复合连续管及其力学性能研究现状与发展

石油机械

2021

年第

49

卷第

6

期

V

石油管工程

A

CHINA

PETROLEUM

MACHINERY

—

123

—

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

*

王力

1

马卫国

1

张芳

2

(

1.

长江大学机械工程学院

2.

中国石油安全环保技术研究院有限公司

)

王力

，

马卫国

，

张芳

.

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

.

石油机械

，

2021

，

49

(

6

)

:

123-131.

摘要

：

复合连续管是一种纤维增强复合管

，

与钢制连续管相比

，

它具有耐腐蚀和耐疲劳的优

势

，

特别是在腐蚀性环境的井筒作业中替代钢制连续管作业具有良好的效果

。

国外从

20

世纪

90

年代开始研发复合连续管

，

国内近年来也在加快其研发进程

，

已研发出复合连续管并应用于油田

井下工程

。

复合连续管力学性能的研究对指导生产实践具有重要意义

。

重点就纤维增强复合管的

本构性能

、

热力学性能

、

疲劳性能以及工程载荷作用下力学性能的研究现状进行了综述和分析

，

旨在为今后复合连续管的研究和应用提供参考

。

最后指出复合连续管是在其他纤维增强材料铺设

管道的基础上发展起来的

，

对其性能认识

、

研究和应用仍然处在发展时期

。

连续管的应用应该从

载荷简单

、

作业形式单一的生产井管柱和简单修井

、

测井工程开始

，

在充分发挥复合材料管优势

的同时加快其专业适应性的研究

。

关键词

：

纤维增强复合管

；

连续管

；

本构模型

；热力学性能

；

疲劳性能

；

研究现状

中图分类号

：

TE92

文献标识码

：

A

DOI

：

10.

16082/j.

cnki.

issn.

1001-4578.

2021.

06.

018

Current

Status

of

Research

on

Composite

Coiled

Tubing

and

its

Mechanical

Properties

Wang

Li

1

Ma

Weiguo

1

Zhang

Fang

2

(

1.

ScAoo/

of

MecAa^/ca/

Co.

，

Ltd

.

)

2.

CNPC

a

兀

d

Protection,

Technology

Institute

Abstract

:

Composite

coiled

tubing

is

a

fiber

reinforced

composite

pipe.

Compared

with

steel

coiled

tubing

,

it

has

the

advantages

of

corrosion

resistance

and

fatigue

resistance

，

especially

，

it

has

a

good

effect

in

replacing

steel

coiled

tubing

in

corrosive

wellbore

operations.

Foreign

countries

began

to

develop

composite

coiled

tubing

in

the

1990s

;

China

has

also

accelerated

its

research

and

development

process

in

recent

years

,

and

has

developed

com

­

posite

coiled

tubing

and

applied

it

in

downhole

engineering

of

oilfield.

The

research

on

the

mechanical

properties

of

composite

coiled

tubing

is

of

great

significance

to

guide

the

production

practice.

This

article

focuses

on

the

review

and

analysis

of

the

current

research

status

of

the

fiber

reinforced

composite

pipe

，

including

its

constitutive

proper-

ties

，

thermodynamic

properties

，

fatigue

properties

and

mechanical

properties

under

engineering

load

，

aiming

to

pro

­

vide

references

for

the

research

and

application

of

composite

coiled

tubing

in

the

future.

Moreover

，

it

is

pointed

out

that

the

composite

coiled

tubing

is

developed

based

on

other

fiber

reinforced

material

laying

pipelines

，

and

the

un-

derstanding

，

research

and

application

on

its

performance

are

still

in

the

development

period.

The

application

of

coiled

tubing

should

start

from

the

production

well

string

with

simple

load

and

single

operation

form

as

well

as

sim

­

ple

workover

and

well

logging

engineering

，

and

accelerate

the

research

on

its

professional

adaptability

while

giving

full

play

to

the

advantages

of

composite

pipe.

*

基金项目

：

国家自然科学基金面上项目

“

连续管缺陷处细观

-

宏观损伤失效机制研究

”

（

51974036）

。

—

124

—

石油机械

2021

年

第

49

卷

第

6

期

Keywords

:

fiber

reinforced

composite

pipe

；

coiled

tubing

；

constitutive

model

；

thermodynamic

property

；

fa

­

tigue

property

；

current

research

status

能和耐腐蚀性能等

，

因此被应用于石油天然气行业

0

引言

连续管起源于第二次世界大战的海底管线工

的诸多方面

，

包括输送管道

、

刚性立管

、

挠性立管

和连续管等

［

6

］

o

英国学者

A.G.

GIBSON

等⑺将复

合材料管道描述为复合材料在油气工业中最成熟的

用途之一

。

程

。

发展至今

，

连续管作业技术已经被广泛应用于

钻井

、

测井

、

录井

、

完井

、

修井和集输等作业领

以玻璃纤维增强复合管为例

，

其性能指标如表

1

所示

［

7-8

］

。

域

，

在油气勘探开发中发挥着重要的作用

［

1

］

o

连

续管作业技术具有很多独特的优点

，

同时也存在容

易产生腐蚀和疲劳等问题

［

2

］

。

随着纤维增强复合材料的发展

，

人们开始将其

应用于连续管

，

从而产生了复合连续管

。

复合连续

管属于纤维增强复合管的一种

。

复合连续管技术的

研发工作始于

1989

年

，

由康菲公司和

E.I.

杜邦公

司发起

。

1995

年

，

Fiberspar

公司与哈里伯顿能源

服务公司将复合连续管技术商业化

。

自此以后

，

复

合连续管以其抗疲劳性和耐腐蚀性的优势成为油田

井下工程中应用的一种选择

，

尤其适应于腐蚀性环

境的应用

［

3

］o

复合连续管除了具有抗疲劳和耐腐蚀的特点

外

，

还具有比强度高

、

表面光滑

、

可内嵌光纤或电

缆以及力学性能可设计等优点

，

因此复合连续管具

有良好的发展前景

。

本文对复合连续管技术的国内

外研究现状进行综述

，

旨在为复合连续管在油气井

服务中的发展提供一定的借鉴作用

。

1

纤维增强复合管

工程用管一般分为金属管

、

非金属管和复合

管

。

复合管又分为金属增强复合管和非金属增强复

合管

［

4

］

o

纤维增强复合管属于非金属增强复合管

的一种

，

它是由增强纤维和基体材料复合而成的单

层复合材料增强层

。

按不同的铺设角度与铺设顺序

缠绕或编织而成的多层复合材料增强层

，

其内

、

外

分别铺设内衬层和外衬层

，

因此纤维增强复合管通

常为

3

层结构

，

分别为内衬层

、

增强层和外衬层

(

可根据实际需要铺设电缆层

)o

其中增强层主要

起承载作用

，

内

、

外衬层起保护作用

［

5

］

。

增强层

每层的纤维材料

、

基体材料

、

纤维含量

、

纤维铺设

角度和纤维铺设顺序不同

，

纤维增强复合管便具有

不同的力学性能

。

纤维增强复合管与常规金属材料管相比

，

具有

较高的比强度

、

较低的摩擦因数

、

较好的抗疲劳性

表

1

纤维增强复合管性能指标

Table

1

Performance

index

of

fiber

reinforced

composite

pipe

性能指标性能描述

轴向拉伸强度为

160-320

MPa,

接近于钢管

，

但相

对密度为

1.6

左右

，

约为钢管的

坷

，

因此比强度高

导热系数为

0.36

W/(m-K)

