海洋工程用金屬材料課件

海洋工程用金屬材料海洋工程用金屬材料11．前言2，海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r3，海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料1．前言21．前言1．前言321世紀(jì)是海洋的世紀(jì)2001年全球海洋產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值已達(dá)1.3萬(wàn)億美元，預(yù)計(jì)到2010年將進(jìn)一步上升到3萬(wàn)億美元以上。海洋經(jīng)濟(jì)：海洋漁業(yè)、海洋運(yùn)輸、海洋旅游、海洋食品、海洋勘探、海洋油氣、海洋礦物（海底錳結(jié)核）、海洋新能源（潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電、可燃冰等）、海洋生物工程（提取海洋生物制品治療癌癥和糖尿病等疾病、提取無(wú)污染殺蟲(chóng)劑和化妝品等新原料）等等21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)4海洋油氣產(chǎn)業(yè)、海洋旅游產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代海洋漁業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)已成為目前海洋經(jīng)濟(jì)的四大支柱產(chǎn)業(yè)。海洋油氣產(chǎn)業(yè)是全球最大的海洋產(chǎn)業(yè)。海洋油氣產(chǎn)業(yè)、海洋旅游產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代海洋漁業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)已成5全球的海洋石油儲(chǔ)量約占整個(gè)地球石油總儲(chǔ)量的45%。世界各國(guó)可利用的鉆井平臺(tái)總數(shù)中有41%役齡已超過(guò)20年，需要在5年左右的時(shí)間內(nèi)更新。近海區(qū)域油氣資源因開(kāi)采而不斷減少，需要向深海發(fā)展。全球的海洋石油儲(chǔ)量約占整個(gè)地球石油總儲(chǔ)量的45%。6

海洋平臺(tái)是在海洋上進(jìn)行作業(yè)的場(chǎng)所。海洋石油鉆探與生產(chǎn)所需的平臺(tái)，主要分鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩大類(lèi)。在鉆井平臺(tái)上設(shè)鉆井設(shè)備，在生產(chǎn)平臺(tái)上設(shè)采油設(shè)備。平臺(tái)與海底片口有立管相通。平臺(tái)是進(jìn)行海上鉆井與采油作業(yè)的一種海洋工程結(jié)構(gòu)。海洋平臺(tái)一般都高出海面，能夠避免波浪的沖擊。型式有三邊形、四邊形或多邊形。上下兩層甲板或單層甲板面供安裝、儲(chǔ)存鉆井或采油設(shè)備用。

7海洋工程用金屬材料課件8按運(yùn)動(dòng)方式，可分為固定式與移動(dòng)式兩大類(lèi)

群柱式樁基式腿柱式海洋平臺(tái)固定式移動(dòng)式樁式重力式浮式坐底式順應(yīng)式船式半潛式坐底式自升式獨(dú)立腿式沉墊式牽索塔式張力腿式海洋平臺(tái)的分類(lèi)按運(yùn)動(dòng)方式，可分為固定式與移動(dòng)式兩大類(lèi)群柱式海洋9半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(tái)。它是大部分浮體沉沒(méi)于水中的一種小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，它從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)，由平臺(tái)本體、立柱和下體或浮箱組成。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接，在下體問(wèn)的連接支撐一般都設(shè)在下體的上方，這樣，當(dāng)平臺(tái)移位時(shí)，可使它位于水線之上，以減小阻力；平臺(tái)上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。平臺(tái)本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊。下體或浮箱提供主要浮力，沉沒(méi)于水下以減小波浪的擾動(dòng)力。平臺(tái)本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺(tái)的穩(wěn)性，所以又有立柱穩(wěn)定式之稱(chēng)。

半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定10海洋工程用金屬材料課件11鉆井船

鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的船，也屬于移動(dòng)式(船式)鉆井裝置。較早的鉆井船是用駁船、礦砂船、油船、供應(yīng)船等改裝的，現(xiàn)在已有專(zhuān)為鉆井設(shè)計(jì)的專(zhuān)用船。目前，已有半潛、坐底、自升、雙體、多體等類(lèi)型。鉆井船在鉆井裝置中機(jī)動(dòng)性最好，但鉆井性能卻比較差。鉆井船與半潛式鉆井平臺(tái)一樣，鉆井時(shí)浮在水面。井架一般都設(shè)在船的中部，以減小船體搖蕩對(duì)鉆井工作的影響，且多數(shù)具有自航能力。鉆井船在波浪中的垂蕩要比半潛式平臺(tái)大，有時(shí)要被迫停鉆，。增加停工時(shí)間，所以更需采用垂蕩補(bǔ)償器來(lái)緩和垂蕩運(yùn)動(dòng)。鉆井船適于深水作業(yè)，但需要適當(dāng)?shù)膭?dòng)力定位設(shè)施。鉆井船適用于波高小、風(fēng)速低的海區(qū)。它可以在600m水深的海底上進(jìn)行探查，掌握海底油、氣層的位置、特性、規(guī)模、貯量，提供生產(chǎn)能力等

鉆井船

鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的12海洋工程用金屬材料課件13

生產(chǎn)平臺(tái)通常又叫浮油平臺(tái)，是專(zhuān)門(mén)從事海上油、氣等生產(chǎn)性的開(kāi)采、處理、貯藏、監(jiān)控、測(cè)量等作業(yè)的平臺(tái)。有的是單個(gè)平臺(tái)，也可由幾個(gè)不同用途的平臺(tái)扭引橋相連，組成石油生產(chǎn)基地。按建筑材料可分為鋼筋混凝土平臺(tái)和鋼質(zhì)平臺(tái)；按結(jié)構(gòu)型式可分為固定式平臺(tái)和移動(dòng)式平臺(tái)。固定式平臺(tái)又可分為樁基式與重力式兩種；移動(dòng)式平臺(tái)又可分為自升式與張力腿式、牽索塔式等。

生產(chǎn)平臺(tái)

生產(chǎn)平臺(tái)通常又叫浮油平臺(tái)，是專(zhuān)門(mén)從事海上油、氣等生產(chǎn)14

1、重力式采油平臺(tái)它一般都足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，作為采油、貯存和處理用的大型多用途平臺(tái)，它由底部的大貯油罐、單根或多根立柱、平臺(tái)甲板和組裝模塊等部分組成，規(guī)模較大的，可開(kāi)采幾十口井，貯油十幾萬(wàn)噸，平臺(tái)的總重量可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸。各類(lèi)平臺(tái)，根據(jù)作業(yè)要求，配備相應(yīng)的采油，處理及生活等設(shè)施。1、重力式采油平臺(tái)15海洋工程用金屬材料課件16

2、導(dǎo)管架式平臺(tái)樁基式平臺(tái)用鋼樁固定于海底。鋼樁穿過(guò)導(dǎo)管打入海底，并由若干根導(dǎo)管組合成導(dǎo)管架。導(dǎo)管架先在陸地預(yù)制好后，拖運(yùn)到海上安裝就位，然后順著導(dǎo)管打樁，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導(dǎo)管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導(dǎo)管連成一體固定于海底。這種施工方式，使步上工作量減少。平臺(tái)設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當(dāng)?shù)氐暮r而定，一般大約高出4-5m，這樣可避免波浪的沖擊。樁基式平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，是目前最主要的固定式平臺(tái)。但其尺度、重量隨水深增加而急驟增加，所以在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。2、導(dǎo)管架式平臺(tái)17海洋工程用金屬材料課件18

3、張力腿式平臺(tái)

張力腿式平臺(tái)是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡的鉆井平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，半潛式平臺(tái)的錨泊定位系統(tǒng)，都是利用錨索的懸垂曲線的位能變化來(lái)吸收平臺(tái)在波浪中動(dòng)能的變化。懸垂曲線鏈的特征之一是鏈的下端必須與水底相切，以保證錨柄不會(huì)從水底抬起，這樣就可保證錨的抓力。張力腿式平臺(tái)也是采用錨泊定位的，但與一般半潛式平臺(tái)不同，其所用錨索是繃緊成直線的，不是且懸垂曲線的，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的錨是樁錨（即打入水底的樁作為錨用），或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起主的轉(zhuǎn)爪錨。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。3、張力腿式平臺(tái)19海洋工程用金屬材料課件20

4、牽索塔式平臺(tái)

牽索塔式平臺(tái)是一瘦長(zhǎng)的桁架結(jié)構(gòu)，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撐，其上端支承作業(yè)甲板。桁架的四周用鋼索、重塊、錨鏈和錨所組成的錨泊系統(tǒng)加以牽緊，使它能保持直立狀態(tài)。由于這種平臺(tái)是由錨泊系統(tǒng)牽緊的，它在小風(fēng)浪時(shí)僅發(fā)生微幅擺動(dòng)；風(fēng)浪大時(shí)，由于桁架結(jié)構(gòu)擺動(dòng)幅度大，會(huì)把重塊拉得離開(kāi)海底，從而要吸收掉風(fēng)浪的一部分能量，因此平臺(tái)仍可維持在許可范圍內(nèi)擺動(dòng)。這種平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件尺寸小，故所受到的風(fēng)、浪、流的作用力也小。這種平臺(tái)能適用于300～600m水深的海域。但若水深超過(guò)600米，則由于要提高桁架的抗彎能力，建造時(shí)所耗用的材料會(huì)大大增加，經(jīng)濟(jì)上不一定合算。

