1 前言
玻璃鋼即玻璃纖維增強塑料材料，是以玻璃纖維及其制品作增強材料、以合成樹脂作為粘合劑制成的復合材料，外文簡稱GRP或FRP。低碳經(jīng)濟的社會中，節(jié)能材料已成為研發(fā)熱點。玻璃鋼 （GFRP）作為替代傳統(tǒng)材料其應用領域不斷擴展。作為新材料，玻璃鋼產(chǎn)品以其輕質(zhì)耐蝕高強、節(jié)約能源等優(yōu)良特點，近些年來在石油化工領域得到廣泛應用。
2 玻璃鋼復合材料的研究現(xiàn)狀
玻璃鋼之所以能在很多行業(yè)得到廣泛應用是由于其具有相對于其他材料的優(yōu)良性能：（1）耐高壓、耐腐蝕、使用壽命長。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)壁不會因腐蝕而破壞，內(nèi)表光潔度在整個壽命期內(nèi)會得以保持不結(jié)垢。導熱系數(shù)不足碳鋼的1%。
雖具有以上很多優(yōu)點，應用研究過程中還有很多問題：（1）剛度、韌性較低，抗壓強度低；環(huán)向彈性模量與軸向彈性量遠遠低于鋼管。（2）受溫度和壓力的限制在很多領域不能應用。（3）設計標準不統(tǒng)一，行業(yè)發(fā)展受限。（4）檢測手段匱缺，使用過程中造成嚴重損失。
針對以上問題目前研究主要集中在在保證玻璃鋼管具有優(yōu)良性能的同時增加其彈性模量，抗熱震性，增加抗壓強度等。在整個行業(yè)中加緊標準制定，探索可靠地檢測手段。
3 玻璃鋼在石油化工中的應用
目前國內(nèi)大部分油田的開采都已經(jīng)進入中后期，鋼材腐蝕問題逐漸突出，造成油田對玻璃鋼的需求量迅速增加。據(jù)預測，2010～2020年是玻璃鋼的使用高峰期。玻璃鋼在各油田中應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50年代起，美國首次將聚酯玻璃鋼用于油氣集輸管線。到2005年，美國在油田應用玻璃鋼管就達百萬公里，并且以每年5%～10%的速度遞增。美、日等早已將先進的復合材料（ACM）工業(yè)化生產(chǎn)， 并著重提高玻璃鋼的機械性能、阻熱性能、耐腐蝕性能等。美國研制成功一種涂有可膨脹膠衣外層的玻璃鋼管道，經(jīng)試驗表明可有效用于石油平臺的防火工程。Dunbar石油平臺成功將玻璃鋼管道應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，檢測與維修更為簡便。墨西哥高爾夫石油平臺采用玻璃鋼管道作為海水的輸送管道，對玻璃鋼材料的性能測試結(jié)果顯示，該玻璃鋼管道系統(tǒng)的使用壽命可達60 年以上，耐火性能也比較良好。據(jù)預計，未來世界石油產(chǎn)量的 30% 會來自近海油田，因而玻璃鋼材料的應用前景十分廣闊。
國內(nèi)于1970年開始應用玻璃鋼。據(jù)統(tǒng)計，“八五”前后我國管材投資約1.3億元，應用玻璃鋼管約302.2km。截至2007年，吉林油田應用玻璃鋼管達2773km；西南油氣田分公司應用玻璃鋼管超過765km。
2013年，由于發(fā)現(xiàn)家45—13井管柱腐蝕結(jié)垢嚴重，大港油田采油三廠采用高壓玻璃鋼管對家45—13井實施跟蹤作業(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，在考慮鋼制管道防腐費、安裝費、運輸費等綜合因素后，玻璃鋼管道工程總投資低于鋼制管道。在我國玻璃鋼管道已在勝利、大慶、河南、華北等油田使用，可以預見玻璃鋼管在油田將有廣闊的市場，它的廣泛應用必將為石油行業(yè)帶來可喜的社會效益和經(jīng)濟效益。
3.2 玻璃鋼抽油桿
美國首先開發(fā)使用玻璃鋼抽油桿，其應用試驗表明采用玻璃鋼桿有足夠高的強度和彈性在油田應用是合理的。同時確定玻璃鋼材料的研究方向是優(yōu)化其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、桿柱組合以適應嚴酷的使用條件。美國克雷恩油田為對比玻璃鋼桿和鋼桿的使用性能進行了工業(yè)應用試驗，實驗發(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，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會發(fā)生嚴重問題，美國西德克薩在自噴轉(zhuǎn)抽時，采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產(chǎn)，因使用條件復雜，在22個月內(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的時間內(nèi)，油井一直正常穩(wěn)定生產(chǎn)并降低了采油費用。
