海洋工程用金属材料.ppt

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1、海洋工程用金属材料海洋工程用金属材料1前言2，海洋油气开发装备产业的发展状况3，海洋油气开发装备用金属材料1前言21世纪是海洋的世纪2001年全球海洋产业的总产值已达1.3万亿美元，预计到2010年将进一步上升到3万亿美元以上。海洋经济海洋经济：海洋渔业、海洋运输、海洋旅游、海洋食品、海洋勘探、海洋油气、海洋矿物（海底锰结核）、海洋新能源（潮汐发电、波浪发电、可燃冰等）、海洋生物工程（提取海洋生物制品治疗癌症和糖尿病等疾病、提取无污染杀虫剂和化妆品等新原料）等等 海洋油气产业、海洋旅游产业、现代海洋渔业、海洋交通运输业已成为目前海洋经济的四大支柱产业。海洋油气产业海洋油气产业是全球最大最大的海

2、洋产海洋产业业。全球的海洋石油储量约占整个地球石油总储量的45%。世界各国可利用的钻井平台总数中有41%役龄已超过20年，需要在5年左右的时间内更新。近海区域油气资源因开采而不断减少，需要向深海发展。海海海海洋洋洋洋平平平平台台台台是是是是在在在在海海海海洋洋洋洋上上上上进进进进行行行行作作作作业业业业的的的的场场场场所所所所。海海海海洋洋洋洋石石石石油油油油钻钻钻钻探探探探与与与与生生生生产产产产所所所所需需需需的的的的平平平平台台台台，主主主主要要要要分分分分钻钻钻钻井井井井平平平平台台台台和和和和生生生生产产产产平平平平台台台台两两两两大大大大类类类类。在在在在钻钻钻钻井井井井平平平平台

3、台台台上上上上设设设设钻钻钻钻井井井井设设设设备备备备，在在在在生生生生产产产产平平平平台台台台上上上上设设设设采采采采油油油油设设设设备备备备。平平平平台台台台与与与与海海海海底底底底片片片片口口口口有有有有立立立立管管管管相相相相通通通通。平平平平台台台台是是是是进进进进行行行行海海海海上上上上钻钻钻钻井井井井与与与与采采采采油油油油作作作作业业业业的的的的一一一一种种种种海海海海洋洋洋洋工工工工程程程程结结结结构构构构。海海海海洋洋洋洋平平平平台台台台一一一一般般般般都都都都高高高高出出出出海海海海面面面面，能能能能够够够够避避避避免免免免波波波波浪浪浪浪的的的的冲冲冲冲击击击击。型型型

4、型式式式式有有有有三三三三边边边边形形形形、四四四四边边边边形形形形或或或或多多多多边边边边形形形形。上上上上下下下下两两两两层层层层甲甲甲甲板板板板或或或或单单单单层层层层甲板面供安装、甲板面供安装、甲板面供安装、甲板面供安装、储储储储存存存存钻钻钻钻井或采油井或采油井或采油井或采油设备设备设备设备用。用。用。用。按运动方式，可分为按运动方式，可分为按运动方式，可分为按运动方式，可分为固定式固定式固定式固定式与与与与移动式移动式移动式移动式两大类两大类两大类两大类 群柱式桩基式腿柱式海洋平台固定式移动式桩式重力式浮式坐底式顺应式船式半潜式坐底式自升式独立腿式沉垫式牵索塔式张力腿式海洋平台的分

5、类海洋平台的分类 半潜式半潜式钻钻井平台井平台 半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。它是大半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。它是大部分浮体沉没于水中的一种小水线面的移动式钻井平台，部分浮体沉没于水中的一种小水线面的移动式钻井平台，它从坐底式钻井平台演变而来，由平台本体、立柱和下体它从坐底式钻井平台演变而来，由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与或浮箱组成。此外，在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接，在下体问的连接平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接，在下体问的连接支撑一般都设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使支撑一般都