,

仅为钢的

1%,

保温

热力学性能

性能好

。

但其正常工作温度在

-30

〜

110

兀

之间

，

较

钢管差

水力学性能

t

亠辿

“

“

内壁光滑

，

表面粗糙度为

0.005

3

“

m,

远小于钢管

内壁表面粗糙度

，

介质流动摩阻小

对各种强酸

、

强碱

、

无机盐溶液

、

氧化介质

、

硫化

耐腐蚀性能

氢

、

二氧化碳

、

表面活性剂

、

聚合物溶液和有机溶

剂等都有较好的耐腐蚀性

抗疲劳性能

弯曲疲劳循环次数可达

1

万次

纤维增强复合管根据其组分和应用场景的不

同

，

存在不同的称谓

。

以玻璃纤维增强的聚合物复

合管被称之为

GFRP

(

Glass

Fiber

Reinforced

Poly-

mer)

［9］

；

以热塑性材料为基体的复合管被称之为

TCP

(

Thermoplastic

Composite

Pipe)

［

10

］

；

应用于连

续管上的被称之为复合连续管

(

Composite

Coiled

Tubing

,

CCT)

［

2

］

。

2

复合连续管的结构

复合连续管是一种纤维增强复合管

，

其结构如

图

1

所示

。

2021

年

第

49

卷

第

6

期

王力

，

等

：

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

—

125

—

内衬层和外衬层通常使用聚乙烯

（

PE

）

、

聚酰

顺序等

，

以适应不同工程的应用

，

如表

2

所示

。不

胺

（

PA

）

和聚醚醚酮

（

PEEK

）

等热塑性塑料

。

其延展性

、

韧性

、

耐冲击性和极端温度下的稳定性

优于热固性塑料

［

11

］

°

同的增强层铺层形式的复合连续管具有不同的力学

性能

［

2

］

°

表

2

不同增强层铺层形式的复合连续管力学性能

Table

2

Mechanical

properties

of composite

coiled

tubing

增强层由增强纤维和基体材料复合而成

。

增强

纤维主要包括俗称玻璃钢的玻璃纤维

、

制造工艺简

with

different

reinforcement

layers

铺层代号

外径

/mm

单的石墨纤维

、

价格昂贵的硼纤维

、

耐高温的陶瓷

纤维

、

制造工艺独特的芳纶纤维和制造方法多样的

氧化铝纤维等

。

基体材料主要包括应用最为广泛的

L-31

L-51

L-57

38.

1

23.

9

38.

1

38.

1

内径

/mm

25.425.4

树脂基体

、

化学稳定性好但是抗冲击性较差的陶瓷

基体

、

与碳纤维复合使用的碳素基体

、

适用于高温

环境的各种金属基体等

［

12

］

°增强层通常由单层纤

维增强复合层一层一层铺设而成

，

每一层的铺设角

度可根据不同的应用事先进行设计

。

增强层与内衬

层

、

外衬层之间可采用熔融融合工艺完全粘合

［

11

］

°

美国

Fiberspar

公司

、

荷兰

Airborne

公司

、

国

内沧州明珠公司所生产的复合连续管增强纤维均采

用了玻璃纤维

、

碳纤维和芳纶纤维等

，

但增强层基

体材料选择稍有不同

，

美国

Fiberspar

公司生产的

复合连续管所用增强层基体为环氧树脂

（

热固性

树脂

）

，

环氧树脂韧性较差

，

需对其进行增韧处

理

；

荷兰

Airborne

公司生产的复合连续管外衬层

、

增强层基体和内衬层均采用同一种热塑性树脂

（

PVDF

、

HDPE

、

PP

、

PEEK

）

,

保证了复合连续管

各层之间良好的粘接性⑸

;

沧州明珠公司生产的

复合连续管所用增强层基体根据具体的使用温度和

用途选择不同的材料

（

HDPE

、

PE-RT

、

PEX

、

N/

A

、

PA

、

PVDF

）

°

3

复合连续管的特点

钢制连续管作业过程中会产生一些问题

。

例

如

，

钢制连续管缠绕在滚筒上时

，

可能产生部分塑

性变形

，

导致循环使用率降低

［

13

］

°钢制连续管耐

腐蚀性较差

，

当用于油田井下作业时

，

由于井筒内

腐蚀性介质的作用

,

可能会导致其失效

［

14

］

°

复合连续管最初作为钢制连续管的替代品出

现

，

主要是由于复合连续管的耐疲劳性比钢制连续

管高出

1

〜

2

个数量级

，

以及出色的耐腐蚀性

。

除

此之外

，

复合连续管的质量为相同尺寸钢制连续管

的％;复合连续管使用热塑性内衬层

，

其表面更加

光滑

，

减少了流体流动摩阻

［

15

］

;复合连续管内部

可以镶嵌电缆或光纤

，

无需进行额外的穿电缆或光

纤的操作

［

16

］

;复合连续管的力学性能可以通过设

计增强层的纤维材料

、

基体材料

、

铺设角度或铺设

单位质量

/

(kg

-

m

-1

)

0.

98

1.

13

1.

13

极限爆破压力

/MPa

166.

09

106.21

145.

52

推荐工作压力

/MPa

51.72

27.59

34.48

极限拉伸强度

/kN

71.

16

49.

84

68.98

极限压缩强度

/kN

-76.

80

-56.

52

-81.

88

极限扭矩

/

（

N

*

m

）

3

250

2

170

3

250

最小弯曲半径

/mm

939.

8

635.0

889.

