孔混合立管 (CMHR) 设计的第三方验证-管道。 Magma 和 Ocyan 正在竞标巴西深水开发项目的 CMHR。 Magma 于 8 月宣布，与 Equinor（挪威斯塔万格）的一项联合计划已从政府资金来源 Innovate UK 获得了 1050 万英镑的资金，以验证用于跳线（连接出油管线和/或海底设施的管道）的全 Magma 解决方案）。最后，在 11 月，能源研究所（英国伦敦）将 2018 年创新奖授予 Magma 的 m 型管道，理由是该管道能够解决深水储量中的石油和天然气生产挑战，以及重复使用。

2019 年，AOG 和 Magma 制定了提高产能的宏伟计划，因为它们服务于蓬勃发展的复合材料市场。 “尤其是在去年下半年，”Van Onna 肯定地说，“需求增长如此之快，以至于我们真的需要非常非常快地增长。”

TCP 申诉

强调这种快速增长的是 TCP 在深海石油和天然气应用中的部署历史相对较短。请注意，TCP 与自 1990 年代以来一直存在的增强热塑性塑料管（RTP）不同。 RTP 由一个热塑性衬里组成，外包裹有未粘合 芳纶或玻璃纤维复合材料，然后涂上热塑性塑料。与完全粘合的 TCP 相比，它用于低压和温度要求较低的应用。尽管 TCP 由一组相似的材料组成，但由于两个原因，它适用于更高的压力和更大的温度范围。首先，一些 TCP 使用性能更高的热塑性树脂，如 PEEK，和/或更高强度的增强材料，如碳纤维。其次，TCP 层是绑定 通过熔体熔丝制造工艺相互连接，比由相同材料制成的 RTP 产生更高的性能。

就在 11 年前，Van Onna 回忆说，没有 TCP 已部署在深海应用中。然后在 2009 年，AOG 开发并部署了第一条海上 TCP 下线（用于将流体泵入海底以注入海底管道或海底井口）。公司于 2012 年建成了一个全面的 TCP 生产基地。 到 2018 年，AOG 的生产能力增加到包括 3 条生产线以及包括玻璃纤维/HDPE 在内的制造能力，适用于高达 65˚C/150˚F 和 5 ksi;碳纤维/聚酰胺 12，适用于高达 80˚C/180˚F 和 10 ksi 的应用；和碳纤维/PVDF，适用于高达 121˚C/250˚F 和 15 ksi 的应用。

与此同时，Magma 成立于 2009 年，并于 2012 年开始部署其 m-pipe，并于 2016 年在英国朴茨茅斯开设生产基地。在公司成立五周年庆典上，首席执行官 Martin Jones 评论道：“航空业是一个使用碳纤维成为标准的良好先例。它现在也发生在石油和天然气领域。我们目前正在与所有主要运营商合作。”

TCP 的日益普及源于其与传统管道相比具有众多成本节约优势。例如，尽管材料成本较高，但据报道，AOG 在流线应用中的最高性能碳纤维/PVDF 与金属流线相比可节省 30% 的安装成本。同样，Calash（英国伦敦）在单线偏置立管 (SLOR) 应用中对 m 管与钢的商业审查估计，安装成本节省了 11%。这些节省源于 TCP 的几个特性，这些特性使得运输、准备（例如，用末端配件端接管道）和安装比使用其他材料制成的管道执行这些任务要便宜得多。

与复合材料的情况一样，第一个这样的特性是重量轻——TCP 的重量只有钢管的十分之一——但管子的轻量化和柔韧性的结合产生了一个关键的优势：管子可以缠绕在相对较小的圆桶和海底托盘上。正因为如此，较小的船只可以运输和安装大跨距的 TCP——在更偏远的离岸地点（例如，西非海岸附近），在那里部署传统的重型运输船是一项昂贵的提议，这是一个物流和经济的福音。 TCP 的熔体熔化能力创造的另一个成本节约优势是管道可以端接并在现场安装端部配件。

TCP 兼具高强度、柔韧性和易于端接的特点，使其具有传统金属管（坚固但刚性）和由螺旋应用金属线和挤出热塑性塑料（柔韧但重且非常坚固）的未粘合层制成的柔性管的最佳品质现场终止的成本很高）。 TCP 完全有能力有效地处理海底应用的苛刻压力和温度——无论是外部条件还是流体流过它们所产生的内部条件。由于其低摩擦系数，TCP 的热塑性衬里还提供高流速。最后，TCP 的另外两个关键特性——耐腐蚀性和抗疲劳性——使 TCP 非常耐用，即使能源公司更频繁地泵送在地下深处发现的酸性（即酸性）原油。

加快管材生产

为满足不断增长的需求，AOG 进入了为期三年的计划，旨在将公司的生产能力提高五倍。 “我们正在实施 10 多项单独措施，这些措施都可以提高生产能力，”Van Onna 说。

TCP 是在 AOG 分三个连续步骤生产的。首先，挤出热塑性衬里。接下来，采用原位固结的自动胶带铺设 (ATL) 将几层到 100 层的纤维增强热塑性胶带缠绕在任何地方，每一层都熔融融合到前面的层上。最后，管道通过涂层挤出模具。 Van Onna 解释说，这不是常规的共挤。 “我们熔化外部复合材料层，然后将涂层加压成型到层压板上。结果是涂层和层压板之间具有高剪切强度的管道，使我们的客户能够在任何地方终止我们的 TCP，同时保持高强度、耐用和保护涂层。”

AOG 正在增加收卷站，这是提高产能的一种明显方式，但同时也在提高挤出和收卷速度。公司在生产线上集成了专有的自动检测系统，即使在提高生产速度的情况下也能确保一致的特性和性能。

Magma 的生产过程与 AOG 的相似。 Magma m-pipe 由大约 25% 的碳纤维、25% 的 S2 玻璃纤维和 50% 的 PEEK 组成。 Magma 将其制造过程称为“全自动机器人 3D 激光打印过程”。它包括挤出由 PEEK 制成的光滑内管前体，ATL 工艺使用激光将玻璃纤维/PEEK 和碳纤维/PEEK 带的交替层融合到该前体上。 Magma 选择了 PEEK，该公司从 Victrex（英国兰开夏郡）收购，因为它具有非常高的抗疲劳能力。 Toray Industries（日本东京）提供用于 m 管的增强材料。 Magma 不仅通过其英国朴茨茅斯的内部生产线，而且通过移动国内制造模块 (ICMM) 来满足生产需求，其中第一个也在朴茨茅斯运营。 Magma 预计会部署更多 ICMM，因为该公司在物流和财务上都倾向于本地生产，尤其是立管应用。

即将取得商业成功

重要的是，TCP 的发展伴随着 TCP 在海底应用中的设计和认证的正式标准的创建。 Van Onna 表示，通往该标准的道路是艰辛的，但最终形成了一份文件和指南，让能源专业人士对产品的长期性能及其预期使用成本充满信心。可以想象，这种信心在高度监管和密切关注的行业中至关重要，例如海上石油和天然气生产，管道故障是完全不可接受的。 Van Onna 解释说，该标准涵盖了基础材料的鉴定以及设计方法，当然还有生产技术。 AOG 已经能够证明其 TCP 基础材料和生产质量与用于航空航天的基准、高压釜固化复合结构相同。

Van Onna 继续说，AOG 的认证方法是“对我们所有的基础材料进行单独的认证。然后我们使用这些合格的材料设计和制造任何尺寸的管道。” Van Onna 认为，通过获得资格并通过 TRL 级别，TCP 现在已准备好从 2019 年开始批量生产产品。