6、设在下体的上方，这样，当平台移位时，可使它位于水线之上，以减小阻力；平台上设有钻井机械设备、它位于水线之上，以减小阻力；平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高出水面一器材和生活舱室等，供钻井工作用。平台本体高出水面一定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉定高度，以免波浪的冲击。下体或浮箱提供主要浮力，沉没于水下以减小波浪的扰动力。平台本体与下体之间连接没于水下以减小波浪的扰动力。平台本体与下体之间连接的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当的立柱，具有小水线面的剖面，主柱与主柱之间相隔适当距离，以保证平台的稳性，所以又有立柱稳定式之称。距离，以

7、保证平台的稳性，所以又有立柱稳定式之称。钻井船钻井船 钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式也属于移动式(船式船式)钻井装置。较早的钻井船是用驳船、钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等的专用船。目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比类型。钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。

8、较差。钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部，以减小船体摇荡对钻井工作的井架一般都设在船的中部，以减小船体摇荡对钻井工作的影响，且多数具有自航能力。钻井船在波浪中的垂荡要比影响，且多数具有自航能力。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大，有时半潜式平台大，有时要被迫停要被迫停钻钻，。增加停工，。增加停工时间时间，所以，所以更需采用垂更需采用垂荡补偿荡补偿器来器来缓缓和垂和垂荡荡运运动动。钻井船适于深水作钻井船适于深水作业，但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、业，但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区。它可以在风速低的海区。它可以在600m

9、600m水深的海底上进行探查，水深的海底上进行探查，掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量，提供生产掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量，提供生产能力等能力等 生产平台通常又叫浮油平台，是专门从事海上油、气生产平台通常又叫浮油平台，是专门从事海上油、气等生产性的开采、处理、贮藏、监控、测量等作业的平台。等生产性的开采、处理、贮藏、监控、测量等作业的平台。有的是单个平台，也可由几个不同用途的平台扭引桥相连，有的是单个平台，也可由几个不同用途的平台扭引桥相连，组成石油生产基地。按建筑材料可分为钢筋混凝土平台和组成石油生产基地。按建筑材料可分为钢筋混凝土平台和钢质平台；按结构型式可分为固定式平

10、台和移动式平台。钢质平台；按结构型式可分为固定式平台和移动式平台。固定式平台又可分为桩基式与重力式两种；移动式平台又固定式平台又可分为桩基式与重力式两种；移动式平台又可分为自升式与张力腿式、牵索塔式等。可分为自升式与张力腿式、牵索塔式等。生产平台 1 1、重力式采油平台、重力式采油平台、重力式采油平台、重力式采油平台 它它它它一一一一般般般般都都都都足足足足钢钢钢钢筋筋筋筋混混混混凝凝凝凝土土土土结结结结构构构构，作作作作为为为为采采采采油油油油、贮贮贮贮存存存存和和和和处处处处理理理理用用用用的的的的大大大大型型型型多多多多用用用用途途途途平平平平台台台台，它它它它由由由由底底底底部部部部的

11、的的的大大大大贮贮贮贮油油油油罐罐罐罐、单单单单根根根根或或或或多多多多根根根根立立立立柱柱柱柱、平平平平台台台台甲甲甲甲板板板板和和和和组组组组装装装装模模模模块块块块等等等等部部部部分分分分组组组组成成成成，规规规规模模模模较较较较大大大大的的的的，可可可可开开开开采采采采几几几几十十十十口口口口井井井井，贮贮贮贮油油油油十十十十几几几几万万万万吨吨吨吨，平平平平台台台台的的的的总总总总重重重重量量量量可可可可高高高高达达达达数数数数十十十十万万万万吨吨吨吨。各各各各类类类类平台，根据作业要求，配备相应的采油，处理及生活等设施。平台，根据作业要求，配备相应的采油，处理及生活等设施。平台，根