0

复合连续管也具有一定的局限性

，

比如

：

①

复

合连续管的成本是钢制连续管的

3~5

倍

［

17

］

；

②

复

合材料的韧性不如钢制连续管

，

因此不能超过屈服

点

［

13］

使用

；

③

复合连续管缠绕在滚筒上时增强层

容易发生基体开裂

，

需要热塑性内

、

外衬层来防止

流体泄漏

［

6］

;

④

复合连续管的主要失效形式之一

是内部纤维断裂

，

一旦纤维断裂

，

现场修复将很困

难

；

⑤

复合材料坚固性不如钢

，

因此更容易受到外

部损坏

［

16

］

°

4

复合连续管的力学性能

复合连续管的力学性能是深入研究复合连续管

的基础

，

国内外关于复合连续管力学性能的研究报

道较少

°

2013

年

，

张辛

［

12

］

采用

ANSYS

有限元软件分析

了复合连续管采用不同增强层铺设方式时的力学性

能

，

确定了合适的复合连续管结构

，

并考虑了复合

连续管在工作过程中弹性模量的衰减以及直径的变

化

，

建立了适用于复合连续管的疲劳寿命预测模

型

。

2019

年

，

K.

COX

等

［

13

］

基于

MATLAB

软件采

用数值模拟方法

，

研究了复合连续管在承受压力载

荷

、

轴向载荷和弯曲载荷时

，

不同的几何尺寸

、

增

强层铺设角度和铺设顺序对其力学性能的影响

，

确

定了复合连续管的最小缠绕半径

，

并认为复合连续

管的力学性能能够达到钢制连续管的力学性能

。

如

果对复合连续管的铺设方式进行优化

，

其力学性能

—

126

—

石油机械

2021

年第

49

卷第

6

期

会优于钢制连续管

。

材料组分的材料特性和几何形状来研究其宏观响应

国内外更多地在同样属于纤维增强复合管的地

面输送复合管道

、

海上复合立管的力学性能方面进

的方法

，

针对每种组分提出了动态的经验方程

，

建

立了应变率相关的微观力学本构模型

，

用来预测任

意载荷条件下单层纤维增强复合材料的动态力学行

行研究

，

主要集中在复合管的本构模型

、

热力学性

能

、

疲劳性能以及工程载荷作用下的力学性能等

方面

。

4.

1

本构模型

为和非线性弹性性能

。

4.

1.

3

塑性模型

单层纤维增强复合材料在较大的应力水平下将

正确的本构模型是描述纤维增强复合管在载荷

呈现出塑性行为

，

部分变形将无法恢复

。

1976

年

,

G.

J.

DVORAK

等

［

25

］

采用理论和有限元方法提出了

作用下真实力学行为的基础

。

作为复合管主要承载

的增强层及其单层铺层的本构模型是研究的重点

。

单层纤维增强复合材料在宏观上被认为是正交各向

异性的

，

其本构模型可分为线弹性本构模型

、

非线

弹性本构模型

、

塑性本构模型

、

损伤理论与弹性理

论耦合本构模型

。

4.

1.

1

线弹性模型

单层纤维增强复合材料的本构关系在初始阶段

是线弹性的

。

DONGS.

B.

和

S.

W.

TSAI

［

18-19

］

分别

于

1961

年及

1964

年证明了单层纤维增强复合材料

在初始阶段的线弹性本构关系

。

M.

TOYODA

［

20

］

于

1965

年应用层合板理论和层合板组分的弹性模量

准确预测了单层纤维增强复合材料的初始弹性

模量

。

4.1.2

非线性弹性模型

单层纤维增强复合材料的纵向拉伸

、

压缩应

力-应变关系呈线性

，

横向拉伸

、

压缩应力-应变

关系呈近似线性

，

但是纵向剪切应力

-

应变关系呈

现出较强的非线性

［

21

］

。

国内外学者已经提出宏观

力学模型表示单层纤维增强复合材料的非线性弹性

本构关系

。

1969

年

，

P.

H.

PETIT

等

［

22

］

使用分段线

性方法研究了单层纤维增强复合材料的非线性行

为

。

该方法首先在每个应变状态下获得增量应力-

应变关系

，

然后通过对增量应力进行积分计算纤维

增强单层复合材料的总体性能

。

1973

年

,

H.

T.

HAHN

等

［

21

］

基于平面应力问题研究单层纤维

增强复合材料的非线性弹性本构模型

，

用于预测其

纵向剪切应力-应变关系的非线性行为

。

模型可以

在合理的应力范围内预测单层纤维增强复合材料的

非线性弹性行为

。

2004

年

，

T.

A.

BOGETTI

等

［

23

］

基

于三维层压介质理论

，

提出了一种用于预测单层纤

维增强复合材料的非线性弹性响应

。

与

H.T.

HAHN

等人不同的是

，

此方法能够获得单层

纤维增强复合材料沿厚度方向的响应

。

2015

年

,

M.

M.

SHOKRIEH

等

［

24

］

提出复合材料的力学性能随

应变率的变化

（

动态载荷条件

）

而显著变化

。因

此

，

基于微观力学方法

，

即一种基于纤维增强复合

一种由弹性纤维和塑性基体组成的单层纤维增强复

合材料轴对称塑性变形理论

。

该理论考虑了复合材

料在纤维方向上的塑性延伸性和纤维发生弹性变形

时的塑性膨胀

，

提出复合材料在承受轴对称组合载

荷时会发生运动硬化

。

1981

年

，

O.H.

GRIFFIN

等

［

26

］

提出了一种基于

Hill

正交各向异性屈服准则

和塑性增量流动理论的三维理论

，

用于预测单层纤

维增强复合材料的非弹性响应

。

该理论考虑了正交

各向异性材料的非线性硬化

、

与温度相关的可塑性

以及一阶和二阶非线性的热膨胀

，

对于各向同性和

正交各向异性材料的塑性本构行为的预测都能得出

准确的结果

。

1991

年

，R.

VAZIRI

等

［

27

］

在平面应

力条件下

，

基于正交各向异性材料可塑性与速率无

关理论

，

推导了一种可塑性理论用于单层纤维增强

复合材料的塑性本构行为

，

提出了一种相对简单的

模型

，

可以与基于断裂力学或连续介质损伤力学的

更复杂的模型结合使用

。

4.

1.

4

损伤理论与弹性理论耦合模型

随着单层纤维增强复合材料的微裂纹等损伤形

式的产生

，

其应力

-

应变关系将随着损伤的发展而

不断变化

。

因此

，

国内外学者建立了单层纤维增强

复合材料的损伤理论与弹性理论的耦合本构模型

。

1987

年

，

H.

