尊敬的主持人，各位嘉宾，各位代表，非常高兴有机会在这里向大家汇报一下碳纤维复合材料在深海油田中的应用。

　　我今天向大家汇报的是碳纤维复合材料在深海油气开发中的应用。

　　首先向大家报告一下碳纤维复合材料的特性及应用。碳纤维是一种性能优异的新材料，最大的特点就是轻质高强，密度不到钢的四分之一，但拉伸度普通钢的7到9倍。碳纤维不单独使用，作为增强材料，加到树脂、金属、陶瓷或者是混凝土当中。应用最多的是用碳纤维增强树脂机。碳纤维从它的诞生，目前来讲已经很成熟和广泛的应用于航空航天，高端的重大工程装备，重大的基础建设结构工程，包括海洋工程，还有压力容器，还有体育休闲用品。作为一般的消费者来讲，接触最多的就是碳纤维复合材料应用在体育用品上，比如说高尔夫球拍、网球拍。碳纤维最有效的应用场合是在航空航天，目前大家比较知道的是波音787和空壳350，结构重量50%已经用到了碳纤维复合材料，所以在航空领域，有时候把空客350和787称为碳纤维飞机。

　　碳纤维从它的力学性能来分，一般分为几个等级，比如说T300级碳纤维，拉伸强度达到了3530，模量达到了230，密度是1.76，比强度是2.01。T700级，强度达到了4900，T800级，强度达到5490，模量达到了294GPa，T1000级，是超高级碳纤维，强度是6370。

　　这张表我把碳纤维和其它材料在强度和模量上进行的一个比较。大家可以看到，T300和T800的碳纤维，强度和模量远远高于特种钢，还有其它高强玻璃纤维材料。这里我把碳纤维和其它材料的比强度和比模量进行了比较，碳纤维的第一性能就是轻质，第二是高强高模量。

　　碳纤维做成复合材料之后，力学性能和碳纤维本身有一些差异，一般来讲，用碳纤维增强树脂，纤维体积含量一般做到60%到80%左右，力学性能，我们可以看到，碳纤维复合材料的比强度和比模量和传统材料相比也是遥遥领先的，非常适合于结构材料。

　　综合以上的比较，碳纤维复合材料有以下特点，第一就是它的低成本的制作技术，特殊的复合材料有时候为了追求它特殊的力学性能，它的造价比较高的，无法实现工程化自动化的制造。但结合到海洋工程的应用，比如说深海油田使用的复合材料，有碳纤维的加强杆，还有系泊缆，还有钻井立管中结构的增强层，都是采用了机械化、自动化纤维的缠绕技术制造的，这样可以做到产量和质量的保证。

　　第二个主要的特点，它的比强度和比模量非常高，也就是说在同等强度下和同等模量下，具有更轻的质量，这也是对于深海油气田来讲，非常关注的一个方面。我们比较了一下碳纤维复合材料比深海油田中经常用的合金钢来讲，比强度和比模量要高出很多倍，比如说T700就要比汰合金高出15倍。

　　第三个特点，作为纤维增强的树脂机的复合材料，是可以根据需要进行结构和功能的设计，我们一般叫它设计制造一体化，叫DFM。碳纤维复合材料的性能是可以设计的，因此可以通过不同的纤维材料，不同的树脂材料的结合，另外它的结构设计，纤维的铺层各种方法来解决工程上需要解决的技术问题。因此说每一个产品都可以按照实现优化结构和功能情况下来设计。有时候把复合材料不称之为一个材料，我们把它称之为一个结构更确切。

　　第四个特点，也是复合材料一个非常显著的特点，就是它具有高疲劳强度和低缺口敏感度。金属材料在振动的情况下，如果有微裂口的话，可能会扩展开，从而形成损伤。那么复合材料是用纤维增强树脂，它的载荷是通过纤维把载荷传到树脂中，因此微小的裂纹就可以终止在树脂之中，因此它比金属材料具有更好的抗损伤安全性。在一般使用中，包括在航空飞机的使用中，树脂机的复合材料一般不考虑它的疲劳损伤。

　　归纳以上的特点，碳纤维的复合材料，大概有这么几项优势，第一就是重量轻，第二是有很高的应变，第三是低的导热性，第四是抗海水的腐蚀性，第五是耐吸湿性能，第六有极高的抗疲劳的能力，不受环境的影响，最后一点，它可以最高到摄氏198度的温度，这个温度取决于树脂。

