玻璃钢管是1种增强热固性非金属管，其以固化剂和环氧树脂为基质，以无碱增强纤维为增强材料，经过连续缠绕成型、固化而成。产品制造执行SY/T 6267—2018或API SPEC 15HR：2021标准。玻璃钢管主要有酸酐固化玻璃钢管和胺固化玻璃钢管2种。玻璃钢管道通过选用不同类型的树脂，可以满足绝大多数介质的耐腐蚀性，化学结构稳定，对输送介质没有二次污染，其主要特点有：

1)内壁表面光滑，绝对粗糙度为0.01，远低于钢管，可以有效降低管道摩阻；

2)同规格的玻璃钢管道，其重量约为钢管的40%左右，且管径越大，该比例越小，安装方便；

3)由于玻璃钢管道的比强度高，在结构设计时，选用玻璃钢管道可大幅降低自重，常作为海工船舶用管；

4)玻璃钢管道造价较低，具有较好的经济效益。

玻璃钢管道是目前油气田应用最广泛的非金属管道，大口径玻璃钢管道规格可达DN700，小口径玻璃钢管道最大承压可达35 MPa，其中油田常用的规格范围见表1。

钢丝焊接骨架增强塑料复合管管径范围一般为DN75～DN630，压力范围一般为0.4～4.0 MPa；钢板网骨架增强塑料复合管管径范围一般为DN50～DN630，压力范围一般为0.4～1.6 MPa；钢丝缠绕骨架增强塑料复合管管径范围一般为DN50～DN630，压力分为低压和中高压2种，低压范围一般为0.6～1.6 MPa，中高压范围为2.0～16.0 MPa，目前在油气田的常用规格和范围见表2。

增强热塑性塑料复合管(RTP)是1种柔性的非金属管，是以热塑性塑料管为内管，以芳纶纤维为增强层，再覆盖热塑性塑料保护层复合而成。产品制造执行SY/T 6794—2018或API RP 15S:2016标准。内管一般为PE80、PE100、PA、PERT及PVDF等热塑性塑料，增强层材料主要有芳纶纤维、玻璃纤维、聚酯纤维及钢丝等，保护层一般为添加抗紫外线和抗老化的HDPE层，其主要特点有：

1)具有良好的柔性及较高的承压能力，能够盘卷供应，便于运输，管材接头少，施工速度快，施工成本低；

2)耐冲击性强，严重变形而不会发生开裂；

3)耐腐蚀强，在强腐蚀性流体中使用寿命超过20年; 

4)管材具有较高的承压能力，最大可达32 MPa。

RTP管道柔性好、承压高、适用温度较高，国外主要用于输油、输气管道，但由于单价高，国内油田很少采用，适用范围和使用条件见表3。

柔性复合高压输送管是1种柔性的增强热塑性非金属管，是在聚乙烯管基础上发展起来的新型复合管道，是以热塑性塑料管为内管，以聚酯纤维或钢丝为增强层，再覆盖热塑性塑料保护层复合而成。产品制造执行SY/T 6662.2—2020标准，其主要特点有：

1)既保持塑料管道的优越性能，又有良好的承压能力，相比于其他钢塑复合管更具有不会分层、长期使用各项性能指标稳定的特点；

2)可以通过扣压、螺纹、法兰、活接头等多种连接方式进行连接；

3)可根据用户的需求确定生产长度，最长可达数千米，以盘绕形式供货，中间无接头；

4)超强的抗拉伸和耐挤压强度，输送压力高、气密性好，良好的阻燃抗静电性能； 

5)抗H₂S、CO₂、含油污水腐蚀性能好，防垢性能优良。

柔性高压复合管在油气田的常用规格和范围如表4所示。

塑料合金防腐蚀复合管以塑料合金管为内衬层，以环氧树脂和无碱增强纤维为增强层的1种复合管，产品制造执行HG/T 4087标准。其内衬层主要由氯化聚乙烯、聚氯乙烯和氯化聚氯乙烯树脂组成，主要起防腐、防渗和隔热作用，结构层主要为无碱增强纤维和热固性树脂等，主要起增加强度和刚度的作用，该管材兼具热塑性和热固性树脂的优良特性，其主要特点有：

