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非常规油气发展给塑料管业带来空前机遇
□ 北京塑料工业协会 张玉川
非常规油气资源异军突起
近来原油价格大降引起了全球的大动荡。其原因是多方面的，但是根本的原因是油气资源不那么紧缺了，这是源自美国兴起的一场技术革命——页岩气革命。
美国经过几十年探索在2006年前后掌握了开采页岩气的技术。通过大力发展页岩气，短短几年内美国就大幅度减少了油气进口，并预期不久要成为油气出口国。2014年，美国天然气产量占到全球的20.6%（超过俄罗斯17.9%），其中页岩气产量2727亿立方米，占40%。
虽然近来全球石油价格降低影响了非常规油气资源的投资热潮，但非常规油气的发展是无法阻挡的。特别是对于中国这样常规油气资源少而非常规油气资源丰富的国家。美国能源信息署 EIA预测中国页岩气储量为31.6万亿立方米，据全球首位。我国《页岩气发展规划2011-2015年》预计中国页岩气可采资源量为25万亿立方米，规划2015年产65亿立方米，2020年600亿立方米。
非常规油气资源的另一个重要组成部分是煤层气。根据国际能源机构(IEA)估计，全球煤层气资源总量可达260万亿立方米，俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚均超过10万亿立方米。近年来澳大利亚煤层气开发迅速，2011年规划10年内开挖超过3万口煤层气井，需要55000公里PE管(直径最大达800mm)用于输送煤层气和水。
我国是煤炭生产和消费大国，煤层气资源十分丰富。据权威部门测算，我国的煤层气资源量为36.8万亿立方米，大大高于美国11万亿立方米的资源量。我国对煤层气的开发起步较早，目前中联煤层气公司、中石油煤层气公司、晋煤集团等多家公司在华北、西北地区多个盆地进行煤层气的勘探开发。但由于技术落后、体制束缚等多方面原因进展缓慢，近年来每年井下抽采煤层气仅40亿立方米左右，2014年井下抽采煤层气产量36亿立方米。我国《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出，到2020年，煤层气产量力争达到300亿立方米。
全球管道业迎来发展新机遇
用管道输送油气最经济、最安全，而油气产业发展需要不断开发新油气田，钻出新油气井，铺设新管道。所以油气产业历来是管道业的大市场，且每年管道用量巨大。过去油气产业大都采用钢管，少量采用玻璃钢管，近年越来越多采用热塑性塑料管，包括塑料实壁管、增强热塑性塑料管、钢管衬塑和覆塑。
非常规油气资源的开发大幅度增加了石油和天然气的产量和用量，必然需要更多管道，预计今后20年内油气产业的大发展将推动管道业的大增长。油气产业用管道包括上游（从井头经集输管道到处理设施）、中游（加压站经长输管线）和下游（输配管道到用户）三部分（见图 1）。非常规油气资源的发展给上、中、下游用管道都带来了发展机遇。下面重点介绍非常规油气资源的发展需要的特殊技术在上游部分带来的管道新市场。
１． 页岩气开发上游管道
①压裂用水系统
开发页岩气与常规油气的最大不同在于需要一整套特殊技术，在油井内通过水力压裂在页岩中形成许多细微裂纹让页岩气释放出来。水力压裂用水量相当大，据国外经验每口井在10天多内需要用水1万～3万立方米，用过的压裂用水含有害成分需要处理后才能再利用或排放。压裂用水系统需要大量管道，包括：从水源输水到井边储水池；配制水力压裂用液；把压裂液注入井下实现分段压裂；把排出的气和水分离；把排水送去处理；把处理后的水送回储水池或排放到外面水体。根据美国的经验，开发页岩气等非常规油气的压裂用水的管道系统已经大量采用热塑性塑料管——PE管。图2来自美国最著名的页岩气田马塞勒斯（Marcellus）的调查报告，可以看到采用的白色长塑料管就铺设在地面上。