4、牽索塔式平臺(tái)21海洋工程用金屬材料課件22我國(guó)是僅次于美國(guó)的全球第二大石油消費(fèi)國(guó)。2020年我國(guó)石油消費(fèi)需求量為4.0～4.5億噸，國(guó)內(nèi)可供量為1.8～2.0億噸。石油的對(duì)外依存度將從目前的接近50%，進(jìn)一步上升到55%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際公認(rèn)的30%警戒線我國(guó)是僅次于美國(guó)的全球第二大石油消費(fèi)國(guó)。23目前國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)總量的70%集中在普遍進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期。我國(guó)所管轄的海域蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，初步估算可達(dá)388億噸油氣儲(chǔ)量，其中我國(guó)南海油氣資源被稱(chēng)為“第二個(gè)中東”。水深不超過(guò)200米的近海大陸架，如渤海灣、珠江口和南海北部灣等海域的原油當(dāng)量產(chǎn)量已達(dá)4000萬(wàn)噸左右。

目前國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)總量的70%集中在普遍進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期。24我國(guó)南海北部的海域地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)調(diào)查也揭示了存在天然氣水合物的可能性，這種通常埋藏在深水區(qū)域淺表層的天然氣水合物，極有可能成為接替常規(guī)石油和天然氣的新能源。我國(guó)南海北部的海域地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)調(diào)查也揭示了存在天252．海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略2.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況2.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距2．海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)262.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略

主要包括海洋石油和天然氣的鉆井平臺(tái)、采油平臺(tái)、鉆井成套設(shè)備、鉆井采油設(shè)備、油氣分離處理設(shè)備、油氣集輸設(shè)備等核心工程設(shè)備，以及鉆井輔助采油設(shè)備、海洋船舶工程通用系統(tǒng)等配套工程設(shè)備。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)是涉及國(guó)家能源穩(wěn)定和國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)

2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略

主要包括海洋石油272.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況世界100多個(gè)沿海國(guó)家都在海洋油氣產(chǎn)業(yè)上加大投資和開(kāi)發(fā)力度。目前已有60多個(gè)國(guó)家進(jìn)行深水油氣的勘探和開(kāi)發(fā)，形成嚴(yán)峻的區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)格局。產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)品研制主要掌握在北美、西歐及東亞地區(qū)的少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中。2.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況世界100多個(gè)沿海國(guó)28北美地區(qū)的美國(guó)在世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)方面仍保持主導(dǎo)地位美國(guó)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，國(guó)內(nèi)成套率和全球市場(chǎng)份額居世界各國(guó)之首。世界海洋石油技術(shù)裝備市場(chǎng)份額的50%以上為美國(guó)的跨國(guó)公司所占據(jù)，休斯敦已成為全世界海洋石油技術(shù)開(kāi)發(fā)中心。拉美地區(qū)的巴西是發(fā)展中國(guó)家中海洋石油設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度最高的國(guó)家，其海底完井裝置數(shù)量為全球之最。北美地區(qū)的美國(guó)在世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)方面仍保持主導(dǎo)地位29歐洲的英國(guó)和法國(guó)是除美國(guó)之外海洋石油工業(yè)技術(shù)發(fā)展較為成熟的國(guó)家英國(guó)的動(dòng)力定位技術(shù)法國(guó)的高壓石油軟管制造技術(shù)挪威的水泥重力平臺(tái)設(shè)計(jì)制造技術(shù)意大利的海上鋪管、管線涂敷，全液壓無(wú)線絞車(chē)新型鉆井技術(shù)和裝備瑞典的動(dòng)力定位鋪管技術(shù)荷蘭的大噸位海上浮吊裝備和海底工程地質(zhì)調(diào)查技術(shù)德國(guó)的海上液壓工業(yè)裝備技術(shù)、大功率變頻電力拖動(dòng)技術(shù)歐洲的英國(guó)和法國(guó)是除美國(guó)之外海洋石油工業(yè)技術(shù)發(fā)展較為成熟的國(guó)30亞洲的日本、韓國(guó)在海洋工程制造領(lǐng)域快速發(fā)展日本依靠造船、冶金、電子技術(shù)的全球優(yōu)勢(shì)，在油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)、海洋工程結(jié)構(gòu)、石油管材及平臺(tái)配套設(shè)備方面取得了重大突破。韓國(guó)的海洋平臺(tái)建造技術(shù)以?xún)r(jià)格低廉、交貨迅速、質(zhì)量上乘的優(yōu)勢(shì)在奪標(biāo)方面往往超過(guò)美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等，目前世界上已建成的超深水半潛式和浮船式鉆井平臺(tái)大部分來(lái)自韓國(guó)。亞洲的日本、韓國(guó)在海洋工程制造領(lǐng)域快速發(fā)展日本依靠造船、冶312.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程，取得了顯著的成績(jī)。從1970年至今，共設(shè)計(jì)建造了移動(dòng)式鉆井平臺(tái)12座、固定式（導(dǎo)管架）采油平臺(tái)65座、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）11條、半潛式鉆井平4座等。已能制造成套1500～7000m等系列鉆機(jī)及配套設(shè)備、4500m修井機(jī)、平臺(tái)采油樹(shù)、13.75in×69mpa防噴器等用于海上平臺(tái)鉆井和采油裝備。2.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝32與市場(chǎng)需求和國(guó)外水平相比，還存在著很大差距，特別是深海油氣開(kāi)發(fā)裝備。

我國(guó)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)管架平臺(tái)應(yīng)用僅限于100米水深以?xún)?nèi)，而國(guó)際上已研究開(kāi)發(fā)作業(yè)水深3000米以上的第六代半潛式鉆井平臺(tái)。海洋油氣鉆井設(shè)備的最大鉆井深度雖能達(dá)到7000米，但國(guó)際上海洋油氣的最大鉆井深度可達(dá)9000～12000米。國(guó)內(nèi)廠商基本上停留在船體制造上，設(shè)備大多數(shù)由國(guó)外建造配套。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備的落后，已經(jīng)成為制約我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸之一。與市場(chǎng)需求和國(guó)外水平相比，還存在著很大差距，特別是深海油氣開(kāi)333海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料3海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型34海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物、海洋油氣鉆采設(shè)備、海洋油氣輸送貯藏設(shè)備和其它輔助配套工程裝備。其中海洋油氣鉆采平臺(tái)通常分為可變換位置的移動(dòng)式結(jié)構(gòu)和固定于海底的固定式結(jié)構(gòu)物。移動(dòng)式結(jié)構(gòu)具有代表性的是自升式鉆探平臺(tái)和半潛式鉆探平臺(tái)，主要用于勘探鉆井及試開(kāi)采。在試開(kāi)采后確認(rèn)有商業(yè)價(jià)值，便安裝固定式采油平臺(tái)。固定式采油平臺(tái)主要有導(dǎo)管式平臺(tái)、重力式平臺(tái)、牽索塔式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)及單立柱式平臺(tái)等隨著海上油田離岸距離的增大，一種新型的油氣開(kāi)采平臺(tái)FPSO（海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)）在上世紀(jì)80年代興起后，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物、海洋油氣鉆35海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）作為高技術(shù)、高附加值的新型海上石油開(kāi)采關(guān)鍵設(shè)備，已成為世界海上油田開(kāi)發(fā)的主流方式，它自20世界80年代興起，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，截止2008年3月底，全球運(yùn)營(yíng)的FPSO有212臺(tái)。該系統(tǒng)由一艘浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪和一艘穿梭油輪組成，以浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪為基礎(chǔ)，對(duì)開(kāi)采的石油進(jìn)行儲(chǔ)存，隨后通過(guò)穿梭油輪外輸，它是集生產(chǎn)和生活系統(tǒng)為一體的海洋石油生產(chǎn)基地。FPSO與海洋平臺(tái)相比具有初期投資少、建造周期短、遷移方便、可重復(fù)使用及不需鋪設(shè)長(zhǎng)距離輸油管線等優(yōu)點(diǎn)，最大作業(yè)水深2000米。海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）36浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)

FloatingProductionStorageandOffloading浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)

FloatingProduc37海洋工程用金屬材料課件38海洋工程用金屬材料課件393.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1.1海403.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物，處在風(fēng)、浪、流、海水腐蝕、甚至嚴(yán)寒的惡劣環(huán)境下工作，特別在深海域，還受到海洋密度分層產(chǎn)生的內(nèi)波影響及水波流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)物相互作用的勢(shì)流動(dòng)力學(xué)影響，因此往往具有特殊的結(jié)構(gòu)形式，并且在材料上提出了比船舶用鋼更高的要求。3.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材41硫含量和Z向性能的要求