12、据作业要求，配备相应的采油，处理及生活等设施。平台，根据作业要求，配备相应的采油，处理及生活等设施。2 2 2 2、导管架式平台、导管架式平台、导管架式平台、导管架式平台 桩桩桩桩基基基基式式式式平平平平台台台台用用用用钢钢钢钢桩桩桩桩固固固固定定定定于于于于海海海海底底底底。钢钢钢钢桩桩桩桩穿穿穿穿过过过过导导导导管管管管打打打打入入入入海海海海底底底底，并并并并由由由由若若若若干干干干根根根根导导导导管管管管组组组组合合合合成成成成导导导导管管管管架架架架。导导导导管管管管架架架架先先先先在在在在陆陆陆陆地地地地预预预预制制制制好好好好后后后后，拖拖拖拖运运运运到到到到海海海海上上上上安安

13、安安装装装装就就就就位位位位，然然然然后后后后顺顺顺顺着着着着导导导导管管管管打打打打桩桩桩桩，桩桩桩桩是是是是打打打打一一一一节节节节接接接接一一一一节节节节的的的的，最最最最后后后后在在在在桩桩桩桩与与与与导导导导管管管管之之之之间间间间的的的的环环环环形形形形空空空空隙隙隙隙里里里里灌灌灌灌入入入入水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆，使使使使桩桩桩桩与与与与导导导导管管管管连连连连成成成成一一一一体体体体固固固固定定定定于于于于海海海海底底底底。这这这这种种种种施施施施工工工工方方方方式式式式，使使使使步步步步上上上上工工工工作作作作量量量量减减减减少少少少。平平平平台台台台设设设设于于于于导导导

14、导管管管管架架架架的的的的顶顶顶顶部部部部，高高高高于于于于作作作作业业业业区区区区的的的的波波波波高高高高，具具具具体体体体高高高高度度度度须须须须视视视视当当当当地地地地的的的的海海海海况况况况而而而而定定定定，一一一一般般般般大大大大约约约约高高高高出出出出4-5m4-5m4-5m4-5m，这这这这样样样样可可可可避避避避免免免免波波波波浪浪浪浪的的的的冲冲冲冲击击击击。桩桩桩桩基基基基式式式式平平平平台台台台的的的的整整整整体体体体结结结结构构构构刚刚刚刚性性性性大大大大，适适适适用用用用于于于于各各各各种种种种土土土土质质质质，是是是是目目目目前前前前最最最最主主主主要要要要的的的的

15、固固固固定定定定式式式式平平平平台台台台。但但但但其其其其尺尺尺尺度度度度、重重重重量量量量随随随随水水水水深深深深增增增增加加加加而而而而急急急急骤骤骤骤增增增增加加加加，所以在深水中的经济性较差。所以在深水中的经济性较差。所以在深水中的经济性较差。所以在深水中的经济性较差。3 3、张张张张力腿式平台力腿式平台力腿式平台力腿式平台 张张张张力力力力腿腿腿腿式式式式平平平平台台台台是是是是利利利利用用用用绷绷绷绷紧紧紧紧状状状状态态态态下下下下的的的的锚锚锚锚索索索索链链链链产产产产生生生生的的的的拉拉拉拉力力力力与与与与平平平平台台台台的的的的剩剩剩剩余余余余浮浮浮浮力力力力相相相相平平平平

16、衡衡衡衡的的的的钻钻钻钻井井井井平平平平台台台台或或或或生生生生产产产产平平平平台台台台。一一一一般般般般来来来来说说说说，半半半半潜潜潜潜式式式式平平平平台台台台的的的的锚锚锚锚泊泊泊泊定定定定位位位位系系系系统统统统，都都都都是是是是利利利利用用用用锚锚锚锚索索索索的的的的悬悬悬悬垂垂垂垂曲曲曲曲线线线线的的的的位位位位能能能能变变变变化化化化来来来来吸吸吸吸收收收收平平平平台台台台在在在在波波波波浪浪浪浪中中中中动动动动能能能能的的的的变变变变化化化化。悬悬悬悬垂垂垂垂曲曲曲曲线线线线链链链链的的的的特特特特征征征征之之之之一一一一是是是是链链链链的的的的下下下下端端端端必必必必须须须须

