技术原理

油田管道及油井套管短接碳纤维加固结构补强技术做为一种快捷的新型修复技术，已经在油气管道和井口套管短接维护和大修中得到应用，适用于温度350摄氏度以下的各种介质的低、中、高压管线和井口套管短接。其优点是免焊不动火，极大地降低了操作的风险性，提高了施工的安全性,可以带压修复，保障管道运行的不间断。碳纤维材料具有优异的拉伸强度和弹性模量，碳纤维复合材料应用在管道上，就是在管道外又建了一个新的管道，避免了外界环境对管道和套管短接的腐蚀，又提高了管道和套管短接的承压能力，还减少了管道和套管短接热量对外界的传导。

高密度碳纤维布，耐高温环氧加固胶(耐350摄氏度高温)，钢质修补胶。

执行标准：结构加固修复用碳纤维片材JG/T167-2016。

美国天然气研究协会(Gas Research Institute) 的研究表明，纤维复合材料对压力管道的修复效果取决于复合材料的抗拉强度和弹性模量。碳纤维材料具有优异的力学性能，其抗拉强度超过3500MPa，远远大于钢材的抗拉强度，碳纤维复合材料的弹性模量与钢材的弹性模量(207x103MPa)几乎完全相同，补强层与钢管具有非常好的变形协同性。补强层能够替代管道缺陷处承担管道的内压，降低管道缺陷处应力集中。

实验与测试

为了测试实际补强效果，力强基业公司设计了一系列全尺寸爆破实验，以其中一组为例，具体实验方法和内容如下:

测试一

管道直径325mm，管道名义壁厚7.0mm，管道实际壁厚6.7mm。

管道材料材质: Q235B

管道材料的抗拉强度: 435~489MPa

管道材料的屈服强度: 235MPa

无缺陷管道爆破压力: 18.0~20.2MPa

修复的目的:补强处爆破压力与无缺陷处持平或相等。

试样缺陷深度4.7mm，达到实际壁厚的70. 1%，轴向长度200mm，环向长度200mm。

实验结果

管道均在18.0MPa以上发生破裂，补强处完好，破裂点发生在未补强无缺陷处，管道可以目测到发生了较大的膨胀。结果认为，碳纤维复合材料修复方案科学有效，是一种可靠的修复手段。

测试二

弯头缺陷补强后爆破实验，弯头直径377mm，管道名义壁厚10.0mm

管道材料材质：L415 试样缺陷深度达到实际壁厚的80%，轴向长度200mm，环向长度200mm。

实验结果

管道在24.0MPa以上发生破裂，补强处完好，破裂点发生在未补强无缺陷处，管道可以目测到发生了额较大的膨胀。结果认为，碳纤维复合材料修复方案科学有效，是一种可靠的修复手段。