（我國(guó)船舶檢驗(yàn)局規(guī)定）

Z向性能（板厚方向的斷面收縮率Ψz）

硫含量和Z向性能的要求

（我國(guó)船舶檢驗(yàn)局規(guī)定）Z向性能（板42強(qiáng)度和韌性要求要求屈服強(qiáng)度高，特別是移動(dòng)式平臺(tái)，要求采用400～690MPa級(jí)高屈服強(qiáng)度的鋼材。對(duì)韌性的要求高。在寒冷地區(qū)，需要有足夠的低溫韌性。強(qiáng)度和韌性要求要求屈服強(qiáng)度高，特別是移動(dòng)式平臺(tái)，要求采用4043耐腐蝕性能要求海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下將受到潮流、鹽分、水溫、微生物等腐蝕影響，并且在海水中的不同部位（海洋大氣帶、飛濺帶、潮差帶、全浸帶和海土帶）受到的腐蝕情況不同。耐腐蝕性能要求海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下將受到潮流、鹽分、44海洋大氣帶的腐蝕為海洋大氣腐蝕海洋大氣中有大量含鹽微粒的水氣，加上雨、霧、風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象因素，海洋大氣腐蝕要比其它類(lèi)別的大氣腐蝕嚴(yán)重。耐海洋大氣腐蝕的有效合金元素Cu、P、Si、Al、Mo、Cr等，其中效果最顯著的元素為Cu、P，不與海水直接接觸的海洋結(jié)構(gòu)物部分可采用耐海洋大氣腐蝕鋼。海洋大氣帶的腐蝕為海洋大氣腐蝕海洋大氣中有大量含鹽微45飛濺帶一般是指平均潮位受到波浪作用的上限部分受到海水交替的干濕變化，溶解的氧量也比較多。由于日光的照射使溫度升高，再加上海面的污損生物、浮油等的附著以及臺(tái)風(fēng)、流水等促進(jìn)腐蝕因素，所以腐蝕極為劇烈，是海水腐蝕環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的部位，其腐蝕速度可達(dá)到全浸帶的好幾倍。提高鋼在飛濺帶的耐腐蝕能力的有效合金元素P、Cu、Mo、Ni、Cr、Si、W、Ti等，效果最顯著的元素為P、Cu、Mo。飛濺帶一般是指平均潮位受到波浪作用的上限部分受到海水交替的46潮差帶和飛濺帶同樣也是腐蝕嚴(yán)重的部位但由于潮差帶的供氧情況比下部的全浸帶好，在潮差帶和全浸帶之間形成的氧的濃差電池，使潮差帶作為該電池的陰極而受到保護(hù)，使腐蝕的速度和程度降低，提高鋼在潮差帶的耐腐蝕能力，可選用與飛濺帶相同的有效合金元素。潮差帶和飛濺帶同樣也是腐蝕嚴(yán)重的部位但由于潮差帶的供氧47全浸帶指潮差帶與海底之間海水浸沒(méi)的部分全浸帶由于上述氧濃差電池作用和海水流動(dòng)造成金屬上氧的不均勻分布形成的氧濃差電池及海洋生物的作用，加上不同的金屬接觸所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，所以除了金屬的均勻腐蝕，還會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕或點(diǎn)蝕。減輕材料在全浸帶腐蝕的有效元素Cr、P、Al、Mo、Si等，特別是Cr。在深海，由于含氧量少，海水溫度隨水深而降低，海洋生物附著減少，同時(shí)海水流速也減慢，所以腐蝕速度反較慢，合金元素效果也變得不明顯。全浸帶指潮差帶與海底之間海水浸沒(méi)的部分全浸帶由于上述氧濃差48海土帶中氧極少，所以腐蝕也最輕。對(duì)部分埋在海底，部分裸露在海水中的鋼結(jié)構(gòu)，由于氧的氧濃差電池作用，加快了埋在海土中的部分鋼的腐蝕。在海土中，特別是在淺海海土中，由于從陸地上流入的污染土中存在大量促進(jìn)腐蝕的微生物，腐蝕較為劇烈。海土帶中氧極少，所以腐蝕也最輕。對(duì)部分埋在海底，部分裸露在49冷加工性要求

一般船體結(jié)構(gòu)用鋼，即使是大型船舶用鋼，僅用30～50mm厚的鋼板，但海底石油采掘設(shè)備等大型海洋結(jié)構(gòu)物則需要用60～70mm，甚至更厚的鋼板，而且主要是進(jìn)行冷加工，因此需要鋼板有更好的冷加工性能。冷加工性要求一般船體結(jié)構(gòu)用鋼，即使是大型船舶用鋼，僅用50焊接性能要求

大型海洋結(jié)構(gòu)物大多是管件，圓形構(gòu)架狀的組合，形狀變化大，往往需要將數(shù)據(jù)組合的管子在應(yīng)力集中處進(jìn)行焊接，并且大多在露天或海上作業(yè)條件很差的情況下焊接，所以要求材料有比艦船用鋼更好的焊接性能和更便于焊接操作的條件。焊接性能要求大型海洋結(jié)構(gòu)物大多是管件，圓形構(gòu)架狀的組合513.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物主要采用鋼質(zhì)材料建造，大量使用的鋼材是焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼和焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕用鋼，它們除了按各種船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行要求外，常常還要求耐層狀撕裂性能和焊接接頭的COD性能，比規(guī)范要求更為嚴(yán)格。3.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料海523.1.2.1海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對(duì)平臺(tái)的本體結(jié)構(gòu)物必須充分考慮結(jié)構(gòu)是否會(huì)因水壓產(chǎn)生彎曲變形，并且在施工時(shí)使用冷熱加工及焊接接頭必須滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度，通常采用抗拉強(qiáng)度為500MPa級(jí)的正火型高強(qiáng)鋼，鋼板厚度通常不大于130mm，不建議用調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)鋼。3.1.2.1海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對(duì)平臺(tái)53海洋油氣鉆采平臺(tái)經(jīng)常采用的焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼屈服點(diǎn)為320MPa的AH32-EH32鋼、屈服點(diǎn)為360MPa的AH36-EH36鋼、屈服點(diǎn)為390～690MPa級(jí)鋼，如美國(guó)的ASTMA537C1.2,A543,A633Gr.E,A678Gr.D,A710Gr.C,A737Gr.C，英國(guó)的BS436055E和55F，挪威的NVF420和460，日本的KA43、47、51、56、63、63N、70、70N、KD43、47、51、56、63、63N、70、70N，KE43、47、51、56、63、63N、70、70N，KF43、47、51、56、63、63N、70、70N等。海洋油氣鉆采平臺(tái)經(jīng)常采用的焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼屈服點(diǎn)為3543.1.2.2海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕用鋼

海洋環(huán)境對(duì)鋼的腐蝕情況非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有一個(gè)低合金鋼號(hào)能全面達(dá)到海洋環(huán)境的要求。目前國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)的低合金耐海水腐蝕用鋼按成份系列可分為:Ni-Cu-P系、Cr-Nb系、Cr-Cu系、Cr-Al系、Cr-Cu-Si系、Cr-Cu-Al系、Cr-Cu-Mo系、Cr-Cu-P系、Cr-Al-Mo系等，以下介紹典型的鋼號(hào)。3.1.2.2海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕55美國(guó)的Mariner鋼

Ni-Cu-P系的半鎮(zhèn)靜鋼，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為：355MPa和490MPa以上，特點(diǎn)是在飛濺帶的耐海水腐蝕性能好，為普通碳素鋼的2～3倍，即使在沒(méi)有混凝土包履等防護(hù)措施的情況下，也能長(zhǎng)期的使用，而且很少發(fā)生點(diǎn)蝕。但此鋼中含P量較高（0.08～0.15%P），不適宜厚度大于20mm鋼板的焊接，不能用于焊接的海洋結(jié)構(gòu)物，主要用作護(hù)堤、筑堤等用的鋼樁。美國(guó)的Mariner鋼Ni-Cu-P系的半鎮(zhèn)靜鋼，其56日本的Mariloy鋼

該鋼針對(duì)美國(guó)“Mariner”鋼P(yáng)含量高、焊接性能差及全浸帶耐腐蝕性能差的問(wèn)題而研制的耐海水腐蝕鋼，包括2個(gè)強(qiáng)度級(jí)別（σs≥400MPa和σb≥490MPa），三種不同海水部位（飛濺帶、全浸帶、飛濺帶和全浸帶）的6個(gè)鋼號(hào)，它們是鋼中含P量≤0.03%的Cr-Cu系低合金耐海水腐蝕鋼，其中Mariloy鋼P(yáng)50的σs≥325MPa，σs≥490MPa，在飛濺帶的耐腐蝕性能是普通碳素鋼的2倍左右，用于系船浮標(biāo)、鋼樁等，適用厚度6～25mm。日本的Mariloy鋼該鋼針對(duì)美國(guó)“Mariner”57法國(guó)的APSCr-Al鋼

該鋼包括APS20A、APS20M、APS25三個(gè)鋼號(hào),它們均含有4%Cr，APS20A含有0.90%Al，APS20M含有0.90%Al和0.15%Mo，APS25含有0.60%Al和0.15%Mo及0.80%Ni。正火后20mm以下鋼材的強(qiáng)度為：APS20A、APS20M的σs≥310MPa，σs≥490MPa；APS25的σs≥590MPa，σs≥835MPa；它們的耐海水腐蝕性能大大優(yōu)于碳鋼，在海水中全浸46個(gè)月的對(duì)比腐蝕試驗(yàn)表明，為碳鋼的2.18～3.23倍，它們?cè)诤附訒r(shí)不需要預(yù)熱或焊后熱處理，但以650℃消除應(yīng)力為宜；缺點(diǎn)是該鋼有晶粒長(zhǎng)大傾向，因此要防止過(guò)熱，并且除氬弧焊外，不能做到含Al均勻的焊縫；APSCr-Al鋼用于制造船舶管道、海水制水設(shè)備、防波堤的護(hù)板、閘門(mén)、渡船、救生艇、鹽器設(shè)備等.法國(guó)的APSCr-Al鋼該鋼包括APS20A、A58我國(guó)從1965年起開(kāi)始研制耐海水腐蝕鋼

試驗(yàn)鋼號(hào)近200種，其中10Cr2MoAlRE、08PVRE、09MnCuPTi、10MnPNbRE、10NiCuAs、10CrMoAl等已通過(guò)鑒定，但除了少數(shù)用戶(hù)因個(gè)別工程需要訂貨外，尚未推廣開(kāi)來(lái)，應(yīng)用少，產(chǎn)量也少，多用在鋼板樁、海水冷凝器、輸海水管線、管樁、船塢閘門(mén)等方面，尚未涉及大型的固定式和移動(dòng)式海洋結(jié)構(gòu)物。我國(guó)從1965年起開(kāi)始研制耐海水腐蝕鋼試驗(yàn)鋼號(hào)近20593.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備603.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求