1)具有优良的耐腐蚀性能。由多种高分子材料制成，经过合金化技术处理，具有优良的耐酸、碱、盐等性能；

2)具有较高的强度、韧性和抗冲击性，可根据不同的压力需求选择不同的缠绕方式；

3)具有良好的耐热性，使用温度最高可达100 ℃;

4)重量轻、仅为镀锌钢管的1/6,安装方便、施工综合费用低。

塑料合金复合管在油气田的常用规格和范围如表5所示。

热塑性塑料管是以聚乙烯树脂为主要原材料，经连续挤出生产的塑料管。燃气用埋地聚乙烯(PE)管的制造执行GB/T 15558.1—2023标准，给水用聚乙烯(PE)管的制造执行GB/T 13663.2—2018标准。

聚乙烯管(PE)承压低，耐温低，压力范围为0.3～1.6 MPa, 温度≤40 ℃,中小管径价格低，主要用于煤层气集气管道，适用范围和使用条件如表7所示。

除PE管外，PP管、PVC管、ABS管等多种热塑性塑料管也广泛应用各类工程中，常用热塑性塑料管的应用范围和特点如表8所示。

对油田常用非金属管道进行对比，如表9所示，各种非金属管材的最高耐温均在70 ℃以上，除SY/T 6662.1—2022中明确对钢骨架增强聚乙烯复合管输气时≤40 ℃的要求，其他规范均未对管线输送气介质的温度限制进行明确，仅规定在确定最高使用压力时，应对压力进行温度和介质折减，因此目前各种非金属管道输气时的使用温度均为制造厂家根据自己的产品性能进行确定，并无统一的国家标准，给非金属输气工况下的推广使用带来较大困难。

非金属管道多由脆性或柔性的基体材料组成，虽然在耐腐蚀性、低导热性和低水力摩阻方面具有优良的特性，但在刚度、硬度、弹性模量、断裂韧性等力学性能方面与金属管道还有很大差距，特别是抗外部冲击和机械拉伸能力差，受外力容易变形损坏，随着近年来非金属材料的研究进步，非金属材料的力学性能得到很大的提高，通过在非金属基体材料中嵌入钢丝、钢网等提高非金属管道的强度、刚性和抗冲击性，特别是随着复合材料的发展，材料的比强度和比刚度较高、力学性能可以设计、抗疲劳性能良好、减振性能优良等优良特性逐渐凸显。表10中对主要非金属管道的力学特性进行比较，在实际应用中，应根据具体的使用情况，选择合适的非金属材料，以确保其在使用中的性能和寿命。

国外应用非金属管道较早，ISO及美国制定很多非金属管道的技术标准及设计标准，我国的非金属管道应用起步较晚，标准体系也不完善，随着非金属管道在我国各行业应用的逐渐增多，诸如制造标准不统一、产品质量参差不齐、产品验收标准不健全、设计选型无依据、施工质量和探测方法不完善等问题逐渐凸显。为规范非金属管道在生产制造、产品检验、工程设计、施工验收、使用维护中的技术要求和方法，国家近年来也在逐渐完善我国的非金属管道标准体系，结合非金属管道在我国油田地面工程领域的应用情况，对目前国内外非金属管道应用标准体系进行梳理和研究，具体如表11～12，可为我国油田非金属管道的应用提供参考。

与我国相比，西方发达国家的非金属管道标准体系有2方面的先进性，一是系统全面，涵盖产品制造、管道设计、使用维护、产品报废整个生命周期，同时对管道完整性管理、风险分析评价等方面也有完善的标准，形成1个完整的标准体系；二是更新速度较快，标准制定和修订紧密结合当前的技术水平、最新研究成果和实际情况，简化程序，缩短周期，能够及时指导实践。

目前，我国的非金属管道标准体系已经趋于完善，基本涵盖产品制造、产品质量验收、工程设计、施工及验收、无损检测和使用及维护等各个阶段，但是还存在3方面的问题：

一是无损检测和使用及维护阶段的标准较少，并不能涵盖目前市面上大部分种类的非金属管道；

二是未形成管道全生命周期监督评价机制的标准体系，需要尽快建立管道相关的基础性数据系统，结合现场应用情况，定期评价标准适应性，为标准修订提供支撑；

三是标准制定不够及时，造成部分标准不能适应产品的发展，建议鼓励市场主体在标准制定中发挥主导作用，对于行业急需但难以及时立项的标准，鼓励先制定行业团体标准，待成熟后再转化为国家或行业标准。