ALLEn

等

［

28

］

基于连续力学方法

，

首次

提出了一种单层纤维增强复合材料的损伤理论与弹

性理论耦合的本构模型

。

该模型基于试验方法对局

部体积元素进行建模

，

描述材料的非线性

。

但是,

该模型采用的损伤理论仅基于基体开裂一种损伤形

式

，

其他损伤形式尚未考虑

。

2007

年

，

LIANG

Z.

等

［

29

］

提出了一种基于纤维剥离和微裂纹成核损伤

形式的单层纤维增强复合材料的微观力学损伤理论

与弹性理论耦合的本构模型

，

并将此本构模型编入

到有限元代码中以数字方式进行表征

。

但是

，

该模

型仍然需要扩展以适应其他的损坏形式

（

例如分

层等

）

。

2012

年

，

G.

M.

VYAS

等

［

30

］

采用有限元数

值模拟方法

，

提出了一种考虑了静水压力和多轴载

荷效应的单层纤维增强复合材料的损伤理论与弹性

2021

年

第

49

卷

第

6

期

王力

，

等

：

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

—

127

—

理论耦合的本构模型

。

该模型采用

ABAQUS

软件

的

UMAT

子程序将本构模型

、

破坏准则和损伤模

维增强复合管在承受热梯度载荷时的应力场与位移

场

。

2012

年

，

ZHANG

Q.

等

［

37

］

基于纤维增强复合

管两端封闭

（

压力容器

）

条件

，

采用弹性理论与

型进行了结合

，

能够准确预测单层纤维增强复合材

料完整的非线性力学响应

。

2018

年

，

YANG

Q.

等

［

31

］

提出了一种基于载荷比函数的本构模型

，

通

有限元数值模拟方法研究了其在承受内压载荷和热

梯度载荷时的应力分布

，

对比分析了内外部温度均

过试验和有限元数值模拟验证了模型的正确性

。

该

模型考虑了碳纤维增强碳化硅复合材料的损伤耦合

为

220

T

、

内外部温度均为

180

T

、

内部温度

180

T

、

外部温度

220

X

几种热载荷时的应力分布

。

分

效应以及损伤演化过程造成的各向异性

，

可以应用

析结果表明

，

工作温度越低

，

复合管的轴向应力越

于大型结构的分析与设计

。

低

，

当内部温度为

180

X

、

外部温度为

220

X

时

,

4.2

纤维增强复合管的热力学性能研究

纤维增强复合管在外载荷作用下会承受一定的

热载荷

，

当前主要采用理论分析方法和有限元数值

模拟方法研究复合管同时承受机械载荷和热载荷时

的应力场

、

位移场

，

以及复合管的失效问题

。

研究

方法有基于恒定热载荷下的力学性能和基于热梯度

载荷下的力学性能两种

。

4.2.1

恒定热载荷时的力学性能

当纤维增强复合管内部温度与外部温度一致

时

，

可视为恒定热载荷

。

2001

年

，

XIA

M.

等

［

32

］

基于经典层合圆管理论

，

提出了一种三明治管

（

中间层为各向同性芯层

，

内

、

外层为纤维增强

层

）

承受内压载荷和恒定热载荷时的力学问题的

弹性求解方法

。

2005

年

，

i

.

H.

AKQAY

等

［

33

］

进行

了纤维增强复合管承受内压载荷与恒定热载荷时的

失效分析

。

分析结果表明

，

当基于平面应变条件

时

，

随着温度的升高

，

失效压力随之增大

，

说明温

度越高

，

复合管的强度越大

；

当基于管道两端封闭

（

压力容器

）

条件时

，

温度对失效压力无明显

影响

。

4.2.2

热梯度载荷时的力学性能

当纤维增强复合管内部温度与外部温度不一致

时

，

可视为热梯度载荷

。

复合管承受热梯度载荷

时

，

必须考虑材料性能随温度的变化

。

2009

年

,

H.

BAKAIYAN

等

［

34

］

基于三维各向异性弹性理论

,

提出了一种理论方法

，

用于研究纤维增强复合管在

承受内压载荷和热梯度载荷时的应力

、

变形以及复

合管内温度场的变化

。

2014

年

，

K.

VEDELD

等

［

35

］

基于广义平面应变条件

（

管道横截面变形后仍保

持为平面

）

,

在假设了每层铺层的温度沿径向无变

化的条件下

，

提出了一种纤维增强复合管承受内压

载荷和热梯度载荷时的力学问题的弹性求解方法

。

2017

年

，

W.

H.

YEO

等

［

36

］

在

K.

VEDELD

等的基础

上

，

认为每层铺层的温度沿径向是变化的

，

采用递

归方法建立了一种更精确的解析方法

，

用于分析纤

复合管的轴向应力最大

，

对温度梯度的敏感性较

高

。

2019

年

，

J.

C.

HASTIE

等

［

10

］

采用有限元数值

模拟方法研究了纤维增强复合管承受均布内外压

力

、

轴向张力和热梯度载荷共同作用下的力学性

能

，

重点讨论了热梯度对复合管力学性能的影响

。

分析结果表明

，

复合管的周向应力

、

轴向应力以及

剪切应力均随着热梯度的增大而增大

，

温度梯度对

复合管的失效有较大的影响

。

4.

3

纤维增强复合管的疲劳性能研究

纤维增强复合管作业过程中经常承受内部或外

部的周期性载荷

，

从而产生疲劳现象

，

影响其使用

寿命

。

目前

，

采用理论和试验方法对复合管的疲劳

寿命预测理论模型

、

疲劳损伤机制以及疲劳寿命影

响因素进行研究

。

4.3.1

疲劳寿命预测理论模型

纤维增强复合管的疲劳认证试验需要花费大量

的时间

。

因此

，

为了在设计阶段评估复合管的疲劳

性能

，

需要采用理论模型对复合管的疲劳进行评

估

。

2017

年

，R.

RAFIEE

等

［

38

］

将疲劳模型分为

5

类

：

①

疲劳寿命模型

；

②

残余力学性能现象模型

;

③

物理方法

-

微观力学模型

；

④

连续损伤力学模

型

；

⑤渐进式损伤模型

。

其中渐进式损伤模型综合

了失效准则

、

疲劳寿命模型和力学性能退化规则,

对每个加载周期进行应力分析

，

并检查失效的发

生

，

可以较好地预测复合材料的疲劳损伤

。

渐进式

损伤模型分为较复杂的

“

通用材料特性退化技术

模型

”

和较简单的

“

累积疲劳损伤模型

（

CFDM

）

”

。

R.