隨著油氣資源的枯竭，對(duì)原來(lái)曾拋棄的具有腐蝕環(huán)境的油氣井重新進(jìn)行開(kāi)采，特別是上世紀(jì)70年代初開(kāi)始的石油危機(jī)以來(lái)，隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，各類(lèi)工況的油氣井越來(lái)越多，含有腐蝕性氣體的油氣井日益增加，鉆采的深?；?，寒冷化和鉆采技術(shù)的進(jìn)步，使鉆采設(shè)備的工況變得更加復(fù)雜。3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求61腐蝕問(wèn)題CO2腐蝕和硫化物腐蝕（H2S應(yīng)力腐蝕）；酸處理腐蝕，為了提高油氣生產(chǎn)率、回收率，采用注入強(qiáng)酸（如1.5%HF+13.5%HCl+緩蝕劑）技術(shù)，增加地層溶解帶來(lái)的腐蝕；工作液腐蝕，隨著開(kāi)發(fā)井的高壓化，往往采用在套管和油氣流動(dòng)管道之間流入高比重、高濃度金屬鹵化物工作液的技術(shù)，帶來(lái)管道表面的應(yīng)力腐蝕。腐蝕問(wèn)題CO2腐蝕和硫化物腐蝕（H2S應(yīng)力腐蝕）；酸處62溫度問(wèn)題

深井帶來(lái)的高溫環(huán)境：由于油氣的高深度帶來(lái)鉆采溫度的升高；低溫海水帶來(lái)的石蠟析出問(wèn)題：深海油氣生產(chǎn)中由于受深海低溫海水的影響，管內(nèi)油氣溫度下降引起管內(nèi)內(nèi)壁折出石蠟，使流速下降而降低生產(chǎn)率。溫度問(wèn)題深井帶來(lái)的高溫環(huán)境：由于油氣的高深度帶來(lái)鉆采溫63對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題油井管螺紋接頭經(jīng)常采用石墨、重金屬、黃油構(gòu)成的潤(rùn)滑劑和接頭磨損后油氣泄漏帶來(lái)的海洋環(huán)境污染問(wèn)題。對(duì)海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料有高耐蝕性、高強(qiáng)度、對(duì)輸送流體有保溫性、必要的螺紋接頭性及限制使用對(duì)海洋環(huán)境造成污染的物質(zhì)等要求。對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題油井管螺紋接頭經(jīng)常采用石墨、重金屬、黃油構(gòu)成的643.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料

油氣鉆采是無(wú)縫鋼管最大的用戶(hù)，消耗最多的油套管一般采用屈服強(qiáng)度400～800MPa的碳錳鋼和低合金鋼制造；對(duì)于有酸性氣體(CO2，CO2+H2S)和氯離子腐蝕的油、氣井，需要采用耐腐蝕的不銹鋼甚至鎳基合金做油套管和輸送管。3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料油氣鉆采是無(wú)縫鋼管65海洋工程用金屬材料課件66隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，含有腐蝕性氣體的油氣井逐步增多，為適應(yīng)高深度化(高溫高壓)、深海化、寒冷化環(huán)境要求和水平挖掘等技術(shù)的進(jìn)步，油井管也向高度化多樣化發(fā)展，碳鋼和低合金鋼油井管已不能適應(yīng)海洋油氣開(kāi)發(fā)的要求，對(duì)雙相不銹鋼油井管和高強(qiáng)度的不銹鋼無(wú)縫管(13%Cr～15%Cr)的需求愈來(lái)愈多，但由于雙相不銹鋼管的價(jià)格高，使用量受到限制，在高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼13Cr無(wú)縫管的基礎(chǔ)上又發(fā)展了超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管。隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，含有腐蝕性氣體的油氣井逐步增多67海洋工程用金屬材料課件68

超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管由于含碳量極低，Cr、Ni、Mo含量高，因此耐腐蝕性能和高溫性能提高，更能適應(yīng)大多數(shù)較惡劣海洋環(huán)境的油氣井條件。超級(jí)馬氏體不銹鋼13Cr無(wú)縫管可分HP1-13CR、HP2-13CR、UHP-15CR三類(lèi)，它們的化學(xué)成份范圍如下表所示：

超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管由于含碳量極低，Cr、Ni、69海洋工程用金屬材料課件703.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工713.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備

用金屬材料3.3.1海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.3.2海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料3.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備

用金屬材料3.3.1海洋油氣723.3.1海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求海洋油氣輸送用鋼管和海洋油氣貯藏用壓力容器是海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備的二大關(guān)鍵部件，它們直接與海洋油氣接觸，通常承受較大的靜、動(dòng)載荷，并承受油氣氣流的沖刷和腐蝕，如酸性氣體（CO2,CO2+H2S）和氯離子腐蝕；寒冷地區(qū)的管線，除高強(qiáng)度、高韌塑性、良好的耐油氣腐蝕性能外，還需有足夠的低溫韌性；由于管線的最后拼裝環(huán)焊一般均在野外進(jìn)行，還必須考慮極地或寒冷季節(jié)低溫環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量的影響，要求有良好的焊接性。貯存和運(yùn)輸海洋油氣需要的液化石油氣（LPG），液化天然氣（LNG）儲(chǔ)缸或油輪，需要大量低溫鋼制作壓力容器，低溫鋼性能的主要指標(biāo)是低溫韌性，包括低溫沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以及制止裂紋脆性擴(kuò)展的能力，用以保證貯存和運(yùn)輸?shù)陌踩浴?.3.1海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求海733.3.2海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料海洋油氣輸送管線用鋼海洋油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備用金屬材料3.3.2海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料海洋油氣輸送管線用74海洋油氣輸送管線用鋼

許多國(guó)家都有油氣輸送管線用鋼的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)的GB9711，美國(guó)的ASTMA134、A139、A221、A252、A381等，前蘇聯(lián)的ГOCT20297，日本的JISG3444，JIS3457，德國(guó)的DIN17172，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2604/VI等，但國(guó)際上各國(guó)都執(zhí)行美國(guó)石油協(xié)會(huì)的API5L，API5LX，API5LU標(biāo)準(zhǔn)。海洋油氣輸送管線用鋼許多國(guó)家都有油氣輸送管線用鋼的專(zhuān)用75油氣輸送管線用鋼包括無(wú)縫鋼管和焊接鋼管二大類(lèi)。目前的長(zhǎng)距離輸送管線直徑一般在760～1067mm之間，最大直徑可達(dá)1625～2400mm，壁厚一般在8～19mm，也有厚達(dá)25.4mm的。按照API標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上廣泛采用的管線用鋼為X42～X80的焊接高強(qiáng)度鋼。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了X100～X120級(jí)管線用鋼。材質(zhì)通常有非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，雙相不銹鋼和超級(jí)雙相不銹鋼，超級(jí)馬氏體不銹鋼等。海洋工程用金屬材料課件76X42以上級(jí)別，材質(zhì)為非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的管線鋼屬低合金焊接高強(qiáng)度鋼。X42、X46、X52為低碳錳鋼。X56、X60、X65為低C-Mn-V-Nb-(Ti)鋼。X70多為低C-Mn-V-Nb或低C-Mn-Mo-Nb-(Ti)鋼。X80為低C-Mn-Mo-V-Nb鋼X100為低C-Mn-Mi-Nb-Cu-(Mo)鋼但由于各國(guó)原料條件、使用條件、生產(chǎn)條件的不同，也有其它合金系列的管線用低合金焊接高強(qiáng)度鋼。對(duì)X60級(jí)以上的管線鋼均用潔凈鋼的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)；對(duì)X56級(jí)以上強(qiáng)度較高的管線鋼，多采用控軋控冷工藝和TMCP工藝生產(chǎn)。X42以上級(jí)別，材質(zhì)為非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的管線鋼屬低合金焊接高強(qiáng)77海洋油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備用金屬材料海洋油氣儲(chǔ)存方法可分為常溫加壓、常壓冷藏及中壓半冷藏等方式，儲(chǔ)存的容器通常采用高強(qiáng)鋼和低溫鋼制造。常溫加壓式儲(chǔ)罐（球形容器）宜采用具有細(xì)小淬火～回火組織的調(diào)質(zhì)型HT60～HT80高強(qiáng)度鋼制造。常壓冷藏式儲(chǔ)罐（大容量的圓柱形容器）采用低溫鋼制造。中壓半冷藏式儲(chǔ)罐采用低溫用調(diào)質(zhì)鋼和低溫鋼制造。海洋油氣采用常壓冷藏式及中壓半冷藏式油輪運(yùn)輸和大型儲(chǔ)罐儲(chǔ)存更為經(jīng)濟(jì)。海洋油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備用金屬材料海洋油氣儲(chǔ)存方法可分為常溫加壓、常78對(duì)不同儲(chǔ)運(yùn)方式及液化溫度的液化氣采用不同的材料制造儲(chǔ)罐和儲(chǔ)輪：液化石油氣（LPG）的主要成分為丙烷（液化溫度：-42℃）、丙烯（液化溫度：-47.7℃）、丁烷（液化溫度：-0.5℃）等。常壓冷藏式LPG儲(chǔ)罐和儲(chǔ)輪采用2.25%Ni鋼或調(diào)質(zhì)型鋁鎮(zhèn)靜鋼（Si-Mn系）等低溫鋼制造，美國(guó)牌號(hào)分別為ASTMA203和ASTMA537，常壓加壓式球形儲(chǔ)罐采用調(diào)質(zhì)型HT60～HT80高強(qiáng)鋼制造對(duì)不同儲(chǔ)運(yùn)方式及液化溫度的液化氣采用不同的材料制造儲(chǔ)罐和儲(chǔ)輪79液化乙烯（液化溫度：-104℃）儲(chǔ)罐采用中壓半冷藏儲(chǔ)存方式，其儲(chǔ)罐最初采用低溫用調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度鋼制造，后來(lái)采用3.5%Ni鋼，調(diào)質(zhì)型的3.5%Ni鋼為JIS3127SL3N440，最低使用溫度為-110℃液化乙烯（液化溫度：-104℃）儲(chǔ)罐采用中壓半冷藏儲(chǔ)存80液化天然氣（LNG）的主要成份為甲烷（液化溫度：-162℃），并含有乙烷（液化溫度：-89℃）、丙烷、CO2（在-78.5℃下為干冰）及硫化氫（液化溫度：-59.5℃）等，因此需要能承受更低溫度的低溫材料制造儲(chǔ)存容器。常壓冷藏式儲(chǔ)罐用得最多的低溫材料是9%鎳鋼（可保證-196℃下的韌性）；鋁合金A5083（易焊接的Al-Mg合金，最低使用溫度可達(dá)-273℃）；奧氏體不銹鋼（304、304L、316、316L、347，最低使用溫度可達(dá)-273℃）；以及在薄膜型液輪中應(yīng)用的36%鎳鋼（因瓦合金，是一種低膨脹合金，又稱(chēng)殷鋼，一般使用厚度為0.7mm）。液化天然氣（LNG）的主要成份為甲烷（液化溫度：-162℃）81結(jié)語(yǔ)2009年2月11日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，審議并原則通過(guò)《船舶工業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃》。會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要加快自主創(chuàng)新，在新增中央投資中安排產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造專(zhuān)項(xiàng)，支持新型自升式鉆井平臺(tái)等海洋工程裝備和重點(diǎn)配套產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)。要培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，努力開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，擴(kuò)大海洋工程裝備國(guó)際市場(chǎng)份額。結(jié)語(yǔ)2009年2月11日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶主持召開(kāi)國(guó)務(wù)82NewMaterialsChallenges----AnAlternateEnergySourceFromTheSea