基于优良的耐腐蚀性、较低的水力摩阻和导热系数，非金属管道有效解决金属管道的腐蚀、结垢、结蜡等问题，但随着非金属管道应用的增多和服役时间的延长，非金属管道渗漏、破损、开裂等问题频发，非金属管道失效的具体原因可概括为外力损坏、管材质量缺陷、施工缺陷、管材老化、运行参数超限等。

刘海超等连续对某油田2008—2014年8年共计1638 km非金属管道进行统计，发现管道失效1378处，平均年失效率达到0.105次/km。不同类型管道失效数量及原因分布如图1所示，管体及接头损坏是非金属管道失效的主控因素。

图1 某油田不同种类非金属管道失效原因统计柱状图

另外，本文对2023年某油田共计2650km非金属管道进行全年的失效统计，如图2所示，管道失效44次，平均年失效率为0.017次/km，说明随着非金属管道技术发展和推广应用，非金属管道的失效率大幅度下降。由图1～2可知，相较于2014年，2023年的非金属管道管材质量失效率降低，老化率升高，说明非金属管道制造技术有显著进步，随着应用时间增长，管材老化现象凸显。

图2 某油田2023年非金属管道失效因素统计柱状图

管道失效预测技术主要包括风险等级评定、失效预测和寿命预测等，目前我国油田金属管道的失效预测技术已趋于完善，但对非金属管道失效预测方面研究较少，技术体系还不健全。

1)非金属管道风险评价技术

风险评价是管道完整性管理的重要内容和基础，随着油气田集输管道完整性管理不断推进和非金属管道的应用发展，非金属管道风险评价方法也逐渐受到研究人员重视。袁亮等于2016年通过建立二级模糊综合评判模型，并结合层次分析法等数学方法对非金属管道进行风险评价，技术人员可通过自身经验和现场情况完善指标层次结构和权重计算，以增加风险评价结果的可靠性。

李春雨等基于非金属管道失效风险因素和某油田非金属管道失效统计结果，如图3所示，建立基于Kent法的非金属管道半定量风险评价方法，包含第三方破坏、施工质量、设计质量、误操作和地质灾害等5大类49项，失效可能性评价指标和介质危害、介质扩散性等6大类12项失效后果评价指标，并使用专家打分法优化评价系数和指标分数，为油气田非金属管道风险评价的实施奠定基础。

丁志勇基于安全工程领域的风险识别方法和管理学的评价方法，以聚乙烯燃气管道事故为例，运用故障树和德尔菲分析法来得到管道失效可能风险指标和失效后果风险指标，如图4所示，构建由管理水平、管道质量在内的4个一级指标和最小埋深、介质危害性等18个二级指标组成风险评估指标体系，对评估在役聚乙烯燃气管道风险水平，完善聚乙烯管道风险评估工作提供良好的思路。

图4 在用埋地聚乙烯燃气管道风险评估指标体系

2)非金属管道失效预测

失效预测可以提前预估管道潜在的风险，找到并避免或减少潜在失效发生的措施，是非金属管道安全服役的重要保障。高博等通过构建非粘结柔性管道内压失效的理论模型，提出考虑层间间隙影响的抗内压分析方法，实现对深海非粘结柔性管内压失效的预测，并通过三维建模进行数值模拟，模拟结果与理论分析结果吻合良好。

张亚等在弹性力学理论和三维Hashin-Yeh失效准则的基础上，通过构建柔性非金属管三维渐进失效模型对内压作用下的柔性非金属管进行失效预测，并采用静水压爆破试验对理论模型进行验证，如图5所示，试验结果与理论模型吻合良好。

李原昊等利用粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BP)，如图6所示，建立PSO-BP神经网络算法流程，通过输入管道弹性模量、玻璃纤维体积分数、纤维缠绕角度、管道直径和壁厚度等参数，实现在双轴应力下对非金属管道复合层首层失效的预测，并通过试验数据进行验证，准确率达到80%以上。

邵煜等根据管道受力特性和裂纹扩展经验公式建立失效预测模型，如图7所示，运用统计学模拟法对模型和参数的不确定性进行模拟，计算出不同服役时间的管道失效风险，并通过实测值与模拟结果进行对比，可靠程度较高。