②集输系统
页岩气集输管道系统与常规油气的集输管道系统基本相同，功能是把各油井采出的天然气从井口收集输送到处理站进行处理，然后输送到加压站加压后进入长输管道，或者输送到液化站把天然气液化后输出。不同的是，页岩气田需要钻更多的井，使页岩气集输管道系统更密集。美国年产近3000亿立方米页岩气，有超过10万口页岩气井，由此估计我国要在2020年达到年产300亿立方米，需要近1万口井（目前全国仅有400口井），也即需要大量的管道系统。
2．煤层气开采上游管道
煤层气开采先要钻井把煤层中的水抽出来，才能让吸附在煤表面的煤层气释放出来。大量水需要经过处理后排放或利用，防止污染环境。煤层气集输管道系统与常规油气的集输管道系统基本相同，功能是把各矿井采出的煤层气从井口收集输送到处理站进行处理，然后输送到加压站加压后进入长输管道，或者输送到液化站把煤层气液化后输出。
根据澳大利亚成功经验，煤层气排水系统和集输系统用管道大量采用PE管，并且大量采用非传统铺设方式犁入法。
3．塑料管的优势
近年国外开发非常规油气中普遍采用热塑性塑料管道，如澳大利亚开发煤层气大量应用HDPE管道。这是因为实践证明热塑性塑料管道具有独特、显著的优越性。很多案例的分析都证明采用塑料管常常比钢管能节约投资近一半，并有防止污染、环保的社会效益，还能明显加快工程进度。非常规油气用的管道通常具有以下特殊性：大都位于原来没有管道网基础设施的地区；资源井多，单井产量差别大、变化快；管道大都铺设在崎岖的荒野中，有不少就铺设在地面上，可以回收；铺设要求快速，容易调整；要求使用寿命较短（20年）；除长途输送管道要承受高压外，非常规油气开采用的管道大都要求压力不高。在以上条件和要求下，热塑性塑料管的优点可以充分发挥出来。
·抗腐蚀 油气产业用管道输送的流体和所处的环境常常具有腐蚀性，例如天然气资源中有的含酸性化合物（如硫化氢、二氧化碳、硫醇等）。
·柔韧性 中小直径（DN500以下）热塑性塑料和增强热塑性塑料管可以制造或连接成可盘卷的长管（几百米到几千米），采用非开挖铺设，如犁入法铺设或定向钻孔铺设，显著减少铺设费用和提高效率（尤其在恶劣环境下）。例如：澳大利亚在偏僻荒野地区开采煤层气大量采用犁入法铺设连续的PE管。
·重量轻 不需要预先铺设可通过重载的道路和配置起重机械，能显著减少运输费用和铺设费用，并提高效率。
·可调整范围宽 热塑性塑料和增强材料的品种多，发展快，可以按照各种不同要求设计和创新产品。例如，近年复合材料领域在航空、军工和汽车需求的推动下大力发展连续纤维增强热塑性塑料（CFRT），为增强热塑性塑料管的发展打开了新天地。另一方面，热塑性塑料原料领域的技术进步，扩宽了增强热塑性塑料管的应用范围，例如由玻纤和PE-RT组成的RTP产品工作温度可达82°C。
热塑性塑料的缺点是强度低，所以塑料实壁管只适用于压力较低的输水、排水管和天然气集输管道。根据国外经验，PE100 SDR7的厚壁管可应用于压力2.5MPa的油气集输管道。所以在高压情况下，通常用增强热塑性塑料管或者衬塑或覆塑钢管。
成功案例
1．页岩气井区用RTP的输水管
这个项目获得美国塑料管协会能源管道系统分会2013年奖励。
地点：宾夕法尼亚州中北部马塞勒斯Marcellus页岩气田(美国最大页岩气田)一个崎岖的地区。管道：4.8公里，203mm，10.5MPa的输水管道。管材：FlexSteel Pipeline Technologies，Inc.生产的可盘卷钢带增强聚乙烯管。优势：每卷183米，比用钢管减少93%接头，3周内铺成4.8公里管道。
2．页岩气井区输水用的RTP超轻管——CFT的Fiberflex-11管