(Rath,NRL,NAVY,USA)Inthe21stCentury:Energy,Water,EnvironmentOilasafiniteresource:2000—1975,increaseof50%;2010atpeak;2050,decreasesNaturalgasreserve,consumption&importNewMaterialsChallenges----83EnvironmentalBenefitsofMethaneasaFuelMethaneGasHydrates(Clathrates)MixedHydrates(propertiesofIceandClathrateHydrates)JapanDeepTowedAcousticGeophysicsSystem(DTAGS)深海牽引MethaneFuelBiologyBatteryEnvironmentalBenefitsofMeth84Hydratesamples

Hydratesamples85DeepTowedAcousticGeophysicsSystem(DTAGS)DeepTowedAcousticGeophysics86

DeepSeaDrillingProgram(DSDP)

DeepSeaDrillingProgram87AlasksDrillAlasksDrill88DrillBoatDrillBoat89MethaneHydratesAbundantaffordableandenvironmentallysoundsourceofthe21stCentury21世紀(jì)豐富而環(huán)境友好的能源MethaneHydratesAbundantaffor90謝謝!謝謝!91海洋工程用金屬材料海洋工程用金屬材料921．前言2，海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r3，海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料1．前言931．前言1．前言9421世紀(jì)是海洋的世紀(jì)2001年全球海洋產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值已達(dá)1.3萬(wàn)億美元，預(yù)計(jì)到2010年將進(jìn)一步上升到3萬(wàn)億美元以上。海洋經(jīng)濟(jì)：海洋漁業(yè)、海洋運(yùn)輸、海洋旅游、海洋食品、海洋勘探、海洋油氣、海洋礦物（海底錳結(jié)核）、海洋新能源（潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電、可燃冰等）、海洋生物工程（提取海洋生物制品治療癌癥和糖尿病等疾病、提取無(wú)污染殺蟲(chóng)劑和化妝品等新原料）等等21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)95海洋油氣產(chǎn)業(yè)、海洋旅游產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代海洋漁業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)已成為目前海洋經(jīng)濟(jì)的四大支柱產(chǎn)業(yè)。海洋油氣產(chǎn)業(yè)是全球最大的海洋產(chǎn)業(yè)。海洋油氣產(chǎn)業(yè)、海洋旅游產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代海洋漁業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)已成96全球的海洋石油儲(chǔ)量約占整個(gè)地球石油總儲(chǔ)量的45%。世界各國(guó)可利用的鉆井平臺(tái)總數(shù)中有41%役齡已超過(guò)20年，需要在5年左右的時(shí)間內(nèi)更新。近海區(qū)域油氣資源因開(kāi)采而不斷減少，需要向深海發(fā)展。全球的海洋石油儲(chǔ)量約占整個(gè)地球石油總儲(chǔ)量的45%。97

海洋平臺(tái)是在海洋上進(jìn)行作業(yè)的場(chǎng)所。海洋石油鉆探與生產(chǎn)所需的平臺(tái)，主要分鉆井平臺(tái)和生產(chǎn)平臺(tái)兩大類(lèi)。在鉆井平臺(tái)上設(shè)鉆井設(shè)備，在生產(chǎn)平臺(tái)上設(shè)采油設(shè)備。平臺(tái)與海底片口有立管相通。平臺(tái)是進(jìn)行海上鉆井與采油作業(yè)的一種海洋工程結(jié)構(gòu)。海洋平臺(tái)一般都高出海面，能夠避免波浪的沖擊。型式有三邊形、四邊形或多邊形。上下兩層甲板或單層甲板面供安裝、儲(chǔ)存鉆井或采油設(shè)備用。

98海洋工程用金屬材料課件99按運(yùn)動(dòng)方式，可分為固定式與移動(dòng)式兩大類(lèi)

群柱式樁基式腿柱式海洋平臺(tái)固定式移動(dòng)式樁式重力式浮式坐底式順應(yīng)式船式半潛式坐底式自升式獨(dú)立腿式沉墊式牽索塔式張力腿式海洋平臺(tái)的分類(lèi)按運(yùn)動(dòng)方式，可分為固定式與移動(dòng)式兩大類(lèi)群柱式海洋100半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定式鉆井平臺(tái)。它是大部分浮體沉沒(méi)于水中的一種小水線面的移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，它從坐底式鉆井平臺(tái)演變而來(lái)，由平臺(tái)本體、立柱和下體或浮箱組成。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺(tái)本體之間還有一些支撐與斜撐連接，在下體問(wèn)的連接支撐一般都設(shè)在下體的上方，這樣，當(dāng)平臺(tái)移位時(shí)，可使它位于水線之上，以減小阻力；平臺(tái)上設(shè)有鉆井機(jī)械設(shè)備、器材和生活艙室等，供鉆井工作用。平臺(tái)本體高出水面一定高度，以免波浪的沖擊。下體或浮箱提供主要浮力，沉沒(méi)于水下以減小波浪的擾動(dòng)力。平臺(tái)本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當(dāng)距離，以保證平臺(tái)的穩(wěn)性，所以又有立柱穩(wěn)定式之稱(chēng)。

半潛式鉆井平臺(tái)

半潛式鉆井平臺(tái)，又稱(chēng)立柱穩(wěn)定101海洋工程用金屬材料課件102鉆井船

鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的船，也屬于移動(dòng)式(船式)鉆井裝置。較早的鉆井船是用駁船、礦砂船、油船、供應(yīng)船等改裝的，現(xiàn)在已有專(zhuān)為鉆井設(shè)計(jì)的專(zhuān)用船。目前，已有半潛、坐底、自升、雙體、多體等類(lèi)型。鉆井船在鉆井裝置中機(jī)動(dòng)性最好，但鉆井性能卻比較差。鉆井船與半潛式鉆井平臺(tái)一樣，鉆井時(shí)浮在水面。井架一般都設(shè)在船的中部，以減小船體搖蕩對(duì)鉆井工作的影響，且多數(shù)具有自航能力。鉆井船在波浪中的垂蕩要比半潛式平臺(tái)大，有時(shí)要被迫停鉆，。增加停工時(shí)間，所以更需采用垂蕩補(bǔ)償器來(lái)緩和垂蕩運(yùn)動(dòng)。鉆井船適于深水作業(yè)，但需要適當(dāng)?shù)膭?dòng)力定位設(shè)施。鉆井船適用于波高小、風(fēng)速低的海區(qū)。它可以在600m水深的海底上進(jìn)行探查，掌握海底油、氣層的位置、特性、規(guī)模、貯量，提供生產(chǎn)能力等

鉆井船

鉆井船是設(shè)有鉆井設(shè)備，能在水面上鉆井和移位的103海洋工程用金屬材料課件104

生產(chǎn)平臺(tái)通常又叫浮油平臺(tái)，是專(zhuān)門(mén)從事海上油、氣等生產(chǎn)性的開(kāi)采、處理、貯藏、監(jiān)控、測(cè)量等作業(yè)的平臺(tái)。有的是單個(gè)平臺(tái)，也可由幾個(gè)不同用途的平臺(tái)扭引橋相連，組成石油生產(chǎn)基地。按建筑材料可分為鋼筋混凝土平臺(tái)和鋼質(zhì)平臺(tái)；按結(jié)構(gòu)型式可分為固定式平臺(tái)和移動(dòng)式平臺(tái)。固定式平臺(tái)又可分為樁基式與重力式兩種；移動(dòng)式平臺(tái)又可分為自升式與張力腿式、牽索塔式等。

生產(chǎn)平臺(tái)

生產(chǎn)平臺(tái)通常又叫浮油平臺(tái)，是專(zhuān)門(mén)從事海上油、氣等生產(chǎn)105

1、重力式采油平臺(tái)它一般都足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，作為采油、貯存和處理用的大型多用途平臺(tái)，它由底部的大貯油罐、單根或多根立柱、平臺(tái)甲板和組裝模塊等部分組成，規(guī)模較大的，可開(kāi)采幾十口井，貯油十幾萬(wàn)噸，平臺(tái)的總重量可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸。各類(lèi)平臺(tái)，根據(jù)作業(yè)要求，配備相應(yīng)的采油，處理及生活等設(shè)施。1、重力式采油平臺(tái)106海洋工程用金屬材料課件107