3)非金属管道寿命预测

非金属管道长期埋置地下会受到内在和外来诸多因素的破环，随着服役年限的增加，管道必然会出现失效情况，因此非金属管道寿命预测对于制定管道的运行、管理和维修策略具有非常重大的意义。邵晓东等发明1种物理仿真非金属复合管服役寿命预测试验机及方法，如图8所示，在仿真现场服役工况条件开展非金属复合管寿命预测试验，通过设置控温防护箱模拟服役现场输送流体温度，通过设置轴向载荷加载装置模拟现场服役的轴向载荷，装置设置多个试验单元可同时开展不同压力下的试验，提高试验效率，解决只通过清水介质对现场服役管道进行寿命预测可靠性低的问题。

图8 1种物理仿真非金属复合管服役寿命预测试验机结构示意

为对复合材料进行寿命预测，程小全等对疲劳寿命模型、渐进损伤模型和唯象模型3种疲劳寿命模型的发展情况进行研究，通过研究表明：疲劳寿命模型原理相对简单，适用于工程结构的寿命估算；唯象模型建立材料剩余强度/刚度与循环数的数学关系，可以预测结构的寿命与材料剩余力学性能；渐进损伤模型不仅可以预测结构寿命和材料剩余力学性能，还能分析结构疲劳损伤机理。

针对现有非金属管道寿命预测方式测定时间长，测定工作繁琐、不便利的问题。齐国权等提出1种基于线性回归的静水压剩余强度法来预测非金属管寿命，利用静水压与爆破试验所得数据，通过剩余爆破强度值的对数和静水压时间的对数线性回归，得出拟合直线，代入寿命耐压强度值后得出该管材的寿命时间。

针对现有柔性复合管寿命预测时工作量巨大、试验周期长、试验过程中有效数据不可控的技术问题。丁晗等发明1种全尺寸非金属增强柔性复合管寿命预测方法，通过预先测量3个温度、6个压力下的管材失效时间和压力曲线模拟出对应的线性方程，再通过将全尺寸油气田用非金属管道在室温条件下极限承压强度的50%作为阙值代入拟合的线性方程中，获得时间参数，最终建立温度-时间的阿伦尼乌斯关系图，通过服役温度能够准确预测管材的服役寿命。

为对非金属管道进行适应性评价，吴君利用理论分析、数值模拟、建模仿真、算例验证相结合的方法对非金属管道的剩余寿命进行预测研究，如图9所示，提出以有限元理论为依据，利用ANSYS有限元仿真软件，对含有缺陷管道进行模型的仿真，计算管道允许的最大安全运行压力，提出基于可靠性理论和极值分布2种寿命预测的方法。

针对现有非金属管道寿命预测时短期试验数据与管材长期预期性能之间无法建立对应数量关系、寿命拟合曲线的可靠性无法实现自我验证，以及未考虑管道输送介质的腐蚀性对管材寿命的影响问题，魏斌等发明1种纤维增强塑料复合管服役寿命评估方法与流程，通过在评定试验温度下进行瞬时爆破试验，建立拟合方程，得出试验时间和试验压力的关系，再通过长时间的静液压试验，对拟合方程进行修正，最后通过数据回归得到内压强度失效值与失效时间的评估曲线，计算得到管材预期寿命或者设计压力值。

数据采集是管道完整性管理工作的基础与前提，采集的数据是否全面、规范和真实对后续完整性管理各个环节有着重大的影响和制约，目前非金属管道的数据采集系统存在以下问题。

1)缺乏针对性的数据采集方法和程序。

目前管道完整性的数据采集系统主要是基于金属管道的特性建立，采集数据的标准、种类并不适用于非金属管道。例如，金属管道侧重于管道的防腐形式、焊缝的检验、绝缘设备的位置等信息，而非金属管道独特的外观缺陷、接头方式、示踪线敷设等数据信息并不在采集之列。

2)数据采集标准不统一。

一方面是非金属管道的结构相对复杂，每种非金属管道需要采集的数据不完全一致，造成数据采集不全面；另一方面是非金属管道的结构各异、种类繁多，命名不规范会造成数据统计混乱，降低数据采集的可靠性。