RAFIEE

基于

CFDM

模型对纤维增

强复合管进行疲劳寿命预估

，

并用试验结果进行验

证

。

CFDM

包含

3

个过程

，

分别是应力分析

、

损伤

估计

、

基于刚度退化规则的刚度退化分析

。

这

3

个

过程在逐个周期进行

，

通过增量过程评估复合管损

伤的增长

。

最后

，

R.

RAFIEE

应用

CFDM

模型对铺

层方式为

［

90

。

/±

55

。

2/90

。

］

的纤维增强复合管承

受周期性循环内压载荷时的疲劳损伤进行了分析

。

结果表明

，

对复合管所施加的应力水平不同

，

其损

—

128

—

石油机械

2021

年

第

49

卷

第

6

期

伤演变形式也不同

。

在

30%

的应力水平下

，

［

90°

］

层先发生基体开裂

，

［

±55°

2

】

层随后发生剪切破

坏

。

在

50%

的应力水平下

，

［

±55°

2

】

层先发生剪

传播

，

机械损伤变成占主导地位

。

2010

年

,

S.

ERKAL

等

［

44

］

采用试验方法研究了纤维增强复合

管在周期性循环内压载荷下

，

不同的增强层铺设方

切破坏

，

［

90°

］

层随后发生基体开裂的相反结果

。

4.3.2

疲劳损伤机制

式下的疲劳性能

，

观察到了复合管的疲劳损伤过程

的

3

个阶段

：

白化

、

泄漏和破裂

。

他们对比分析了

［

±75°

】

2

、

［

±60°

】

2

、

［

±55°

】

2

和

［

±45°

】

2

4

种增强

纤维增强复合管的疲劳损伤过程分为

3

个阶

段

，

即白化阶段

、

泄漏阶段和断裂阶段

。

2005

年

,

N.

TARAKCIOGLU

等

［

39

］

采用试验方法测试了无内

、

层铺设方式下复合管的疲劳性能

，

分析结果显示

［

±45°

］

2

和

［

±75°

］

2

两种铺设方式的复合管疲劳寿

外衬层的玻璃纤维增强复合材料管在周期性循环内

命更长

，

［

±75°

】

2

方式没有明显的白化和泄漏阶

压载荷下的疲劳行为

，

观察到了复合管的白化

、

泄

漏和纤维断裂

3

个损伤演化过程

。

第一个阶段是白

化阶段

，

发生了复合管的脱粘和分层

。

第二个阶段

是泄漏阶段

，

随着白化区域沿着纤维方向的扩展

,

复合管表面出现微裂纹与针孔

，

产生泄漏

。

第三个

阶段是纤维断裂阶段

，

随着针孔区域的累积

，

产生

纤维断裂

。

2007

年

，

N.

TARAKCIOGLU

等

［40

］

采用

试验方法测试了无内

、

外衬层的具有半椭圆形表面

裂纹的玻璃纤维增强复合材料管在周期性循环内压

载荷下的疲劳行为

，

观察到的损伤演化过程与无表

面裂纹的复合管一致

，

不同的是具有椭圆形表面裂

纹的复合管的失效仅发生在表面裂纹附近的区域

,

并且失效区域不超过椭圆裂纹长轴的长度

。

2014

年

，

M.

UYANER

等

［

41

］

采用试验方法分别测试了无

损伤和有冲击损伤区域的玻璃纤维增强复合管在周

期性循环内压载荷下的疲劳行为

，

研究结果表明

，

复合管的损伤演化过程分为白化

、

泄漏和爆破

3

个

阶段

，

并提出冲击载荷使复合管产生了分层和基体

裂纹

，

很大程度地影响了复合管的疲劳寿命

°

2018

年

，

GAOX.P.

等

［42

］

采用试验方法对三维编织纤

维增强复合管进行了准静态三点弯曲疲劳性能测

试

，

观察到了复合管的损伤过程为基体开裂

、

纤维

与基体脱粘

、

纤维断裂

，

并将这一过程归结为损伤

萌生阶段

、

损伤生长阶段

、

破坏性损伤萌生阶段

、

破坏性损伤生长阶段和最终破坏阶段

5

个阶段

。

4.3.3

疲劳寿命影响因素

研究纤维增强复合管的疲劳寿命的影响因素

，

有利于帮助设计者设计出性能优异的复合管

。

2007

年

，

A.

AVCI

等

［

43

］

采用试验方法研究了腐蚀环境下

具有表面裂纹的纤维增强复合管在周期性循环内压

载荷下的疲劳损伤行为

，

结果表明

，

复合管产生微

裂纹之后

，

腐蚀介质通过基体裂纹侵蚀到纤维和基

体的界面

，

从而引发进一步的疲劳损伤

。

在纤维的

断裂表面上有两个不同的区域

，

分别是腐蚀损伤为

主的断裂区域和机械损伤为主的断裂区域

。

这些区

域纤维上的裂纹开始于腐蚀作用

，

经过一定程度的

段

，

直接发生破裂

。

2018

年

，

GAOX.P.

等

［

42

］

在

观察到三维编织纤维增强复合管损伤过程的基础

上

，

采用三点弯曲试验方法分析了载荷水平分别为

最大载荷的

50%

、

60%

、

70%

、

80%

和

90%

时复合

管的疲劳现象

。

分析结果表明

：

载荷水平越高

，

样

品的损坏就越严重

；

当载荷低于最大载荷的

50%

时

，

损坏不明显

；

当载荷加载至最大载荷的

50%

时

，

损坏开始

，

并且主要集中在基体部分

；

当载荷

加载至最大载荷的

90%

时

，

损坏发生在纤维

-

基体

界面

°

4.4

纤维增强复合管在工程载荷作用下的力学性

能研究

纤维增强复合管在机械载荷作用下的力学行为

已经研究了数十年

，

主要结合理论

、

数值模拟

、

试

验等方法研究纤维增强复合管在承受拉伸

、

压缩载

荷

、

压力载荷

、

弯曲载荷以及组合载荷时所表现出

来的力学行为与失效形式°

4.4.1

拉伸和压缩载荷

纤维增强复合管承受拉伸和压缩载荷时

，

载荷

加载方式分为轴向加载和径向加载°

在这两种加载

方式下

，

主要进行了复合管的强度

、

刚度

、

失效形

式及其影响因素等方面的研究°

2019

年

，

XUY.

X.

等

［45

］

采用试验方法研究了

玻璃纤维增强复合管承受轴向拉伸载荷时的失效过

程

，

纤维增强复合管表现为少量的玻璃纤维断裂

、

外衬层出现蠕变

、

外表面裂纹逐渐扩展

、

突然断

裂

、

玻璃纤维由外向内逐层断裂

，

内衬层没有明显

损坏

°

同时采用数值模拟方法研究了复合材料管纤

维铺设角度和纤维含量对其力学行为的影响

，

复合

材料管的抗拉强度随着纤维铺设角度的增大而减

小

，

抗拉强度不随着玻璃纤维含量的增加而增大

,

但是可以通过增加玻璃纤维含量来降低每根玻璃纤

维的受力

。

2019

年

，

D.