2、導(dǎo)管架式平臺(tái)樁基式平臺(tái)用鋼樁固定于海底。鋼樁穿過(guò)導(dǎo)管打入海底，并由若干根導(dǎo)管組合成導(dǎo)管架。導(dǎo)管架先在陸地預(yù)制好后，拖運(yùn)到海上安裝就位，然后順著導(dǎo)管打樁，樁是打一節(jié)接一節(jié)的，最后在樁與導(dǎo)管之間的環(huán)形空隙里灌入水泥漿，使樁與導(dǎo)管連成一體固定于海底。這種施工方式，使步上工作量減少。平臺(tái)設(shè)于導(dǎo)管架的頂部，高于作業(yè)區(qū)的波高，具體高度須視當(dāng)?shù)氐暮r而定，一般大約高出4-5m，這樣可避免波浪的沖擊。樁基式平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)剛性大，適用于各種土質(zhì)，是目前最主要的固定式平臺(tái)。但其尺度、重量隨水深增加而急驟增加，所以在深水中的經(jīng)濟(jì)性較差。2、導(dǎo)管架式平臺(tái)108海洋工程用金屬材料課件109

3、張力腿式平臺(tái)

張力腿式平臺(tái)是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺(tái)的剩余浮力相平衡的鉆井平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)。一般來(lái)說(shuō)，半潛式平臺(tái)的錨泊定位系統(tǒng)，都是利用錨索的懸垂曲線的位能變化來(lái)吸收平臺(tái)在波浪中動(dòng)能的變化。懸垂曲線鏈的特征之一是鏈的下端必須與水底相切，以保證錨柄不會(huì)從水底抬起，這樣就可保證錨的抓力。張力腿式平臺(tái)也是采用錨泊定位的，但與一般半潛式平臺(tái)不同，其所用錨索是繃緊成直線的，不是且懸垂曲線的，鋼索的下端與水底不是相切的，而是幾乎垂直的。用的錨是樁錨（即打入水底的樁作為錨用），或重力式錨（重塊）等，不是一般容易起主的轉(zhuǎn)爪錨。張力腿式平臺(tái)的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來(lái)補(bǔ)償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺(tái)的作用。3、張力腿式平臺(tái)110海洋工程用金屬材料課件111

4、牽索塔式平臺(tái)

牽索塔式平臺(tái)是一瘦長(zhǎng)的桁架結(jié)構(gòu)，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撐，其上端支承作業(yè)甲板。桁架的四周用鋼索、重塊、錨鏈和錨所組成的錨泊系統(tǒng)加以牽緊，使它能保持直立狀態(tài)。由于這種平臺(tái)是由錨泊系統(tǒng)牽緊的，它在小風(fēng)浪時(shí)僅發(fā)生微幅擺動(dòng)；風(fēng)浪大時(shí)，由于桁架結(jié)構(gòu)擺動(dòng)幅度大，會(huì)把重塊拉得離開(kāi)海底，從而要吸收掉風(fēng)浪的一部分能量，因此平臺(tái)仍可維持在許可范圍內(nèi)擺動(dòng)。這種平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件尺寸小，故所受到的風(fēng)、浪、流的作用力也小。這種平臺(tái)能適用于300～600m水深的海域。但若水深超過(guò)600米，則由于要提高桁架的抗彎能力，建造時(shí)所耗用的材料會(huì)大大增加，經(jīng)濟(jì)上不一定合算。

4、牽索塔式平臺(tái)112海洋工程用金屬材料課件113我國(guó)是僅次于美國(guó)的全球第二大石油消費(fèi)國(guó)。2020年我國(guó)石油消費(fèi)需求量為4.0～4.5億噸，國(guó)內(nèi)可供量為1.8～2.0億噸。石油的對(duì)外依存度將從目前的接近50%，進(jìn)一步上升到55%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際公認(rèn)的30%警戒線我國(guó)是僅次于美國(guó)的全球第二大石油消費(fèi)國(guó)。114目前國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)總量的70%集中在普遍進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期。我國(guó)所管轄的海域蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，初步估算可達(dá)388億噸油氣儲(chǔ)量，其中我國(guó)南海油氣資源被稱(chēng)為“第二個(gè)中東”。水深不超過(guò)200米的近海大陸架，如渤海灣、珠江口和南海北部灣等海域的原油當(dāng)量產(chǎn)量已達(dá)4000萬(wàn)噸左右。

目前國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)總量的70%集中在普遍進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期。115我國(guó)南海北部的海域地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)調(diào)查也揭示了存在天然氣水合物的可能性，這種通常埋藏在深水區(qū)域淺表層的天然氣水合物，極有可能成為接替常規(guī)石油和天然氣的新能源。我國(guó)南海北部的海域地質(zhì)、地球物理與地球化學(xué)調(diào)查也揭示了存在天1162．海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略2.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況2.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距2．海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)1172.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略

主要包括海洋石油和天然氣的鉆井平臺(tái)、采油平臺(tái)、鉆井成套設(shè)備、鉆井采油設(shè)備、油氣分離處理設(shè)備、油氣集輸設(shè)備等核心工程設(shè)備，以及鉆井輔助采油設(shè)備、海洋船舶工程通用系統(tǒng)等配套工程設(shè)備。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)是涉及國(guó)家能源穩(wěn)定和國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)

2.1海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的范圍界定與戰(zhàn)略

主要包括海洋石油1182.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況世界100多個(gè)沿海國(guó)家都在海洋油氣產(chǎn)業(yè)上加大投資和開(kāi)發(fā)力度。目前已有60多個(gè)國(guó)家進(jìn)行深水油氣的勘探和開(kāi)發(fā)，形成嚴(yán)峻的區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)格局。產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)品研制主要掌握在北美、西歐及東亞地區(qū)的少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中。2.2世界海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況世界100多個(gè)沿海國(guó)119北美地區(qū)的美國(guó)在世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)方面仍保持主導(dǎo)地位美國(guó)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，國(guó)內(nèi)成套率和全球市場(chǎng)份額居世界各國(guó)之首。世界海洋石油技術(shù)裝備市場(chǎng)份額的50%以上為美國(guó)的跨國(guó)公司所占據(jù)，休斯敦已成為全世界海洋石油技術(shù)開(kāi)發(fā)中心。拉美地區(qū)的巴西是發(fā)展中國(guó)家中海洋石油設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度最高的國(guó)家，其海底完井裝置數(shù)量為全球之最。北美地區(qū)的美國(guó)在世界海洋油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)方面仍保持主導(dǎo)地位120歐洲的英國(guó)和法國(guó)是除美國(guó)之外海洋石油工業(yè)技術(shù)發(fā)展較為成熟的國(guó)家英國(guó)的動(dòng)力定位技術(shù)法國(guó)的高壓石油軟管制造技術(shù)挪威的水泥重力平臺(tái)設(shè)計(jì)制造技術(shù)意大利的海上鋪管、管線涂敷，全液壓無(wú)線絞車(chē)新型鉆井技術(shù)和裝備瑞典的動(dòng)力定位鋪管技術(shù)荷蘭的大噸位海上浮吊裝備和海底工程地質(zhì)調(diào)查技術(shù)德國(guó)的海上液壓工業(yè)裝備技術(shù)、大功率變頻電力拖動(dòng)技術(shù)歐洲的英國(guó)和法國(guó)是除美國(guó)之外海洋石油工業(yè)技術(shù)發(fā)展較為成熟的國(guó)121亞洲的日本、韓國(guó)在海洋工程制造領(lǐng)域快速發(fā)展日本依靠造船、冶金、電子技術(shù)的全球優(yōu)勢(shì)，在油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)、海洋工程結(jié)構(gòu)、石油管材及平臺(tái)配套設(shè)備方面取得了重大突破。韓國(guó)的海洋平臺(tái)建造技術(shù)以?xún)r(jià)格低廉、交貨迅速、質(zhì)量上乘的優(yōu)勢(shì)在奪標(biāo)方面往往超過(guò)美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本等，目前世界上已建成的超深水半潛式和浮船式鉆井平臺(tái)大部分來(lái)自韓國(guó)。亞洲的日本、韓國(guó)在海洋工程制造領(lǐng)域快速發(fā)展日本依靠造船、冶1222.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程，取得了顯著的成績(jī)。從1970年至今，共設(shè)計(jì)建造了移動(dòng)式鉆井平臺(tái)12座、固定式（導(dǎo)管架）采油平臺(tái)65座、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）11條、半潛式鉆井平4座等。已能制造成套1500～7000m等系列鉆機(jī)及配套設(shè)備、4500m修井機(jī)、平臺(tái)采油樹(shù)、13.75in×69mpa防噴器等用于海上平臺(tái)鉆井和采油裝備。2.3我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與差距我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)裝123與市場(chǎng)需求和國(guó)外水平相比，還存在著很大差距，特別是深海油氣開(kāi)發(fā)裝備。