17、与与与与水水水水底底底底相相相相切切切切，以以以以保保保保证证证证锚锚锚锚柄柄柄柄不不不不会会会会从从从从水水水水底底底底抬抬抬抬起起起起，这这这这样样样样就就就就可可可可保保保保证证证证锚锚锚锚的的的的抓抓抓抓力力力力。张张张张力力力力腿腿腿腿式式式式平平平平台台台台也也也也是是是是采采采采用用用用锚锚锚锚泊泊泊泊定定定定位位位位的的的的，但但但但与与与与一一一一般般般般半半半半潜潜潜潜式式式式平平平平台台台台不不不不同同同同，其其其其所所所所用用用用锚锚锚锚索索索索是是是是绷绷绷绷紧紧紧紧成成成成直直直直线线线线的的的的，不不不不是是是是且且且且悬悬悬悬垂垂垂垂曲曲曲曲线线线线的的的的，钢

18、钢钢钢索索索索的的的的下下下下端端端端与与与与水水水水底底底底不不不不是是是是相相相相切切切切的的的的，而而而而是是是是几几几几乎乎乎乎垂垂垂垂直直直直的的的的。用用用用的的的的锚锚锚锚是是是是桩桩桩桩锚锚锚锚（即即即即打打打打入入入入水水水水底底底底的的的的桩桩桩桩作作作作为为为为锚锚锚锚用用用用），或或或或重重重重力力力力式式式式锚锚锚锚（重重重重块块块块）等等等等，不不不不是是是是一一一一般般般般容容容容易易易易起起起起主主主主的的的的转转转转爪爪爪爪锚锚锚锚。张张张张力力力力腿腿腿腿式式式式平平平平台台台台的的的的重重重重力力力力小小小小于于于于浮浮浮浮力力力力，所所所所相相相相差差差

19、差的的的的力力力力可可可可依依依依靠靠靠靠锚锚锚锚索索索索向向向向下下下下的的的的拉拉拉拉力力力力来来来来补补补补偿偿偿偿，且且且且此此此此拉拉拉拉力力力力应应应应大大大大于于于于波波波波浪浪浪浪产产产产生生生生的的的的力力力力，使使使使锚锚锚锚索索索索上上上上经经经经常有向下的拉力，起着常有向下的拉力，起着常有向下的拉力，起着常有向下的拉力，起着绷紧绷紧绷紧绷紧平台的作用。平台的作用。平台的作用。平台的作用。4 4、牵牵牵牵索塔式平台索塔式平台索塔式平台索塔式平台 牵牵牵牵索索索索塔塔塔塔式式式式平平平平台台台台是是是是一一一一瘦瘦瘦瘦长长长长的的的的桁桁桁桁架架架架结结结结构构构构，其其其

20、其下下下下端端端端依依依依靠靠靠靠重重重重力力力力基基基基座座座座坐坐坐坐落落落落于于于于海海海海底底底底或或或或是是是是依依依依靠靠靠靠支支支支柱柱柱柱加加加加以以以以支支支支撑撑撑撑，其其其其上上上上端端端端支支支支承承承承作作作作业业业业甲甲甲甲板板板板。桁桁桁桁架架架架的的的的四四四四周周周周用用用用钢钢钢钢索索索索、重重重重块块块块、锚锚锚锚链链链链和和和和锚锚锚锚所所所所组组组组成成成成的的的的锚锚锚锚泊泊泊泊系系系系统统统统加加加加以以以以牵牵牵牵紧紧紧紧，使使使使它它它它能能能能保保保保持持持持直直直直立立立立状状状状态态态态。由由由由于于于于这这这这种种种种平平平平台台台台是

21、是是是由由由由锚锚锚锚泊泊泊泊系系系系统统统统牵牵牵牵紧紧紧紧的的的的，它它它它在在在在小小小小风风风风浪浪浪浪时时时时仅仅仅仅发发发发生生生生微微微微幅幅幅幅摆摆摆摆动动动动；风风风风浪浪浪浪大大大大时时时时，由由由由于于于于桁桁桁桁架架架架结结结结构构构构摆摆摆摆动动动动幅幅幅幅度度度度大大大大，会会会会把把把把重重重重块块块块拉拉拉拉得得得得离离离离开开开开海海海海底底底底，从从从从而而而而要要要要吸吸吸吸收收收收掉掉掉掉风风风风浪浪浪浪的的的的一一一一部部部部分分分分能能能能量量量量，因因因因此此此此平平平平台台台台仍仍仍仍可可可可维维维维持持持持在在在在许许许许可可可可范范范范围围围

