Логотип
ИЭА СТР
УДК 621.643.2:678.8 • EDN: KFFMXW • e-Library ID: 91973401

ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ АРКТИЧЕСКИХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СИСТЕМ: ОБЗОР СВОЙСТВ, МОНИТОРИНГА И НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ

• С. 72-78
Скачать JATS XML Скачать PDF
🇷🇺 На русском

Для цитирования

Высотин Ю.А., Карпов И.Д. Полимерные композиционные трубопроводы для арктических нефтепромысловых систем: обзор свойств, мониторинга и нормативной базы // Информационно-экономические аспекты стандартизации и технического регулирования. 2026. № 4 (91). С. 72–78

Аннотация

статье рассматривается проблема замены стальных промысловых трубопроводов на аналоги из полимерных композиционных материалов (ПКМ) применительно к условиям Крайнего Севера. На основе анализа публикаций систематизированы данные о механических свойствах стеклопластиков (GFRP/GRE) и термопластичных композитных труб (TCP) при температурах до −60 °C. Принципиальное преимущество ПКМ перед углеродистыми сталями − отсутствие вязко-хрупкого перехода − делает их особенно ценными для арктических условий. Выполнен сравнительный анализ по критериям коррозионной стойкости, массы, теплопроводности и стоимости жизненного цикла (LCC): расчеты показывают экономию 30–52% за 30-летний горизонт. Рассмотрены перспективные системы структурного мониторинга SHM на основе FBG-датчиков, акустической эмиссии и распределенных оптических систем. Проведен анализ российской и международной нормативной базы; выявлено, что специализированного стандарта для ПКМ-трубопроводов в условиях Крайнего Севера в мировой практике не существует. Определены три ключевых исследовательских пробела, требующих первоочередного внимания

Ключевые слова

полимерные композиционные материалы стеклопластиковые трубопроводы Крайний Север криогенные температуры стоимость жизненного цикла SHM

Информация о финансировании

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания «Разработка моделей деградации служебных свойств металлических и композиционных материалов для строительства в условиях многолетнемерзлых грунтов» (FSEG-2024-0009).

Об авторах

Высотин Юрий Алексеевич

Высотин Юрий Алексеевич — магистр, инженер, Научно-технологический комплекс «Новые технологии и материалы», Санкт- Петербургский политехнический университет Петра Великого, ( Санкт-Петербург, Россия )

Карпов Иван Дмитриевич

Карпов Иван Дмитриевич — Аспирант, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ( Санкт-Петербург, Россия )