我國(guó)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)管架平臺(tái)應(yīng)用僅限于100米水深以?xún)?nèi)，而國(guó)際上已研究開(kāi)發(fā)作業(yè)水深3000米以上的第六代半潛式鉆井平臺(tái)。海洋油氣鉆井設(shè)備的最大鉆井深度雖能達(dá)到7000米，但國(guó)際上海洋油氣的最大鉆井深度可達(dá)9000～12000米。國(guó)內(nèi)廠商基本上停留在船體制造上，設(shè)備大多數(shù)由國(guó)外建造配套。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備的落后，已經(jīng)成為制約我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸之一。與市場(chǎng)需求和國(guó)外水平相比，還存在著很大差距，特別是深海油氣開(kāi)1243海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料3海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型125海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物、海洋油氣鉆采設(shè)備、海洋油氣輸送貯藏設(shè)備和其它輔助配套工程裝備。其中海洋油氣鉆采平臺(tái)通常分為可變換位置的移動(dòng)式結(jié)構(gòu)和固定于海底的固定式結(jié)構(gòu)物。移動(dòng)式結(jié)構(gòu)具有代表性的是自升式鉆探平臺(tái)和半潛式鉆探平臺(tái)，主要用于勘探鉆井及試開(kāi)采。在試開(kāi)采后確認(rèn)有商業(yè)價(jià)值，便安裝固定式采油平臺(tái)。固定式采油平臺(tái)主要有導(dǎo)管式平臺(tái)、重力式平臺(tái)、牽索塔式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)及單立柱式平臺(tái)等隨著海上油田離岸距離的增大，一種新型的油氣開(kāi)采平臺(tái)FPSO（海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)）在上世紀(jì)80年代興起后，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。海洋油氣開(kāi)發(fā)裝備海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物、海洋油氣鉆126海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）作為高技術(shù)、高附加值的新型海上石油開(kāi)采關(guān)鍵設(shè)備，已成為世界海上油田開(kāi)發(fā)的主流方式，它自20世界80年代興起，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，截止2008年3月底，全球運(yùn)營(yíng)的FPSO有212臺(tái)。該系統(tǒng)由一艘浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪和一艘穿梭油輪組成，以浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪為基礎(chǔ)，對(duì)開(kāi)采的石油進(jìn)行儲(chǔ)存，隨后通過(guò)穿梭油輪外輸，它是集生產(chǎn)和生活系統(tǒng)為一體的海洋石油生產(chǎn)基地。FPSO與海洋平臺(tái)相比具有初期投資少、建造周期短、遷移方便、可重復(fù)使用及不需鋪設(shè)長(zhǎng)距離輸油管線等優(yōu)點(diǎn)，最大作業(yè)水深2000米。海洋浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)（FPSO）127浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)

FloatingProductionStorageandOffloading浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置(FPSO)

FloatingProduc128海洋工程用金屬材料課件129海洋工程用金屬材料課件1303.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料3.1.1海1313.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物，處在風(fēng)、浪、流、海水腐蝕、甚至嚴(yán)寒的惡劣環(huán)境下工作，特別在深海域，還受到海洋密度分層產(chǎn)生的內(nèi)波影響及水波流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)物相互作用的勢(shì)流動(dòng)力學(xué)影響，因此往往具有特殊的結(jié)構(gòu)形式，并且在材料上提出了比船舶用鋼更高的要求。3.1.1海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材132硫含量和Z向性能的要求

（我國(guó)船舶檢驗(yàn)局規(guī)定）

Z向性能（板厚方向的斷面收縮率Ψz）

硫含量和Z向性能的要求

（我國(guó)船舶檢驗(yàn)局規(guī)定）Z向性能（板133強(qiáng)度和韌性要求要求屈服強(qiáng)度高，特別是移動(dòng)式平臺(tái)，要求采用400～690MPa級(jí)高屈服強(qiáng)度的鋼材。對(duì)韌性的要求高。在寒冷地區(qū)，需要有足夠的低溫韌性。強(qiáng)度和韌性要求要求屈服強(qiáng)度高，特別是移動(dòng)式平臺(tái)，要求采用40134耐腐蝕性能要求海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下將受到潮流、鹽分、水溫、微生物等腐蝕影響，并且在海水中的不同部位（海洋大氣帶、飛濺帶、潮差帶、全浸帶和海土帶）受到的腐蝕情況不同。耐腐蝕性能要求海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下將受到潮流、鹽分、135海洋大氣帶的腐蝕為海洋大氣腐蝕海洋大氣中有大量含鹽微粒的水氣，加上雨、霧、風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象因素，海洋大氣腐蝕要比其它類(lèi)別的大氣腐蝕嚴(yán)重。耐海洋大氣腐蝕的有效合金元素Cu、P、Si、Al、Mo、Cr等，其中效果最顯著的元素為Cu、P，不與海水直接接觸的海洋結(jié)構(gòu)物部分可采用耐海洋大氣腐蝕鋼。海洋大氣帶的腐蝕為海洋大氣腐蝕海洋大氣中有大量含鹽微136飛濺帶一般是指平均潮位受到波浪作用的上限部分受到海水交替的干濕變化，溶解的氧量也比較多。由于日光的照射使溫度升高，再加上海面的污損生物、浮油等的附著以及臺(tái)風(fēng)、流水等促進(jìn)腐蝕因素，所以腐蝕極為劇烈，是海水腐蝕環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的部位，其腐蝕速度可達(dá)到全浸帶的好幾倍。提高鋼在飛濺帶的耐腐蝕能力的有效合金元素P、Cu、Mo、Ni、Cr、Si、W、Ti等，效果最顯著的元素為P、Cu、Mo。飛濺帶一般是指平均潮位受到波浪作用的上限部分受到海水交替的137潮差帶和飛濺帶同樣也是腐蝕嚴(yán)重的部位但由于潮差帶的供氧情況比下部的全浸帶好，在潮差帶和全浸帶之間形成的氧的濃差電池，使潮差帶作為該電池的陰極而受到保護(hù)，使腐蝕的速度和程度降低，提高鋼在潮差帶的耐腐蝕能力，可選用與飛濺帶相同的有效合金元素。潮差帶和飛濺帶同樣也是腐蝕嚴(yán)重的部位但由于潮差帶的供氧138全浸帶指潮差帶與海底之間海水浸沒(méi)的部分全浸帶由于上述氧濃差電池作用和海水流動(dòng)造成金屬上氧的不均勻分布形成的氧濃差電池及海洋生物的作用，加上不同的金屬接觸所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，所以除了金屬的均勻腐蝕，還會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕或點(diǎn)蝕。減輕材料在全浸帶腐蝕的有效元素Cr、P、Al、Mo、Si等，特別是Cr。在深海，由于含氧量少，海水溫度隨水深而降低，海洋生物附著減少，同時(shí)海水流速也減慢，所以腐蝕速度反較慢，合金元素效果也變得不明顯。全浸帶指潮差帶與海底之間海水浸沒(méi)的部分全浸帶由于上述氧濃差139海土帶中氧極少，所以腐蝕也最輕。對(duì)部分埋在海底，部分裸露在海水中的鋼結(jié)構(gòu)，由于氧的氧濃差電池作用，加快了埋在海土中的部分鋼的腐蝕。在海土中，特別是在淺海海土中，由于從陸地上流入的污染土中存在大量促進(jìn)腐蝕的微生物，腐蝕較為劇烈。海土帶中氧極少，所以腐蝕也最輕。對(duì)部分埋在海底，部分裸露在140冷加工性要求

一般船體結(jié)構(gòu)用鋼，即使是大型船舶用鋼，僅用30～50mm厚的鋼板，但海底石油采掘設(shè)備等大型海洋結(jié)構(gòu)物則需要用60～70mm，甚至更厚的鋼板，而且主要是進(jìn)行冷加工，因此需要鋼板有更好的冷加工性能。冷加工性要求一般船體結(jié)構(gòu)用鋼，即使是大型船舶用鋼，僅用141焊接性能要求

大型海洋結(jié)構(gòu)物大多是管件，圓形構(gòu)架狀的組合，形狀變化大，往往需要將數(shù)據(jù)組合的管子在應(yīng)力集中處進(jìn)行焊接，并且大多在露天或海上作業(yè)條件很差的情況下焊接，所以要求材料有比艦船用鋼更好的焊接性能和更便于焊接操作的條件。焊接性能要求大型海洋結(jié)構(gòu)物大多是管件，圓形構(gòu)架狀的組合1423.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物主要采用鋼質(zhì)材料建造，大量使用的鋼材是焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼和焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕用鋼，它們除了按各種船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行要求外，常常還要求耐層狀撕裂性能和焊接接頭的COD性能，比規(guī)范要求更為嚴(yán)格。3.1.2海洋油氣鉆采平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)物用金屬材料海1433.1.2.1海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對(duì)平臺(tái)的本體結(jié)構(gòu)物必須充分考慮結(jié)構(gòu)是否會(huì)因水壓產(chǎn)生彎曲變形，并且在施工時(shí)使用冷熱加工及焊接接頭必須滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度，通常采用抗拉強(qiáng)度為500MPa級(jí)的正火型高強(qiáng)鋼，鋼板厚度通常不大于130mm，不建議用調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)鋼。3.1.2.1海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對(duì)平臺(tái)144海洋油氣鉆采平臺(tái)經(jīng)常采用的焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼屈服點(diǎn)為320MPa的AH32-EH32鋼、屈服點(diǎn)為360MPa的AH36-EH36鋼、屈服點(diǎn)為390～690MPa級(jí)鋼，如美國(guó)的ASTMA537C1.2,A543,A633Gr.E,A678Gr.D,A710Gr.C,A737Gr.C，英國(guó)的BS436055E和55F，挪威的NVF420和460，日本的KA43、47、51、56、63、63N、70、70N、KD43、47、51、56、63、63N、70、70N，KE43、47、51、56、63、63N、70、70N，KF43、47、51、56、63、63N、70、70N等。海洋油氣鉆采平臺(tái)經(jīng)常采用的焊接高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼屈服點(diǎn)為31453.1.2.2海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕用鋼