22、围内内内内摆摆摆摆动动动动。这这这这种种种种平平平平台台台台结结结结构构构构简简简简单单单单，构构构构件件件件尺尺尺尺寸寸寸寸小小小小，故故故故所所所所受受受受到到到到的的的的风风风风、浪浪浪浪、流流流流的的的的作作作作用用用用力力力力也也也也小小小小。这这这这种种种种平平平平台台台台能能能能适适适适用用用用于于于于300300600m600m水水水水深深深深的的的的海海海海域域域域。但但但但若若若若水水水水深深深深超超超超过过过过600600米米米米，则则则则由由由由于于于于要要要要提提提提高高高高桁桁桁桁架架架架的的的的抗抗抗抗弯弯弯弯能能能能力力力力，建建建建造造造造时时时时所所所所耗耗

23、耗耗用的材料会大大增加，用的材料会大大增加，用的材料会大大增加，用的材料会大大增加，经济经济经济经济上不一定合算。上不一定合算。上不一定合算。上不一定合算。我国是仅次于美国的全球第二大石油消费国。2020年我国石油消费需求量为4.04.5亿吨，国内可供量为1.82.0亿吨。石油的对外依存度将从目前的接近50%，进一步上升到55%，远远超过国际公认的30%警戒线 目前国内石油产总量的70%集中在普遍进入开发后期。我国所管辖的海域蕴藏着丰富的油气资源，初步估算可达388亿吨油气储量，其中我国南海油气资源被称为“第二个第二个中东中东”。水深不超过200米的近海大陆架，如渤海湾、珠江口和南海北部湾等海

24、域的原油当量产量已达4000万吨左右。我国南海北部的海域地质、地球物理与地球化学调查也揭示了存在天然气水合物的可能性，这种通常埋藏在深水区域浅表层的天然气水合物，极有可能成为接替常规石油和天然气的新能源。2海洋油气开发装备产业的发展状况2.1 海洋油气开发装备产业的范围界定与战略2.2 世界海洋油气开发装备产业的发展概况2.3 我国海洋油气开发装备产业的现状与差距2.1海洋油气开发装备产业的范围界定与战略主要包括海洋石油和天然气的钻井平台、采油平台、钻井成套设备、钻井采油设备、油气分离处理设备、油气集输设备等核心工程设备，以及钻井辅助采油设备、海洋船舶工程通用系统等配套工程设备。海洋油气开发装

25、备产业是涉及国家能源稳定和国家经济安全的战略性产业 2.2世界海洋油气开发装备产业的发展概况世界100多个沿海国家都在海洋油气产业上加大投资和开发力度。目前已有60多个国家进行深水油气的勘探和开发，形成严峻的区域竞争格局。产业的核心产品研制主要掌握在北美、西欧及东亚地区的少数发达国家手中。北美地区的美国在世界海洋油气资源开发技术方面仍保持主导地位 美国的关键技术设备，国内成套率和全球市场份额居世界各国之首。世界海洋石油技术装备市场份额的50%以上为美国的跨国公司所占据，休斯敦已成为全世界海洋石油技术开发中心。拉美地区的巴西是发展中国家中海洋石油设备国产化程度最高的国家，其海底完井装置数量为全球

26、之最。欧洲的英国和法国是除美国之外海洋石油工业技术发展较为成熟的国家 英国的动力定位技术英国的动力定位技术 法国的高压石油软管制造技术法国的高压石油软管制造技术 挪威的水泥重力平台设计制造技术挪威的水泥重力平台设计制造技术 意大利的海上铺管、管线涂敷，全液压无线绞车新型钻意大利的海上铺管、管线涂敷，全液压无线绞车新型钻井技术和装备井技术和装备 瑞典的动力定位铺管技术瑞典的动力定位铺管技术 荷兰的大吨位海上浮吊装备和海底工程地质调查技术荷兰的大吨位海上浮吊装备和海底工程地质调查技术 德国的海上液压工业装备技术、大功率变频电力拖动技德国的海上液压工业装备技术、大功率变频电力拖动技术术 亚洲的日本、