在國內(nèi)玻璃鋼抽油桿日漸代替鋼制抽油桿應用于油田。
2010年西北油田分公司研制的下深達5300米的有桿深抽技術在TK716井試驗成功。試驗中采用玻璃鋼抽油桿，優(yōu)化了加重桿、玻璃鋼抽油桿、高強度抽油桿的優(yōu)化搭配，有效解決了稠油舉升與深抽設備配套問題，為塔河油田的增產(chǎn)提供了強有力的技術支撐。
2011年中原油田在濮42-40井實施補孔壓裂作業(yè)，要求在維持抽油機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HY級高強度玻璃鋼抽油桿，日增油、液8噸，效果顯著。HY級高強度抽油桿與鋼制抽油桿相比，單井可節(jié)約5萬元左右，應用范圍廣。另外可以利用它實施大泵深抽提液技術，實施電泵轉(zhuǎn)抽，達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度、彈性，斷裂故障低及其超行程效應可有效增加采油效率。另外由于其抗腐蝕性能，使之可以在嚴酷條件下使用更長時間。由于這些優(yōu)點，無論是在國內(nèi)還是國外，玻璃鋼抽油桿比舊式抽油桿相比，在石油化工領域的應用更加廣泛。
4 結(jié)語
目前，我國玻璃鋼產(chǎn)量達到歷史最高水平，產(chǎn)量躍居世界第二，同時整個行業(yè)實力增強、產(chǎn)品技術含量不斷提高。在倡導節(jié)能環(huán)保的當今世界，與其他工業(yè)部門相比，具有更旺盛的活力。玻璃鋼的發(fā)展趨勢包括開拓玻璃鋼應用范圍和提高其先進性能。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。由于我國的玻璃鋼行業(yè)起步較晚，市場還沒有完全打開，堅持玻璃鋼材料技術自主創(chuàng)新，用技術創(chuàng)新推進行業(yè)向更高層次發(fā)展，對我國玻璃鋼行業(yè)的良性發(fā)展具有重要意義。
玻璃鋼即玻璃纖維增強塑料材料，是以玻璃纖維及其制品作增強材料、以合成樹脂作為粘合劑制成的復合材料，外文簡稱GRP或FRP。低碳經(jīng)濟的社會中，節(jié)能材料已成為研發(fā)熱點。玻璃鋼 （GFRP）作為替代傳統(tǒng)材料其應用領域不斷擴展。作為新材料，玻璃鋼產(chǎn)品以其輕質(zhì)耐蝕高強、節(jié)約能源等優(yōu)良特點，近些年來在石油化工領域得到廣泛應用。
2 玻璃鋼復合材料的研究現(xiàn)狀
玻璃鋼之所以能在很多行業(yè)得到廣泛應用是由于其具有相對于其他材料的優(yōu)良性能：（1）耐高壓、耐腐蝕、使用壽命長。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)壁不會因腐蝕而破壞，內(nèi)表光潔度在整個壽命期內(nèi)會得以保持不結(jié)垢。導熱系數(shù)不足碳鋼的1%。
雖具有以上很多優(yōu)點，應用研究過程中還有很多問題：（1）剛度、韌性較低，抗壓強度低；環(huán)向彈性模量與軸向彈性量遠遠低于鋼管。（2）受溫度和壓力的限制在很多領域不能應用。（3）設計標準不統(tǒng)一，行業(yè)發(fā)展受限。（4）檢測手段匱缺，使用過程中造成嚴重損失。
針對以上問題目前研究主要集中在在保證玻璃鋼管具有優(yōu)良性能的同時增加其彈性模量，抗熱震性，增加抗壓強度等。在整個行業(yè)中加緊標準制定，探索可靠地檢測手段。
3 玻璃鋼在石油化工中的應用
目前國內(nèi)大部分油田的開采都已經(jīng)進入中后期，鋼材腐蝕問題逐漸突出，造成油田對玻璃鋼的需求量迅速增加。據(jù)預測，2010～2020年是玻璃鋼的使用高峰期。玻璃鋼在各油田中應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50年代起，美國首次將聚酯玻璃鋼用于油氣集輸管線。到2005年，美國在油田應用玻璃鋼管就達百萬公里，并且以每年5%～10%的速度遞增。美、日等早已將先進的復合材料（ACM）工業(yè)化生產(chǎn)， 并著重提高玻璃鋼的機械性能、阻熱性能、耐腐蝕性能等。美國研制成功一種涂有可膨脹膠衣外層的玻璃鋼管道，經(jīng)試驗表明可有效用于石油平臺的防火工程。Dunbar石油平臺成功將玻璃鋼管道應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，檢測與維修更為簡便。墨西哥高爾夫石油平臺采用玻璃鋼管道作為海水的輸送管道，對玻璃鋼材料的性能測試結(jié)果顯示，該玻璃鋼管道系統(tǒng)的使用壽命可達60 年以上，耐火性能也比較良好。據(jù)預計，未來世界石油產(chǎn)量的 30% 會來自近海油田，因而玻璃鋼材料的應用前景十分廣闊。