海洋環(huán)境對(duì)鋼的腐蝕情況非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有一個(gè)低合金鋼號(hào)能全面達(dá)到海洋環(huán)境的要求。目前國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)的低合金耐海水腐蝕用鋼按成份系列可分為:Ni-Cu-P系、Cr-Nb系、Cr-Cu系、Cr-Al系、Cr-Cu-Si系、Cr-Cu-Al系、Cr-Cu-Mo系、Cr-Cu-P系、Cr-Al-Mo系等，以下介紹典型的鋼號(hào)。3.1.2.2海洋油氣鉆采平臺(tái)用焊接低合金高強(qiáng)度耐海水腐蝕146美國(guó)的Mariner鋼

Ni-Cu-P系的半鎮(zhèn)靜鋼，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為：355MPa和490MPa以上，特點(diǎn)是在飛濺帶的耐海水腐蝕性能好，為普通碳素鋼的2～3倍，即使在沒(méi)有混凝土包履等防護(hù)措施的情況下，也能長(zhǎng)期的使用，而且很少發(fā)生點(diǎn)蝕。但此鋼中含P量較高（0.08～0.15%P），不適宜厚度大于20mm鋼板的焊接，不能用于焊接的海洋結(jié)構(gòu)物，主要用作護(hù)堤、筑堤等用的鋼樁。美國(guó)的Mariner鋼Ni-Cu-P系的半鎮(zhèn)靜鋼，其147日本的Mariloy鋼

該鋼針對(duì)美國(guó)“Mariner”鋼P(yáng)含量高、焊接性能差及全浸帶耐腐蝕性能差的問(wèn)題而研制的耐海水腐蝕鋼，包括2個(gè)強(qiáng)度級(jí)別（σs≥400MPa和σb≥490MPa），三種不同海水部位（飛濺帶、全浸帶、飛濺帶和全浸帶）的6個(gè)鋼號(hào)，它們是鋼中含P量≤0.03%的Cr-Cu系低合金耐海水腐蝕鋼，其中Mariloy鋼P(yáng)50的σs≥325MPa，σs≥490MPa，在飛濺帶的耐腐蝕性能是普通碳素鋼的2倍左右，用于系船浮標(biāo)、鋼樁等，適用厚度6～25mm。日本的Mariloy鋼該鋼針對(duì)美國(guó)“Mariner”148法國(guó)的APSCr-Al鋼

該鋼包括APS20A、APS20M、APS25三個(gè)鋼號(hào),它們均含有4%Cr，APS20A含有0.90%Al，APS20M含有0.90%Al和0.15%Mo，APS25含有0.60%Al和0.15%Mo及0.80%Ni。正火后20mm以下鋼材的強(qiáng)度為：APS20A、APS20M的σs≥310MPa，σs≥490MPa；APS25的σs≥590MPa，σs≥835MPa；它們的耐海水腐蝕性能大大優(yōu)于碳鋼，在海水中全浸46個(gè)月的對(duì)比腐蝕試驗(yàn)表明，為碳鋼的2.18～3.23倍，它們?cè)诤附訒r(shí)不需要預(yù)熱或焊后熱處理，但以650℃消除應(yīng)力為宜；缺點(diǎn)是該鋼有晶粒長(zhǎng)大傾向，因此要防止過(guò)熱，并且除氬弧焊外，不能做到含Al均勻的焊縫；APSCr-Al鋼用于制造船舶管道、海水制水設(shè)備、防波堤的護(hù)板、閘門(mén)、渡船、救生艇、鹽器設(shè)備等.法國(guó)的APSCr-Al鋼該鋼包括APS20A、A149我國(guó)從1965年起開(kāi)始研制耐海水腐蝕鋼

試驗(yàn)鋼號(hào)近200種，其中10Cr2MoAlRE、08PVRE、09MnCuPTi、10MnPNbRE、10NiCuAs、10CrMoAl等已通過(guò)鑒定，但除了少數(shù)用戶(hù)因個(gè)別工程需要訂貨外，尚未推廣開(kāi)來(lái)，應(yīng)用少，產(chǎn)量也少，多用在鋼板樁、海水冷凝器、輸海水管線、管樁、船塢閘門(mén)等方面，尚未涉及大型的固定式和移動(dòng)式海洋結(jié)構(gòu)物。我國(guó)從1965年起開(kāi)始研制耐海水腐蝕鋼試驗(yàn)鋼號(hào)近201503.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備1513.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求

隨著油氣資源的枯竭，對(duì)原來(lái)曾拋棄的具有腐蝕環(huán)境的油氣井重新進(jìn)行開(kāi)采，特別是上世紀(jì)70年代初開(kāi)始的石油危機(jī)以來(lái)，隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，各類(lèi)工況的油氣井越來(lái)越多，含有腐蝕性氣體的油氣井日益增加，鉆采的深海化，寒冷化和鉆采技術(shù)的進(jìn)步，使鉆采設(shè)備的工況變得更加復(fù)雜。3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求152腐蝕問(wèn)題CO2腐蝕和硫化物腐蝕（H2S應(yīng)力腐蝕）；酸處理腐蝕，為了提高油氣生產(chǎn)率、回收率，采用注入強(qiáng)酸（如1.5%HF+13.5%HCl+緩蝕劑）技術(shù)，增加地層溶解帶來(lái)的腐蝕；工作液腐蝕，隨著開(kāi)發(fā)井的高壓化，往往采用在套管和油氣流動(dòng)管道之間流入高比重、高濃度金屬鹵化物工作液的技術(shù)，帶來(lái)管道表面的應(yīng)力腐蝕。腐蝕問(wèn)題CO2腐蝕和硫化物腐蝕（H2S應(yīng)力腐蝕）；酸處153溫度問(wèn)題

深井帶來(lái)的高溫環(huán)境：由于油氣的高深度帶來(lái)鉆采溫度的升高；低溫海水帶來(lái)的石蠟析出問(wèn)題：深海油氣生產(chǎn)中由于受深海低溫海水的影響，管內(nèi)油氣溫度下降引起管內(nèi)內(nèi)壁折出石蠟，使流速下降而降低生產(chǎn)率。溫度問(wèn)題深井帶來(lái)的高溫環(huán)境：由于油氣的高深度帶來(lái)鉆采溫154對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題油井管螺紋接頭經(jīng)常采用石墨、重金屬、黃油構(gòu)成的潤(rùn)滑劑和接頭磨損后油氣泄漏帶來(lái)的海洋環(huán)境污染問(wèn)題。對(duì)海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料有高耐蝕性、高強(qiáng)度、對(duì)輸送流體有保溫性、必要的螺紋接頭性及限制使用對(duì)海洋環(huán)境造成污染的物質(zhì)等要求。對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題油井管螺紋接頭經(jīng)常采用石墨、重金屬、黃油構(gòu)成的1553.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料

油氣鉆采是無(wú)縫鋼管最大的用戶(hù)，消耗最多的油套管一般采用屈服強(qiáng)度400～800MPa的碳錳鋼和低合金鋼制造；對(duì)于有酸性氣體(CO2，CO2+H2S)和氯離子腐蝕的油、氣井，需要采用耐腐蝕的不銹鋼甚至鎳基合金做油套管和輸送管。3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料油氣鉆采是無(wú)縫鋼管156海洋工程用金屬材料課件157隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，含有腐蝕性氣體的油氣井逐步增多，為適應(yīng)高深度化(高溫高壓)、深?；⒑浠h(huán)境要求和水平挖掘等技術(shù)的進(jìn)步，油井管也向高度化多樣化發(fā)展，碳鋼和低合金鋼油井管已不能適應(yīng)海洋油氣開(kāi)發(fā)的要求，對(duì)雙相不銹鋼油井管和高強(qiáng)度的不銹鋼無(wú)縫管(13%Cr～15%Cr)的需求愈來(lái)愈多，但由于雙相不銹鋼管的價(jià)格高，使用量受到限制，在高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼13Cr無(wú)縫管的基礎(chǔ)上又發(fā)展了超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管。隨著海洋油氣的全面開(kāi)發(fā)，含有腐蝕性氣體的油氣井逐步增多158海洋工程用金屬材料課件159

超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管由于含碳量極低，Cr、Ni、Mo含量高，因此耐腐蝕性能和高溫性能提高，更能適應(yīng)大多數(shù)較惡劣海洋環(huán)境的油氣井條件。超級(jí)馬氏體不銹鋼13Cr無(wú)縫管可分HP1-13CR、HP2-13CR、UHP-15CR三類(lèi)，它們的化學(xué)成份范圍如下表所示：

超級(jí)馬氏體不銹鋼無(wú)縫管由于含碳量極低，Cr、Ni、160海洋工程用金屬材料課件1613.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.2.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2海洋油氣鉆采設(shè)備用金屬材料3.2.1海洋油氣鉆采設(shè)備工1623.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備

用金屬材料3.3.1海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求3.3.2海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備用金屬材料3.3海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備

用金屬材料3.3.1海洋油氣1633.3.1海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備工況特點(diǎn)和對(duì)金屬材料的要求海洋油氣輸送用鋼管和海洋油氣貯藏用壓力容器是海洋油氣輸送和貯藏設(shè)備的二大關(guān)鍵部件，它們直接與海洋油氣接觸，通常承受較大的靜、動(dòng)載荷，并承受油氣氣流的沖刷和腐蝕，如酸性氣體（CO2,CO2+H2S）和氯離子腐蝕；寒冷地區(qū)的管線，除高強(qiáng)度、高韌塑性、良好的耐油氣腐蝕性能外，還需有足夠的低溫韌性；由于管線的最后拼裝環(huán)焊一般均在野外進(jìn)行，還必須考慮極地或寒冷季節(jié)低溫環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量的影響，要求有良好的焊接性。貯存和運(yùn)輸海洋油氣需要的液化石油氣（LPG），液化天然氣（LNG）儲(chǔ)缸或油輪，需要大量低溫鋼制作壓力容器，低溫鋼性能的主要指標(biāo)是低溫韌性，包括低溫沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以及制止裂紋