Список литературы

  1. 1. Ростехнадзор. Отчет о деятельности за 2022 год. − М., 2023. − 214 с.
  2. 2. Ровбо А.С., Ермаков С.Б., Карпов И.Д. и др. Оценка возможности замены стальных элементов обустройства на элементы обустройства из ПКМ для производственных процессов на объектах нефтедобычи // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. − 2024. − Т. 9, № 2. − С. 130–135. − URL: https://proneft.elpub.ru/jour/article/view/530
  3. 3. Bahaman U.S.F. et al. Evaluating the reliability and integrity of composite pipelines in the oil and gas sector: A scientometric and systematic analysis // Ocean Engineering. − 2024. − Vol. 303. − Art. 117773. − URL: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.117773
  4. 4. Alabtah F.G., Mahdi E., Eliyan F.F. The use of fiber reinforced polymeric composites in pipelines: A review // Composite Structures. − 2021. − Vol. 276. − P. 114595. − URL: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114595
  5. 5. Okolie O. et al. Manufacturing Defects in Thermoplastic Composite Pipes and Their Effect on in-situ Performance // Applied Composite Materials. − 2023. − Vol. 30. − P. 231–
  6. 6.
  7. 7. Correia J.R. et al. Freeze-thaw durability of vacuum infused glass fibre composites with unsaturated polyester and vinyl ester matrices // Construction and Building Materials. − 2024. − Vol. 455. − Art. 139125. − URL: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.139125
  8. 8. Tefera G., Adali S., Bright G. Mechanical behaviour of CFRP composite material at different temperatures // Journal of Reinforced Plastics and Composites. − 2022. − URL: https://doi.org/10.1177/09673911221125072
  9. 9. Ohaeri E.G., Szpunar J.A. An overview on pipeline steel development for cold climate applications // Journal of Pipeline Science and Engineering. − 2022. − Vol. 2. − P. 1–17. − URL: https://doi.org/10.1016/j.jpse.2022.01.003
  10. 10. Kara M., Arat M., Uyaner M. Low velocity impact response and damages of GFRP composite tubes under room and cryogenic temperatures // Journal of Composite Materials. − 2021. − Vol. 55(24). − P. 3567–3577. − URL: https://doi.org/10.1177/00219983211029368
  11. 11. Grammatikos S.A. et al. Thermal cycling effects on the durability of a pultruded GFRP material for offshore civil engineering structures // Composite Structures. − 2016. − Vol. 153. − P. 297–310. − URL: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.06.037
  12. 12. Portoacă A.-I. et al. Assessment of Environmental Impact on Glass-Fiber-Reinforced Polymer Pipes Mechanical and Thermal Properties // Polymers. − 2024. − Vol. 16(13),
  13. 13. Prabhakar M.M. et al. An overview of burst, buckling, durability and corrosion analysis of lightweight FRP composite pipes // Composite Structures. − 2019. − Vol. 230, 111419. − URL: https://doi.org/10.1016/.compstruct.2019.111419
  14. 14. Elsebaie I.H., Al-Khomairi A. Optimization of pipeline lifecycle cost using alternatives with different life spans // Water Supply. − 2022. − Vol. 22(2). − P. 1835–1847. − URL: https://doi.org/10.2166/ws.2021.305
  15. 15. Dumitrescu A. et al. Corrosion Repair of Pipelines Using Modern Composite Materials Systems // Energies. − 2021. − Vol. 14(3), 615. − URL: https://doi.org/10.3390/en14030615
  16. 16. Ibrahim M.E. et al. Composite Pipelines: Analyzing Defects and Advancements in Non-Destructive Testing Techniques // Engineering Failure Analysis. − 2024. − Vol. 157. − Art. 107917. − URL: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107917
  17. 17. Altabey W.A. et al. Structural Health Monitoring of Composite Pipelines Utilizing Fiber Optic Sensors and an AI-Based Algorithm // Sensors. − 2023. − Vol. 23(8),
  18. 18. Güemes A. et al. Structural Health Monitoring in Composite Structures by Fiber-Optic Sensors //Sensors. − 2018. − Vol. 18(4). − Art. 1094. − URL: https:/doi.org/10.3390/s18041094
  19. 19. Wang H.-P. et al. Dynamic Performance Detection of CFRP Composite Pipes based on Quasi-Distributed Optical Fiber Sensing Techniques // Frontiers in Materials. − 2021. − Vol. 8, 683374. − URL: https://doi.org/10.3389/fmats.2021.683374
  20. 20. Hasani S. et al. Acoustic Emission-Based Analysis of Damage Mechanisms in Filament Wound FRP Composite Tubes // Sensors. − 2023. − Vol. 23(15), 6994. − URL: https://doi.org/10.3390/s23156994
  21. 21. Nekliudova E.A., Semenov A.S., Melnikov B.E., Semenov S.G. Experimental research and finite element analysis of elastic and strength properties of fiberglass composite material // Magazine of Civil Engineering. − 2014. − № 3(47). − P. 25–39. − URL: https://doi.org/10.5862/MCE.47.3
🇬🇧 In English

POLYMER COMPOSITE PIPELINES FOR ARCTIC OIL FIELD SYSTEMS: REVIEW OF PROPERTIES, MONITORING AND REGULATORY FRAMEWORK

For citation

Vysotin Yu.A., Karpov I.D. Polymer composite pipelines for arctic oil field systems: review of properties, monitoring and regulatory framework. Information and economic aspects of standardization and technical regulation. 2026;4(91):72–78. (In Russ.)

Abstract

The paper addresses the problem of replacing steel field pipelines with polymer composite material (PCM) analogues for Arctic and sub-Arctic oil field conditions. Based on a systematic literature review, data on the mechanical properties of glass-reinforced plastics (GFRP/GRE) and thermoplastic composite pipes (TCP) at temperatures down to −60 °C are systematised. The key advantage of PCMs over carbon steels is the complete absence of a ductile-to-brittle transition, which makes them especially valuable in Arctic environments. A comparative analysis is carried out by corrosion resistance, weight, thermal conductivity, and life-cycle cost (LCC) criteria: estimates indicate cost savings of 30–52% over a 30-year horizon. Structural health monitoring (SHM) systems based on FBG sensors, acoustic emission, and distributed fibre-optic sensing are reviewed. An analysis of Russian and international regulatory frameworks reveals that no specialised standard for PCM pipelines in Arctic conditions currently exists worldwide. Three critical research gaps requiring priority attention are identified

Keywords

polymer composite materials glass-reinforced pipelines Arctic cryogenic temperatures life-cycle cost SHM

Funding information

This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under the state assignment "Development of models for the degradation of service properties of metallic and composite materials for construction in permafrost conditions" (FSEG-2024-0009)

About the authors

Vysotin Yu. A.