2013年美国CFT(Composite Fluid Transfer)公司生产的新管道 Fiberflex-11获得了JEC美国创新奖。该管材外径282mm，壁厚7.6mm，工作压力1.8MPa。全结合三层复合结构：内HDPE薄衬管层，中连续玻纤增强聚乙烯带增强层，外抗UV和磨损层。用卡环快速连接，可以熔接。因为环刚度低(约在1kPa)，只适用于地面管。
该管的突出优点是非常轻，直径11英寸(282mm)，长度9.1米的管段重量仅58公斤，两人可以搬动。如果用PE100管的话，要达到同样流量和压力需要直径12英寸 (305mm)，直径/壁厚比SDR 9的管段，重量297公斤。相比之下，超轻管重量减轻了约4/5。因为轻便，应用于野外铺设（特别是在崎岖恶劣地区）不需要施工机械，显著减少了铺设费用和时间。
3．澳大利亚的聚乙烯管煤层气和水集输管道
Qenos公司作为澳大利亚主要的PE管材生产商，为昆士兰地区的Surat盆地煤层气开采和集输提供燃气管材和水管已经超过数千公里。
Vinidex公司2011年获得煤层气及液化天然气的一个长达3200km的HDPE管采购合同。
Murphy工程公司装备了德国F?觟ckersperger 公司的Spiderplough犁入法铺设设备，创造了犁入法铺设的新纪录，可以犁入铺设直径达630mm的PE管或同时犁入两条315mm管道。见图3。
Iplex Pipelines公司创新技术，将煤层气用315mm PE管做成椭圆形后，可以把250m连续管盘卷成4米的卷筒运输，使用此技术可在一天内铺设几千米的管道。
抓住机遇需要新思路和新模式
在石油和天然气有希望逐步实现自给和降低能源成本的前景鼓舞下，我国在今后10～20年内会全力开发非常规油气资源。目前我国在水平钻井和液力压裂两项关键技术上已经有重大突破，最新的喜信是今年涪陵页岩气田将建成年产50亿方的一期工程。据调查，涪陵页岩气田的管道系统配置得很完整，可以保证页岩气高效开发又不污染环境，但是目前只在水管系统部分采用塑料管。
我国塑料管行业应注意不要错过发展非常规油气产业用塑料管的历史性机遇，抓住这个机遇要有新思路，走依靠技术创新的新模式。建议从深入油气产业调查需求起步，和用户合作确定对管道系统的要求和标准，通过反复试制，反复试用，完成设计-制造-测试-铺设-应用的完整系统。
建议有实力的塑料管集团在发展石油和天然气用塑料管中探索改革经营的模式，组建管道工程服务公司。换句话说，就是探索管道系统的“互联网+”，工程公司向用户提供的不是管道产品而是完整的管道系统。工程公司在深入调查用户需求后不仅承担系统设计，提供配套管道产品，负责铺设调试到投入应用，而且通过互联网监视系统的运行，保证、支持管道系统的维护和修理。石油和天然气用管道系统的运行条件通常比较恶劣，输送的介质可能变化，一旦出现问题可能造成重大损失甚至引发恶性事故，所以通常管道系统要安置各种传感器（如温度、压力、流量、气体渗漏量等）进行监控。采用互联网技术可以通过远程数据自动采集分析和操控实现管道系统的智能化管理，让用户和工程公司都获得经济和社会的效益。
我国石油和天然气产业对于应用塑料管很积极，从石油天然气行业标准中有关塑料管的标准在不断修订就可以证明。在我国页岩气和煤层气的初期开发阶段，都已经有应用热塑性塑料管的试验。但是油气产业的技术专家对于塑料管还是不及对钢管熟悉，应用中有许多疑虑，一些劣质产品又严重损害了塑料管的信誉。同时，大多塑料管企业对于油气产业用管道的需求也了解不够，不能适应根据特定要求设计和制造专用高端产品和提供全程服务，而是习惯于按照统一标准进行大量生产和销售通用产品。因此，希望我国塑料管业学习美国和澳大利亚塑料管业的经验，与油气产业密切合作，共同技术创新，制定标准，开展培训，让塑料管在油气产业顺利推广，为我国发展非常规油气产业做出贡献，并带动塑料管行业的进一步调整和发展。