3)缺乏关键数据的获取手段。

非金属管道的无损检测、埋地探测、寿命预测及风险评价技术等都不完善，一是导致管道施工检测数据无法准确获取；二是导致在役的非金属管道路由、位置、埋深信息无法获取；三是导致管道风险等级、寿命预测等关键数据缺失。

为解决以上问题，首先，需要注重原始数据的记录，根据非金属管道的材质、类型及施工技术要求分类构建完善的数据库，详细记录管道原始的路由坐标、埋深、接头方式等数据。其次，需要针对在役的非金属管道建立专项数据库，详细记录管道的投用时间、失效形式、失效时间、维修方法以及失效点的详细信息，在设计、施工、试运行阶段对统计数据进行分析研究，识别出管道在建设期可能发生的失效风险，在非金属管道整个生命周期分阶段形成可控的质控措施。

目前国内尚无完善的非金属管材失效分析和预测方法，在发生非金属管失效事故后，仅通过厂家维修或者更换管材解决现场事故，但未通过有效的方法分析事故发生的原因，未能从根本上解决和预测类似事故的发生，从而使非金属管道失效得到有效控制。

1)应建立非金属管道的风险评价体系。

各油田应根据油田自身环境特点、应用的非金属管道类别建立适应本油田的非金属管道评价体系和评价方法，并选择合适的指标对非金属管道进行评价，通过评价结果确定管线主要风险因素和风险等级，从而做好管道失效预防和抢修工作。例如，大庆油田经过多年对玻璃钢管道的应用，建立玻璃钢材质的风险评价标准，主要以化学和力学强度为评价指标，并根据运行情况验证评价结果，优化管材选择工作。

2)加强非金属管道失效机理的理论研究。

非金属管道的失效是从微观到宏观的过程，非金属管道在运行过程中首先出现微观腐蚀，当积累到一定程度变为宏观失效。以失效强度和刚度等参数为评价指标，通过建立理论公式和机理模型对非金属管道的失效临界值进行预测，是进行优化选材、进行非金属管道失效控制的有效措施。

3)可以建立非金属管道寿命预测模型。

针对不同结构和材质的非金属管道，结合生产运行环境、地质构造、介质特性等因素，建立不同类型非金属管道的寿命预测模型和方法，为非金属管道运维提供依据，从根本上解决管道超负荷和超期服役的问题。

目前国内油田应用的非金属管道产品种类较多，每种非金属管材具有的材料特性各不相同，目前的非金属管道标准大部分在厂家制造标准的基础上建立的，针对工程设计、施工验收、生产运维及后评价阶段的标准较少，后期需要国家标准编制单位对此部分标准进行补充完善，建成非金属管道全生命周期的标准化体系。

随着非金属管道在油田全面推广应用，随之而来的管材开裂、接头漏失、层间分离等各种失效问题亟待解决，急需对非金属管道的埋地探测技术、无损检测技术、管道失效预测技术进行研究和完善，为非金属管道的完整性管理提供技术支撑。

目前油田非金属管道以注水、供水和中低温集油、集气系统为主，由于温度较高时，非金属管道具有气体逸散性，一般非金属管道在含气介质的使用温度≤40 ℃，目前柔性复合高压输送管在增加了高阻隔管材后可以应用到60 ℃以上，已经在吐哈油田CCUS项目进行应用；玻璃钢管道在含气介质的使用温度最高可达60 ℃，已经在华北油田和吉林油田的CCUS项目中进行应用，但在一些集输温度超过60 ℃的高凝点油田无法应用，造成选材困难和投资增加，急需研发1种能适应含气介质的耐高温非金属管道。

由于部分油田应用非金属管道数量较少，没有建立自己的施工运维队伍，主要依靠非金属管道厂家或第三方施工单位进行维护，也没有专门的非金属管道配件库，一方面施工队伍不专业，技术能力参差不齐，存在重大的安全隐患，另一方面管线失效后，厂家不能第一时间到达现场或虽然有施工单位在现场，但没有现成的管道配件进行维修，不能及时修复失效管线，造成较大的经济损失和环保风险。为保证非金属管道施工质量和失效快速修复，各油田应建立自己专门的施工运维队伍和维抢修制度，为非金属管道的推广应用提供技术保障。