BETTS

等⑼采用试验方法

研究了纤维增强复合管在承受轴向拉伸和压缩载荷

时

，

径厚比对其力学性能的影响

。

研究结果表明:

轴向拉伸时

，

强度和刚度随着径厚比的增加而增

2021

年第

49

卷第

6

期

王力

，

等

：

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

—

129

—

大

；

轴向压缩时

，

强度随着径厚比的增加而减小

。

2018

年

，

J.

H.

S.

ALMEIDA

等

[46]

结合理论与试验

当先加载外压后加载弯矩且初始压力为临界压力的

0-0.4

倍时

，

主要失效形式为强度失效

，

初始压力

方法分析了不同几何参数的碳纤维增强环氧树脂复

为临界压力的

0.4

倍以上时

，

主要失效形式为屈曲

合管在轴向压缩下的失效形式

。

研究结果表明

，

直

径小的复合管因屈曲失稳而失效

，

直径大的复合管

因横向压缩和面内剪切应力过大而失效

。

2018

年

,

W.

TOH

等

[47]

对纤维增强复合管环箍进行了周向拉

失效

。

5

应用前景及建议

(1)

连续管以其作业效率高

、

占地面积小

、

伸试验研究

，

通过将样本加载至破坏

，

以获得复合

管的失效形式以及周向拉伸强度

。

研究结果表明

，

无接箍耐高压以及作业灵活的优势被广泛应用于石

在周向拉力下

，

管道的失效是由于基体开裂所致

。

计算得到的周向拉伸强度为

220

MPao

同时

，

对纤

维增强复合管进行了环刚度

(

环向刚度

)

试验测

试

，

以获得复合管的失效形式以及环刚度

。

试验结

果表明

，

在周向压力下

，

复合管的失效是复合管内

的分层所致

。

环刚度可以用试验所得的弹性模量和

复合管的几何参数表示

。

4.4.2

弯曲载荷

纤维增强复合管缠绕在滚筒上时

，

承受一定的

弯曲载荷

，

通过分析纤维增强复合管的临界弯曲载

荷可以确定复合管的最小缠绕半径

。

2004

年

,

D.

E.

RODRIGUEZ

等

[48]

采用有限元数值模拟方法

和试验方法获得了几种不同类型的玻璃纤维增强复

合管承受弯曲载荷破坏时的弯曲半径

，

其值在

63-1.

0.

12

m

范围内变化

。

4.4.3

压力载荷

纤维增强复合管应用于海上立管或复合连续管

时

，

外部压力载荷对其作业的安全性有重要影响

。

2015

年

，

I.A.

GUZ

等⑷基于层合圆管弹性理论和

Tsai-Hill

失效准则

，

推导了厚壁复合管在承受均布

外压载荷时管内任意一点的应力和失效系数的理论

模型

，

并使用

MATLAB

软件进行了应力计算和故

障分析

，

对纤维增强复合管的纤维铺设角度进行优

化之后

，

最咼可承受

80

MPa

的外部压力载荷

。

4.

4.

4

组合载荷

纤维增强复合管在工程应用中经常承受组合载

荷

。

2018

年

，

YAO

L.

等

[49]

采用有限元数值模拟

方法研究了玻璃纤维增强复合管在承受均布外压载

荷和弯曲载荷时

，

不同的加载路径

(

先加载外压

后加载弯矩或者先加载弯矩后加载外压

)

对其力

学性能的影响

。

研究结果表明

：

复合管的失效形式

与加载路径密切相关

，

当先加载弯矩后加载外压且

初始弯曲角度为临界弯曲角度的

0~0.4

倍时

，

主

要失效形式为屈曲失效

，

初始弯曲角度为临界弯曲

角度的

0.4

倍以上时

，

主要失效形式为强度失效

;

油工程

。

然而

，

当前连续管主流为合金钢板材焊接

结构管

，

存在疲劳寿命短

、

耐腐蚀性能低导致作业

成本增加的问题

，

在深井

、

超深井

、

腐蚀性强的油

气井以及油气生产井中表现尤其突出

。

纤维增强复

合材料管以其良好的抗疲劳性

、

耐腐蚀性和密度

低

、

质量轻的优势已经开始以复合连续管的形式应

用于石油井筒作业

，

可望在未来油气井工程中展现

出良好的应用前景

。

(2)

纤维增强复合材料管在其他行业中已经

被广泛应用

。

然而

，

石油工程用连续管的作业环

境

、

条件和输送方式与其他铺设管道完全不同

，

连

续管承受拉伸

、

压缩

、

内外压力

、

夹持挤压

、

卷绕

以及扭转载荷

，

而且有重复性使用的特点

。

当前国

内外相关的纤维增强材料复合管力学性能研究成果

对于复合连续管的生产制造和工程应用有一定的借

鉴作用

，

但也存在不适应性

。

专注于复合连续管的

结构和力学性能研究并不很多

，

有必要加强复合连

续管结构和力学性能方面的研究

，

同时开发适应于

复合连续管使用的专用配套设备

，

如注入头和连接

器等

。

(3)

复合连续管是在其他纤维增强材料铺设

管道的基础上发展起来的

，

对其性能认识

、

研究和

应用仍然处在发展时期

。

连续管的应用应该从载荷

简单

、

作业形式单一的生产井管柱和简单修井

、

测

井工程开始

，

在充分发挥复合材料管优势的同时加

快其专业适应性的研究

。

参

考

文

献

[1]

贺会群

.

连续油管技术与装备发展综述

[J].

石油

机械

，

2006,

34

(1)

:

1-6.

HE

H

Q.

Development

of

coiled

tubing

technique

and

e

­

quipment

[J].

China

Petroleum

Machinery,

2006,

34

(1)

：

1-6.

[

2]

FEECHAN

M

，

MAKSELON

C

，

NOLET

S.

Field

experi

­

ence

with

composite

coiled

tubing

[R].

SPE

82045,

2003.

—

130

—

石油机械

2021

年

第

49

卷

第

6

期

opment

[

J

]

.

Welded

Pipe

and

Tube

，

2017

，

40

(3)

：

28-31.

[

3]

ARLIE

M.

Advanced

composite

spoolable

tubing

[

R]

.

SPE

0599-0058-JPT

，

1998.