　　根据碳纤维的强度和模量的性能，目前碳纤维已经在这些方面做了应用，如果是T300级以下的，在体育休闲上有一个比较广泛的应用了。在T300和T700级，高强碳纤维，在重大工程装备还有压力容器上比较好的应用了。在T800级的，在航空领域都有比较好的应用了。在高模量碳纤维，这个主要在航空领域，在卫星和导弹上。

　　第二点，我想汇报一下目前我们感觉到的深海油气田开发传统材料面临的一些问题，这也是我们下一步考虑新材料应用的一个驱动力。主要考虑到这么六个方面，第一个是深水开采材料的重量问题。因为随着水深的增加，它自身的重量就很大，如果装在平台上，它自身已经对平台造成了很大重量的要求。第二个它的腐蚀性能可能会更加关注。第三个深水开采对材料的强度提出了更高的要求。第四，海水腐蚀。第五就是疲劳损伤，可能也是必须面对的问题，海水的疲劳损伤甚至比飞行机的疲劳损伤更大。最后一个，因为它是深海开采，它的安装成本可能会比近海或者是陆地上要贵，是一个值得考虑的问题。

　　现在我汇报一下目前国际上相关的机构和公司，碳纤维复合材料在深海油气领域应用的探索，有的已经实现了工程化的应用，有的仅仅是一个探索。我们现在开采呢，随着开采的深度逐年增加，对材料提出了要求，比如说我进入2000多米的时候，可能我的钢制的立管和锚缆就会产生影响，一般在2000米以下呢，我还可以使用钢材，那么到了4000米，可能是碳纤维复合材料和钢材并用，那么到了5000米，可能就要大量使用碳纤维复合材料。

　　这个项目在墨西哥湾已经有了比较大量的工程化的应用，至少在上万英里以上。这个是用碳纤维做的锚固系缆，用碳纤维来做系泊缆。做系泊缆发展的历程，最早近海的都是用金属材料的，后来采用了聚酯材料，当然聚酯材料比强度可以做到320个兆帕，比钢的系缆的强度好。随着后来的发展，超高分子量聚乙烯系缆就出现了，它的比强度能够实现600到700个兆帕，比模量做到了20到60Gpa。大家看用碳纤维，比强度可以做到1200Gpa。从深水来讲，1500米用碳纤维做的系缆，它的重量可能只有1000吨，而金属做的重量可能达到6000多吨，所以在重量上有明显的优势，而且随着水深的增加，这种优势越来越明显。

　　再一个，在系缆顶端的尺寸上也有它的特点，在工程铺缆的时候，在1500米的时候，如果从传统的金属缆的话，它的顶端缆可能要达到1米的直径，如果从碳纤维的话，只有0.3米。另外系缆在海水的阻尼性能，碳纤维比金属的有非常明显的优势。

　　归纳以上，碳纤维系泊缆，重量轻，节约成本安装，另外一个几乎不用维护，因此它比较适合于做大的采油平台和作为深水区域系泊缆的区域。这是国际上相关的公司进行系泊缆组装和实验的照片。

　　这里把系泊缆的优点，最重要的一点，它的抗疲劳性能和低缺口敏感性。由于碳纤维，它的损伤终止在高韧性的树脂当中，同时每一根缆都是独立的结构，如果一根受到损伤，不会影响到另外的，所以提高了可靠性。

　　另外碳纤维复合材料的立管，从重量上来讲，传统的立管和碳纤维复合材料立管相比，碳纤维复合材料立管有明显的优势。休斯敦大学做了一个研究，虽然说碳纤维复合材料立管，从本身的制造成本是高的，但从后期成本来看，远远低于金属材料的。这里就是欧洲的一个公司，已经开发出了2000米水深的碳纤维立管。这是碳纤维立管生产的工艺过程，采用的就是复合材料低成本制造的缠绕工艺，可以通过不同角度的缠绕，来解决立管的拉力和张力。这是碳纤维立管其中的一个结构，它和玻璃纤维包括金属做成超混杂的复合材料。

　　最后，我再向大家汇报一下碳纤维在柔性立管中的应用。柔性立管，用得也很多，国际上也有公司用碳纤维复合材料来增强热塑性的材料。

　　下面，我用一分钟的时间简单介绍国内碳纤维产业发展的情况。碳纤维是一个国家战略物资，西方国家一直对中国封锁，包括到现在。经过这几十年的努力，碳纤维产业，中国已经实现了完全的产业化，应该是可以满足各方面工业领域的要求。恒神已经能够实现T300和T700级年产几千吨的用量。

　　我就汇报到这里，谢谢大家。