尊敬的主持人，各位嘉賓，各位代表，非常高興有機會在這里向大家匯報一下碳纖維復合材料在深海油田中的應用。
我今天向大家匯報的是碳纖維復合材料在深海油氣開發中的應用。
首先向大家報告一下碳纖維復合材料的特性及應用。碳纖維是一種性能優異的新材料，最大的特點就是輕質高強，密度不到鋼的四分之一，但拉伸度普通鋼的7到9倍。碳纖維不單獨使用，作為增強材料，加到樹脂、金屬、陶瓷或者是混凝土當中。應用最多的是用碳纖維增強樹脂機。碳纖維從它的誕生，目前來講已經很成熟和廣泛的應用于航空航天，高端的重大工程裝備，重大的基礎建設結構工程，包括海洋工程，還有壓力容器，還有體育休閑用品。作為一般的消費者來講，接觸最多的就是碳纖維復合材料應用在體育用品上，比如說高爾夫球拍、網球拍。碳纖維最有效的應用場合是在航空航天，目前大家比較知道的是波音787和空殼350，結構重量50%已經用到了碳纖維復合材料，所以在航空領域，有時候把空客350和787稱為碳纖維飛機。
碳纖維從它的力學性能來分，一般分為幾個等級，比如說T300級碳纖維，拉伸強度達到了3530，模量達到了230，密度是1.76，比強度是2.01。T700級，強度達到了4900，T800級，強度達到5490，模量達到了294GPa，T1000級，是超高級碳纖維，強度是6370。
這張表我把碳纖維和其它材料在強度和模量上進行的一個比較。大家可以看到，T300和T800的碳纖維，強度和模量遠遠高于特種鋼，還有其它高強玻璃纖維材料。這里我把碳纖維和其它材料的比強度和比模量進行了比較，碳纖維的第一性能就是輕質，第二是高強高模量。
碳纖維做成復合材料之后，力學性能和碳纖維本身有一些差異，一般來講，用碳纖維增強樹脂，纖維體積含量一般做到60%到80%左右，力學性能，我們可以看到，碳纖維復合材料的比強度和比模量和傳統材料相比也是遙遙領先的，非常適合于結構材料。
綜合以上的比較，碳纖維復合材料有以下特點，第一就是它的低成本的制作技術，特殊的復合材料有時候為了追求它特殊的力學性能，它的造價比較高的，無法實現工程化自動化的制造。但結合到海洋工程的應用，比如說深海油田使用的復合材料，有碳纖維的加強桿，還有系泊纜，還有鉆井立管中結構的增強層，都是采用了機械化、自動化纖維的纏繞技術制造的，這樣可以做到產量和質量的保證。
第二個主要的特點，它的比強度和比模量非常高，也就是說在同等強度下和同等模量下，具有更輕的質量，這也是對于深海油氣田來講，非常關注的一個方面。我們比較了一下碳纖維復合材料比深海油田中經常用的合金鋼來講，比強度和比模量要高出很多倍，比如說T700就要比汰合金高出15倍。
第三個特點，作為纖維增強的樹脂機的復合材料，是可以根據需要進行結構和功能的設計，我們一般叫它設計制造一體化，叫DFM。碳纖維復合材料的性能是可以設計的，因此可以通過不同的纖維材料，不同的樹脂材料的結合，另外它的結構設計，纖維的鋪層各種方法來解決工程上需要解決的技術問題。因此說每一個產品都可以按照實現優化結構和功能情況下來設計。有時候把復合材料不稱之為一個材料，我們把它稱之為一個結構更確切。
第四個特點，也是復合材料一個非常顯著的特點，就是它具有高疲勞強度和低缺口敏感度。金屬材料在振動的情況下，如果有微裂口的話，可能會擴展開，從而形成損傷。那么復合材料是用纖維增強樹脂，它的載荷是通過纖維把載荷傳到樹脂中，因此微小的裂紋就可以終止在樹脂之中，因此它比金屬材料具有更好的抗損傷安全性。在一般使用中，包括在航空飛機的使用中，樹脂機的復合材料一般不考慮它的疲勞損傷。
歸納以上的特點，碳纖維的復合材料，大概有這么幾項優勢，第一就是重量輕，第二是有很高的應變，第三是低的導熱性，第四是抗海水的腐蝕性，第五是耐吸濕性能，第六有極高的抗疲勞的能力，不受環境的影響，最后一點，它可以最高到攝氏198度的溫度，這個溫度取決于樹脂。