[4]

梅连朋

.

连续玻璃纤维增强聚乙烯复合管的力学性

[

15]

FOWDER

S

H，

FEECHAN

M.

Applications

update-ad

­

vanced

composite

coiled

tubing

[

R

]

.

SPE

46053

，

能分析与研究

[D].

青岛

：

山东科技大学

，

2018.

MEI

L

P.

Study

on

mechanical

properties

of

continuous

glass

fiber

reinforced

polyethylene

pipe

[D].

Qingdao

:

1998.

[

16]

KAMP

G

P

，

BETTS

M.

Development

of

a

power

and

data

transmission

thermoplastic

composite

coiled

tubing

Shandong

University

of

Science

and

Technology

,

2018.

[5]

宿振国

，

尹文波

，

吕妍妍

.

复合材料连续管技术研

究进展及应用现状

[J].

石油矿场机械

，

2014,

43

for

electric

drilling

[

R]

.

SPE

60730

，

2000.

[17]

RISPLER

K

，

BERNING

S

，

FOWLER

H.

Composite

(4)

：

85-90.

SU

Z

G,

YIN

W

B,

LYU

Y

Y.

Technique

and

applica

­

tion

of

composite

coiled

tubing

[J].

Oil

Field

Equip­

ment,

2014,

43

(4)

:

85-90.

[6]

GUZ

I

A,

MENSHYKOVA

M.

Thick-walled

composite

tubes

for

offshore

applications

:

an

example

of

stress

and

failure

analysis

for

filament-wound

multi-layered

pipes

[

J]

.

Ships

and

Offshore

Structures

，

2017，

12

(

3)

：

304-322.

[7]

GIBSON

A

G,

ARUN

S.

Composite

materials

in

the

off

­

shore

industry

[

J]

.

Comprehensive

Composite

Materi

­

als,

2016

(6)

:

459-478.

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：

中国石油大学

(

华东

)

，

2011.

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B.

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study

of

tempered

glass

tubing

in

oil

and

water

well

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:

China

University

of

Petroleum

(

Huadong)

，

2011.

[

9]

BETTS

D

，

SADEGHIAN

P.

Investigation

of

the

stress

­

strain

constitutive

behavior

of

±

55°

filament

wound

GFRP

pipes

in

compression

and

tension

[

J]

.

Compos

­

ites

Part

B

，

2019

，

172

：

243-252.

[10]

HASTIE

J

C

,

GUZ

I

A.

Effects

of

thermal

gradient

on

failure

of

a

thermo

plastic

composite

pipe

(

TCP)

riser

leg

[

J]

.

International

Journal

of

Pressure

Vessels

and

Piping

，

2019，

172

：

90-99.

[11]

SAS-JAWORSKY

A

，

WILLIAMS

J

G.

Development

of

composite

coiled

tubing

for

oilfield

services

[

R]

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26536

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1993.

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中国石油大学

(

华东

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，

2013.

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Structure

optimization

and

mechancal

anal­

ysis

of

composite

coiled

tubing

[

D]

.

Qingdao

：

China

University

of

Petroleum

(

Huadong

)

,

2013.

[13]

COX

K

，

MENSHYKOVA

M.

Analysis

of

flexible

com

­

posites

for

coiled

tubing

applications

[

J]

.

Composite

Structures

，

2019，

225

：

111-118.

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鲁明春

，

路彦森

，

鲁江

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等

.

新型国产连续管持续

研发应用探讨

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，

2017,

40

(3)

:

28-31.

LU

M

C

,

LU

Y

S

,

LU

J

,

et

al.

Discussion

on

new

type

domestic

coiled

tubing

continuous

research

and

devel

­

coiled

tubing

in

harsh

completion/workover

environ

­

ments

[

R]

.

SPE

40031

，

1998.

[18]

DONG

S

B

，

MATTHIESEN

R

B.

Analysis

of

structural

laminates

[

R]

.

Air

Force

Report

ARL-76

，

1961.

[

19]

TSAI

S

W.

Structural

behavior

of

composite

materials

[

R]

.

Philco

Corp

Newport

Beach

Ca

Space

and

Re­

Entry

Systems

，

1964.

[

20]

TOYODA

M.

Strength

characteristics

of

composite

ma

­

terials

[

J

]

.

Welding

International

，

1991

，

5

(

5

)

：

341-345.

[

21]

HAHN

H

T

，

TSAI

S

W.

Nonlinear

elastic

behavior

of

unidirectional

composite

laminae

[

J]

.

Journal

of

Com

­

posite

Materials

，

1973

，

7

：

102-118.

[22]

PETIT

P

H,

WADDOUPS

ME.

A

method

of

predicting

the

nonlinear

behavior

of

laminated

composites

[

J]

.

Journal

of

Composite

Materials

，

1969

，

3

(1)

：

2-19.

[23] BOGETTI

T

A

，

HOPPEL

C

P

R

，

HARIK

V

M

，

et

al.

Predicting

the

nonlinear

response

and

progressive

fail

­

ure

of

composite

laminates

[

J]

.

Composites

Science

and

Technology

，

2004

，

64

：

329-342.

[24]

SHOKRIEH

M

M

，

MOSALMANI

R

，

OMIDI

M

J.

A

strain-rate

dependent

micromechanical

constitutive

model

for

glass/epoxy

composites

[

J

].

Composite

Structures

，

2015，

121

：

37-45.

[

25]

DVORAK

G

J

，

RAO

M

S.

Axisymmetric

plasticity

the

­

ory

of

fibrous

composites

[

J]

.

International

Journal

of

Engineering

Science

，

1976

，

14

：

361-373.

[26]

GRIFFIN

O

H，

KAMAT

M

P

，

HERAKOVICH

C

T.

Three-dimensional

inelastic

finite

element

analysis

of

laminated

composites

[

J]

.

Journal

of

Composite

Mate­

rials,

1981,

15

(6)

:

543-560.

[27]

VAZIRI

R

，

OLSON

M

D

，

ANDERSON

D

L.

A

plastic

­

ity-based

constitutive

model

for

fibre-reinforced

com

­

posite

laminates

[

J]

.

Journal

of

Composite

Materials

，

1991

，

25

(5)

：

512-535.

[28]

ALLEN

H

，

HARRIS

C

E

，

GROVES

S

E.

A

thermome

­

chanical

constitutive

theory

for

elastic

composites

with

distributed

damage

一

I.

theoretical

development

[

J].

International

Journal

of

Solids

Struct

，

1987

，

23

(

9)

：

1301-1318.