Vysotin Yu. A. — M.Sc., engineer, Scientific and Technological Complex «New Technologies and Materials», Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, ( St. Petersburg, Russia )

Karpov Ivan Dmitrievich

Karpov Ivan Dmitrievich — Postgraduate Student, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, ( St. Petersburg, Russia )

References

  1. 1. Rostekhnadzor. Otchet o deyatel’nosti za 2022 god [Activity Report 2022]. Moscow, 2023, 214 p. (In Russian)
  2. 2. Rovbo A.S. , Ermakov S.B. , Karpov I.D. et al. Otsenka vozmozhnosti zameny stal’nykh elementov obustrojstva na elementy iz PKM [Assessment of feasibility of replacing steel components with PCM]. PRONEFT’. Professional’no o nefti, 2024, vol. 9, no. 2, pp. 130–135, available at: https://proneft.elpub.ru/jour/article/view/530
  3. 3. Bahaman U.S.F. et al. Evaluating the reliability and integrity of composite pipelines in the oil and gas sector. Ocean Engineering, 2024, vol. 303, art. 117773. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.117773
  4. 4. Alabtah F.G. , Mahdi E. , Eliyan F.F. The use of fiber reinforced polymeric composites in pipelines: A review. Composite Structures, 2021, vol. 276, p. 114595. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114595
  5. 5. Okolie O. et al. Manufacturing Defects in Thermoplastic Composite Pipes. Applied Composite Materials, 2023, vol. 30, pp. 231–260. https://doi.org/10.1007/s10443-022-10066-9
  6. 6. Bazli M., Abolfazli M. Mechanical Properties of Fibre Reinforced Polymers under Elevated Temperatures. Polymers, 2020, vol. 12(11), 2600. https://doi.org/10.3390/polym12112600
  7. 7. Correia J.R. et al. Freeze-thaw durability of vacuum infused glass fibre composites. Construction and Building Materials, 2024, vol. 455, art. 139125. https:// doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.139125
  8. 8. Tefera G. , Adali S. , Bright G. Mechanical behaviour of CFRP at different temperatures. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2022. https://doi.org/10.1177/09673911221125072
  9. 9. Ohaeri E.G. , Szpunar J.A. An overview on pipeline steel development for cold climate applications. Journal of Pipeline Science and Engineering, 2022, vol. 2, pp. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.jpse.2022.01.003
  10. 10. Kara M. , Arat M. , Uyaner M. Low velocity impact response of GFRP tubes at cryogenic temperatures. Journal of Composite Materials, 2021, vol. 55(24), pp. 3567–3577. https://doi.org/10.1177/00219983211029368
  11. 11. Grammatikos S.A. et al. Thermal cycling effects on the durability of a pultruded GFRP material. Composite Structures, 2016, vol. 153, pp. 297–310. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.06.037
  12. 12. Portoaca A.-I. et al. Assessment of Environmental Impact on GFRP Pipes Properties. Polymers, 2024, vol. 16(13), 1779. https://doi.org/10.3390/polym16131779
  13. 13. Prabhakar M.M. et al. An overview of burst, buckling, durability and corrosion of FRP pipes. Composite Structures, 2019, vol. 230, 111419. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111419
  14. 14. Elsebaie I.H. , Al-Khomairi A. Optimization of pipeline lifecycle cost. Water Supply, 2022, vol. 22(2), pp. 1835–1847. https://doi.org/10.2166/ws.2021.305
  15. 15. Dumitrescu A. et al. Corrosion Repair of Pipelines Using Composite Materials Systems. Energies, 2021, vol. 14(3), 615. https://doi.org/10.3390/en14030615
  16. 16. Ibrahim M.E. et al. Composite Pipelines: Analyzing Defects and Advancements in NDT Techniques. Engineering Failure Analysis, 2024, vol. 157, art. 107917. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107917
  17. 17. Altabey W.A. et al. SHM of Composite Pipelines Utilizing Fiber Optic Sensors and AI. Sensors, 2023, vol. 23(8), 3887. https://doi.org/10.3390/s23083887
  18. 18. Güemes A. et al. Structural Health Monitoring in Composite Structures by Fiber-Optic Sensors. Sensors, 2018, vol. 18(4), art. 1094. https://doi.org/10.3390/s18041094
  19. 19. Wang H.-P. et al. Dynamic Performance Detection of CFRP Pipes via FBG Sensing. Frontiers in Materials, 2021, vol. 8, 683374. https://doi.org/10.3389/fmats.2021.683374
  20. 20. Hasani S. et al. Acoustic Emission-Based Analysis of Damage in FRP Tubes. Sensors, 2023, vol. 23(15), 6994. https://doi.org/10.3390/s23156994
  21. 21. Nekliudova E.A. , Semenov A.S. , Melnikov B.E. , Semenov S.G. Experimental research and FE analysis of fiberglass properties. Magazine of Civil Engineering, 2014, no. 3(47), pp. 25–39. https://doi.org/10.5862/MCE.47.3