隨著海洋油氣開發(fā)向深海發(fā)展，以鋼材為主的傳統(tǒng)材料越來越難以勝任。由于傳統(tǒng)材料造成裝備自重很大，對采油平臺造成了很大的載荷要求。在1500ｍ以深的深水中作業(yè)時(shí)，海水對裝備造成的壓力載荷，是傳統(tǒng)材料無法承受的。海浪的波動對材料的抗疲勞損傷提出了更加苛刻的要求。由于在深海區(qū)域?qū)ρb備的防腐維護(hù)、部件更換等成本比近海區(qū)域要高很多，因此，對所用材料的防腐性能也提出了更高的要求。
在這樣的背景下，近年來，深海油氣開發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)了用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)取代傳統(tǒng)材料的趨勢。碳纖維復(fù)合材料是碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合所制成的結(jié)構(gòu)材料，其中應(yīng)用最多的是碳纖維增強(qiáng)樹脂。碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000Mpa亦高于鋼。其比強(qiáng)度、比模量比鋼材以及鈦合金高得多，同時(shí)，它還有耐腐蝕性強(qiáng)、抗疲勞損傷性能優(yōu)異、易于修補(bǔ)、抗沖擊性強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性低、質(zhì)量輕又無浮力等諸多優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于深海石油平臺的結(jié)構(gòu)件上。
近年來，CFRP在深海油氣領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分材料的工程化應(yīng)用。當(dāng)鉆井深度少于1500m時(shí)，還可以使用鋼材；當(dāng)開采深度達(dá)到2000m時(shí)，海水所引起的巨大的張力載荷會導(dǎo)致鋼材延伸變形，對一些鋼制裝備，如立管和系纜，將產(chǎn)生破壞性影響；當(dāng)開采深度達(dá)到4000m時(shí)，部分鋼制部件已無法滿足性能要求，需要CFRP和鋼材并用；當(dāng)水深達(dá)到5000m時(shí)，鋼制部件已經(jīng)不能滿足使用要求，需要大量使用由CFRP制造的裝備。
以深海油氣開采的關(guān)鍵裝備臍帶管纜為例，當(dāng)管纜延伸至海水下2000m以上時(shí)，若用鋼管，其自重引起的極限延伸率會使內(nèi)部集束電纜崩斷，因此在動態(tài)漂浮過程中，臍帶管纜需要增強(qiáng)軸向抗張能力；但若是通過增加臍帶管纜中內(nèi)置鋼管壁厚或鋼管數(shù)量來提高這種抗張能力，又存在因自重過大而引起崩斷的危險(xiǎn)。如果使用集束CFRP拉擠桿，在達(dá)到與鋼管相同承載效果時(shí)，可比鋼材減重80%。采用這類使用CFRP增強(qiáng)的臍帶管纜，免維護(hù)使用壽命達(dá)25年。
海洋油氣產(chǎn)品是通過豎直的生產(chǎn)立管，從井口經(jīng)過泵站傳輸?shù)狡脚_上。入水越深，立管就承受越大的壓力。與傳統(tǒng)鋼制立管相比較，CFRP輕質(zhì)高強(qiáng)的性能優(yōu)勢不可替代。隨著深水立管質(zhì)量的增加，入水越深，采油平臺所要負(fù)擔(dān)的負(fù)荷就越大，導(dǎo)致需要用更大體積的浮箱來張緊錨系。CFRP立管質(zhì)量僅為鋼制立管的一半，CFRP立管的減重直接減少了頂部張力，導(dǎo)致錨泊系纜張力相應(yīng)減少，也使平臺尺寸相應(yīng)減少，由此解決深海油氣開采過程中金屬管自重帶來的體系不穩(wěn)定、能耗過大和施工不便利等問題。