國內(nèi)于1970年開始應用玻璃鋼。據(jù)統(tǒng)計，“八五”前后我國管材投資約1.3億元，應用玻璃鋼管約302.2km。截至2007年，吉林油田應用玻璃鋼管達2773km；西南油氣田分公司應用玻璃鋼管超過765km。
2013年，由于發(fā)現(xiàn)家45—13井管柱腐蝕結(jié)垢嚴重，大港油田采油三廠采用高壓玻璃鋼管對家45—13井實施跟蹤作業(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，在考慮鋼制管道防腐費、安裝費、運輸費等綜合因素后，玻璃鋼管道工程總投資低于鋼制管道。在我國玻璃鋼管道已在勝利、大慶、河南、華北等油田使用，可以預見玻璃鋼管在油田將有廣闊的市場，它的廣泛應用必將為石油行業(yè)帶來可喜的社會效益和經(jīng)濟效益。
3.2 玻璃鋼抽油桿
美國首先開發(fā)使用玻璃鋼抽油桿，其應用試驗表明采用玻璃鋼桿有足夠高的強度和彈性在油田應用是合理的。同時確定玻璃鋼材料的研究方向是優(yōu)化其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、桿柱組合以適應嚴酷的使用條件。美國克雷恩油田為對比玻璃鋼桿和鋼桿的使用性能進行了工業(yè)應用試驗，實驗發(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，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會發(fā)生嚴重問題，美國西德克薩在自噴轉(zhuǎn)抽時，采用鋼桿柱抽油系統(tǒng)生產(chǎn)，因使用條件復雜，在22個月內(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的時間內(nèi)，油井一直正常穩(wěn)定生產(chǎn)并降低了采油費用。
在國內(nèi)玻璃鋼抽油桿日漸代替鋼制抽油桿應用于油田。
2010年西北油田分公司研制的下深達5300米的有桿深抽技術在TK716井試驗成功。試驗中采用玻璃鋼抽油桿，優(yōu)化了加重桿、玻璃鋼抽油桿、高強度抽油桿的優(yōu)化搭配，有效解決了稠油舉升與深抽設備配套問題，為塔河油田的增產(chǎn)提供了強有力的技術支撐。
2011年中原油田在濮42-40井實施補孔壓裂作業(yè)，要求在維持抽油機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HY級高強度玻璃鋼抽油桿，日增油、液8噸，效果顯著。HY級高強度抽油桿與鋼制抽油桿相比，單井可節(jié)約5萬元左右，應用范圍廣。另外可以利用它實施大泵深抽提液技術，實施電泵轉(zhuǎn)抽，達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度、彈性，斷裂故障低及其超行程效應可有效增加采油效率。另外由于其抗腐蝕性能，使之可以在嚴酷條件下使用更長時間。由于這些優(yōu)點，無論是在國內(nèi)還是國外，玻璃鋼抽油桿比舊式抽油桿相比，在石油化工領域的應用更加廣泛。
4 結(jié)語
目前，我國玻璃鋼產(chǎn)量達到歷史最高水平，產(chǎn)量躍居世界第二，同時整個行業(yè)實力增強、產(chǎn)品技術含量不斷提高。在倡導節(jié)能環(huán)保的當今世界，與其他工業(yè)部門相比，具有更旺盛的活力。玻璃鋼的發(fā)展趨勢包括開拓玻璃鋼應用范圍和提高其先進性能。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。由于我國的玻璃鋼行業(yè)起步較晚，市場還沒有完全打開，堅持玻璃鋼材料技術自主創(chuàng)新，用技術創(chuàng)新推進行業(yè)向更高層次發(fā)展，對我國玻璃鋼行業(yè)的良性發(fā)展具有重要意義。
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