2021

年

第

49

卷

第

6

期

[29]

王力

，

等

：

复合连续管及其力学性能研究现状与发展

—

131

——

—

LIANG

Z

，

LEE

H

K

，

SUARIS

W.

Micromechanics

­

of

(±55

。

)

3

filament

wound

GRP

pipes

with

a

surface

crack

under

internal

pressure

[J].

Composites

Struc-

based

constitutive

modeling

for

unidirectional

laminated

composites

[

J]

.

International

Journal

of

Solids

and

Structures,

2006,

43

(18/19)

:

5674-5689.

[41]

tures

，

2007，

80

(2)

：

207-211.

UYANER

M

，

KARA

M

，

SAHIN

A.

Fatigue

behavior

of

filament

wound

E-glass/epoxy

composite

tubes

dam

­

[30]

VYAS

G

M

，

PINHO

S

T.

Computational

implementa

­

tion

of

a

novel

constitutive

model

for

multidirectional

aged

by

low

velocity

impact

[

J]

.

Composite

Part

B

，

2014

，

61

：

358-364.

[42]

GAO

X

P

，

TAO

N

，

YANG

X

，

et

al

，

Quasi-static

composites

[

J

]

.

Computational

Materials

Science

，

2012

，

51

：

217-224.

[31]

YANG

Q

，

HAN

X.

Development

and

validation

of

an

anisotropic

damage

constitutive

model

for

C/SiC

com

­

posite

[

J]

.

Ceramics

International

，

2018，

44

(

18)

：

22880-22889.

[32]

XIA

M

，

KEMMOCHI

K

，

TAKAYANAG

H.

Analysis

of

filament-wound

fiber-reinforced

sandwich

pipe

under

combined

internal

pressure

and

thermomechanical

load

­

ing

[J]

.

Composite

Structures

,

2001,

51

(3)

：

273

-

283.

[33]

AKQAY

I

H,

KAYNAK

I

.

Analysis

of

multilayered

composite

cylinders

under

thermal

loading

[

J]

.

Jour

­

nal

of

Reinforced

Plastics

and

Composites

，

2005

，

24

(11)

:

1169-1179.

[34]

BAKAIYAN

H，

HOSSEINI

H.

Analysis

of

multi-lay

­

ered

filament-wound

composite

pipes

under

combined

internal

pressure

and

thermomechanical

loading

with

thermal

variations

[

J]

.

Composite

Structures

，

2009

，

88

(4)

：

532-541.

[35]

VEDELD

K

，

SOLLUND H

A.

Stresses

in

heated

pres

­

surized

multi-layer

cylinders

in

generalized

plane

strain

conditions

[

J]

.

International

Journal

of

Pressure

Ves

­

sels

and

Piping

,

2014,

120/121

：

27-35.

[36]

YEO

W

H,

PURBOLAKSONO

J.

Exact

solution

for

stresses/displacements

in

a

multilayered

hollow

cylin

­

der

under

thermo-mechanical

loading

[

J]

.

Internation

­

al

Journal

of

Pressure

Vessels

and

Piping

，

2017，

151

：

45-53.

[37]

ZHANG

Q

，

WANG

Z

W.

Analytical

solution

of

the

thermo-mechanical

stresses

in

a

multilayered

composite

pressure

vessel

considering

the

influence

of

the

closed

ends

[

J

]

.

International

Journal

of

Pressure

Vessels

and

Piping

，

2012，

98

：

102-110.

[38]

RAFIEE

R

，

ESLAMI

F.

Theoretical

modeling

of

fatigue

phenomenon

in

composite

pipes

[

J]

.

Composite

Struc-

tures

，

2017，

161

：

256-263.

[39]

TARAKCIOGLU

N

，

GEMI

L

，

YAPICI

A.

Fatigue

fail

­

ure

behavior

of

glass/epoxy

±

55

。

filament

wound

pipes

under

internal

pressure

[

J]

.

Composites

Science

and

Technology,

2005,

65

(3/4)

:

703-708.

[40]

TARAKCIOGLU

N

，

SAMANCI

A.

The

fatigue

behavior

three-point

bending

and

fatigue

behavior

of

3-D

orthog

­

onal

woven

composites

[

J]

.

Composites

Part

B

，

2018

(9)

：

77.

[43]

AVCI

A

，

SAHIN

OS

，

TARAKCIOGLU

N.

Fatigue

be

­

havior

of

surface

cracked

filament

wound

pipes

with

high

tangential

strength

in

corrosive

environment

[

J]

.

Composites

Part

A

，

2007

，

38

：

1192-1199.

[44]

ERKAL

S

，

SAYMAN

O

，

BENLI

S

，

et

al.

Fatigue

damage

in

composite

cylinders

[

J]

.

Polymer

Compos-

ites

，

2010，

31

：

707-713.

[

45]

XU

Y

X

，

BAI

Y

，

FANG

P

，

et

al.

Structural

analysis

of

fibreglass

reinforced

bonded

flexible

pipe

subjected

to

tension

[

J]

.

Ships

and

Offshore

Structures

，

2019

，

14

(7)

：

777-787.

[46]

ALMEIDA

J

H

S

，

TONATTO

M

L

P

，

RIBEIROM

L

，

et

al.

Buckling

and

post-buckling

of

filament

wound

composite

tubes

under

axial

compression

：

linear

，

non-

linear

，

damage

and

experimental

analyses

[

J]

.

Com

­

posites

Part

B

，

2018

，

149

：

227-239.

[

47]

TOH

W

，

TAN

L

B.

Material

characterization

of

fila

­

ment-wound

composite

pipes

[

J]

.

Composite

Struc-

tures

，

2018，

206

：

474-483.

[

48]

RODRIGUEZ

D

E

，

OCHOA

O

O.

Flexural

response

of

spoolable

composite

tubulars

an

integrated

experimental

and

computational

assessment

[

J]

.

Composites

Sci

­

ence

and

Technology,

2004,

64

(

13/14)

：

2075

-

2088.

[49]

YAO

L

，

WANG

S

Q

，

HE

W

T.

Nonlinear

mechanical

analysis

of

reinforced

thermoplastic

pipe

under

com

­

bined

bending

and

pressure

based

on

a

solid

element

model

[R].

ISOPE-I-18-426,

2018.

第一作者简介

：

王力

，

生于

1996

年

，

现为在读博士

研究生

，

研究方向为石油机械

。

地址

：

(434023)

湖北省荆

州市

。

E-mail

:

*****************

。

通信

作者

：

马

卫国

，

E-mail

:

mwg-jh

@

yangtzeu.

edu.

cn

。

收稿日期

：

2021-01-21

(

本文编辑刘峰

)