Element Hitchin 公司隶属于一个合作组织,该组织致力于评估用于输油管线的各种不同热塑性复合材料的适用性。玻纤增强聚甲醛(POM)和聚丙烯(PP)在海水中表现良好,而碳纤维增强聚醚醚酮(PEEK)被证实非常适用于酸性的油气环境。当环境温度升高时,聚苯硫醚(PPS)中的碳纤维在酸性油气环境及烃气浓缩物中均有良好的表现。(注意:酸性油气环境是指油与水、多种化学品、反应物、碳氢化合物及副产物,以及沙子混合,这些物质会影响某些热塑性塑料的抗渗透性和使用寿命。)热塑性复合材料可以采用铺带或缠绕工艺生产出具有长度连续、可绕卷的管道,现在,许多公司正在针对石油和天然气管道主结构的加工工艺性能进行相关的研发工作。
例如, 位于荷兰的Airborne International 有限公司开始采用其号称世界首套的高端全热塑性复合材料管件连续生产设备,前年已有两条生产线在其9000 平方米的Ijmuiden 工厂投入运行。
与此同时,在英国的朴茨茅斯, Magma Global 有限公司即将试行新的产能,并在新条件下生产碳纤维增强PEEK 热塑性复合材料管。到目前为止, 该公司已经为测试及研发生产了长达25 米的管道,但是在其朴茨茅斯工厂即将投入试行的新生产线则将开始生产具有连续长度的管道,以便绕卷运输及随后在油气田现场进行部署工作。
该公司由Martin Jones 和Damon Roberts 创建于2010 年, 两人分别是公司的CEO 及技术总监。当他们在其前任职公司Insensys( 该公司后为Schlumberger 公司所收购)开发灵敏的光纤设备来测试船桅及其他结构的应变情况时,就已经涉足于石油及天然气领域。这对搭档在油气行业富有经验,他们了解管道的载荷工况,也知道管道技术的重要改进对未来的油气田开发来说将是必要的。他们在Insensys 的经历使他们获得了专业的复合材料知识,主要来源于设计和生产先进的复合桅杆,通常带有嵌入式光纤应变传感,用于高性能的超级游艇。在Magma 的保护伞下, 此项业务仍在持续。
Roberts 及其团队研发了一种专利的制造工艺,能够结合这两种材料,生产连续长度超过2 公里的管道。这种工艺被描述为:自动化的、机器人操作的、可扩展并且可监控的。该连续生产过程能够获得很高的产品质量和生产一致性。
虽然基础材料成本很高,但Roberts 主张,与其他技术尤其是与以钢材为原料的管道相比较,其管道部署成本正越来越具有竞争力。
Magma 公司的一个特殊优势是能够解决这个二十年来阻碍了复合材料管道应用的问题,那就是设计制造持久有效的管道接头。为了配合油气行业的标准金属接口,需要使用混合的金属/ 复合材料终端,而一直以来的难题是开发一种能够适应材料间基本差异的产品设计,比如硬度和热力性能,同时要能够在正常的生命周期内提供足够的结构强度和密封完整性。复合材料管道若想在这个严峻的近海市场中立于不败之地, 这种可靠性是必须条件。
Magma 公司的终端系统相对较轻, 价格实惠。当有必要替换部件时,终端接头较为容易拆开、检查和组装。蠕变问题是张力作用下的复合材料最为关键的设计问题,这个问题因复合材料- 金属交界面的特性而减至最小,该界面能够通过较大的表面区域来分散压力。无论如何,即使在高温下,PEEK 都拥有高抗蠕变性能。碳纤维增强材料的蠕变特性微不足道,这进一步稳定了聚合物。
Magma 公司确信自己已经解决了终端接头的问题,这个问题一直以来与复合材料管道解决方案如影随形。该公司相信,其碳纤维-PEEK 热塑性塑料管可以成为未来油气行业发展的重要推动者,在本行业内,金属管道技术正挣扎着满足项目的要求。从2013 年晚些时候起,其朴茨茅斯工厂已经准备就绪, 以满足市场的需求。