根據碳纖維的強度和模量的性能，目前碳纖維已經在這些方面做了應用，如果是T300級以下的，在體育休閑上有一個比較廣泛的應用了。在T300和T700級，高強碳纖維，在重大工程裝備還有壓力容器上比較好的應用了。在T800級的，在航空領域都有比較好的應用了。在高模量碳纖維，這個主要在航空領域，在衛星和導彈上。
第二點，我想匯報一下目前我們感覺到的深海油氣田開發傳統材料面臨的一些問題，這也是我們下一步考慮新材料應用的一個驅動力。主要考慮到這么六個方面，第一個是深水開采材料的重量問題。因為隨著水深的增加，它自身的重量就很大，如果裝在平臺上，它自身已經對平臺造成了很大重量的要求。第二個它的腐蝕性能可能會更加關注。第三個深水開采對材料的強度提出了更高的要求。第四，海水腐蝕。第五就是疲勞損傷，可能也是必須面對的問題，海水的疲勞損傷甚至比飛行機的疲勞損傷更大。最后一個，因為它是深海開采，它的安裝成本可能會比近海或者是陸地上要貴，是一個值得考慮的問題。
現在我匯報一下目前國際上相關的機構和公司，碳纖維復合材料在深海油氣領域應用的探索，有的已經實現了工程化的應用，有的僅僅是一個探索。我們現在開采呢，隨著開采的深度逐年增加，對材料提出了要求，比如說我進入2000多米的時候，可能我的鋼制的立管和錨纜就會產生影響，一般在2000米以下呢，我還可以使用鋼材，那么到了4000米，可能是碳纖維復合材料和鋼材并用，那么到了5000米，可能就要大量使用碳纖維復合材料。
這個項目在墨西哥灣已經有了比較大量的工程化的應用，至少在上萬英里以上。這個是用碳纖維做的錨固系纜，用碳纖維來做系泊纜。做系泊纜發展的歷程，最早近海的都是用金屬材料的，后來采用了聚酯材料，當然聚酯材料比強度可以做到320個兆帕，比鋼的系纜的強度好。隨著后來的發展，超高分子量聚乙烯系纜就出現了，它的比強度能夠實現600到700個兆帕，比模量做到了20到60Gpa。大家看用碳纖維，比強度可以做到1200Gpa。從深水來講，1500米用碳纖維做的系纜，它的重量可能只有1000噸，而金屬做的重量可能達到6000多噸，所以在重量上有明顯的優勢，而且隨著水深的增加，這種優勢越來越明顯。
再一個，在系纜頂端的尺寸上也有它的特點，在工程鋪纜的時候，在1500米的時候，如果從傳統的金屬纜的話，它的頂端纜可能要達到1米的直徑，如果從碳纖維的話，只有0.3米。另外系纜在海水的阻尼性能，碳纖維比金屬的有非常明顯的優勢。
歸納以上，碳纖維系泊纜，重量輕，節約成本安裝，另外一個幾乎不用維護，因此它比較適合于做大的采油平臺和作為深水區域系泊纜的區域。這是國際上相關的公司進行系泊纜組裝和實驗的照片。
這里把系泊纜的優點，最重要的一點，它的抗疲勞性能和低缺口敏感性。由于碳纖維，它的損傷終止在高韌性的樹脂當中，同時每一根纜都是獨立的結構，如果一根受到損傷，不會影響到另外的，所以提高了可靠性。
另外碳纖維復合材料的立管，從重量上來講，傳統的立管和碳纖維復合材料立管相比，碳纖維復合材料立管有明顯的優勢。休斯敦大學做了一個研究，雖然說碳纖維復合材料立管，從本身的制造成本是高的，但從后期成本來看，遠遠低于金屬材料的。這里就是歐洲的一個公司，已經開發出了2000米水深的碳纖維立管。這是碳纖維立管生產的工藝過程，采用的就是復合材料低成本制造的纏繞工藝，可以通過不同角度的纏繞，來解決立管的拉力和張力。這是碳纖維立管其中的一個結構，它和玻璃纖維包括金屬做成超混雜的復合材料。
最后，我再向大家匯報一下碳纖維在柔性立管中的應用。柔性立管，用得也很多，國際上也有公司用碳纖維復合材料來增強熱塑性的材料。
下面，我用一分鐘的時間簡單介紹國內碳纖維產業發展的情況。碳纖維是一個國家戰略物資，西方國家一直對中國封鎖，包括到現在。經過這幾十年的努力，碳纖維產業，中國已經實現了完全的產業化，應該是可以滿足各方面工業領域的要求。恒神已經能夠實現T300和T700級年產幾千噸的用量。
我就匯報到這里，謝謝大家。
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