27、韩国在海洋工程制造领域快速发展 日本依靠造船、冶金、电子技术的全球优势，在油气开发平台、海洋工程结构、石油管材及平台配套设备方面取得了重大突破。韩国的海洋平台建造技术以价格低廉、交货迅速、质量上乘的优势在夺标方面往往超过美国、英国、法国、日本等，目前世界上已建成的超深水半潜式和浮船式钻井平台大部分来自韩国。2.3我国海洋油气开发装备产业的现状与差距我国海洋油气开发装备产业经历了几十年的发展历程，取得了显著的成绩。从1970年至今，共设计建造了移动式钻井平台12座、固定式（导管架）采油平台65座、浮式生产储油船（FPSO）11条、半潜式钻井平4座等。已能制造成套15007000m等系列钻机及配套

28、设备、4500m修井机、平台采油树、13.75in69mpa防喷器等用于海上平台钻井和采油装备。与市场需求和国外水平相比，还存在着很大差距，特别是深海油气开发装备。我国开发的导管架平台应用仅限于100米水深以内，而国际上已研究开发作业水深3000米以上的第六代半潜式钻井平台。海洋油气钻井设备的最大钻井深度虽能达到7000米，但国际上海洋油气的最大钻井深度可达900012000米。国内厂商基本上停留在船体制造上，设备大多数由国外建造配套。海洋油气开发装备的落后，已经成为制约我国海洋经济发展的主要瓶颈之一。3 海洋油气开发装备用金属材料3.1 海洋油气钻采平台等大型海洋结构物用金属材料3.2 海洋

29、油气钻采设备用金属材料3.3 海洋油气输送和贮藏设备用金属材料海洋油气开发装备海洋油气钻采平台海洋油气钻采平台海洋油气钻采平台海洋油气钻采平台等大型海洋结构物、等大型海洋结构物、海洋油气钻采设海洋油气钻采设海洋油气钻采设海洋油气钻采设备备备备、海洋油气输送贮藏设备海洋油气输送贮藏设备海洋油气输送贮藏设备海洋油气输送贮藏设备和其它和其它辅助配套工程装备辅助配套工程装备辅助配套工程装备辅助配套工程装备。其中海洋油气钻采平台通常分为可变换位置的其中海洋油气钻采平台通常分为可变换位置的移动式结移动式结移动式结移动式结构构构构和固定于海底的和固定于海底的固定式结构物固定式结构物固定式结构物固定式结构物。

30、移动式结构具有代表性的是移动式结构具有代表性的是自升式钻探平台自升式钻探平台自升式钻探平台自升式钻探平台和和半潜式钻半潜式钻半潜式钻半潜式钻探平台探平台探平台探平台，主要用于勘探钻井及试开采。，主要用于勘探钻井及试开采。在试开采后确认有商业价值，便安装固定式采油平台。在试开采后确认有商业价值，便安装固定式采油平台。固定式采油平台主要有固定式采油平台主要有导管式平台导管式平台导管式平台导管式平台、重力式平台重力式平台重力式平台重力式平台、牵索牵索塔式平台塔式平台、张力腿式平台张力腿式平台张力腿式平台张力腿式平台及及单立柱式平台单立柱式平台单立柱式平台单立柱式平台等等随着海上油田离岸距离的增大，一

31、种新型的油气开采平随着海上油田离岸距离的增大，一种新型的油气开采平台台FPSOFPSO（海洋浮式生产储油系统）在上世纪（海洋浮式生产储油系统）在上世纪8080年代兴年代兴起后，现已得到广泛应用。起后，现已得到广泛应用。海洋浮式生产储油系统（海洋浮式生产储油系统（FPSO）海洋浮式生产储油系统（海洋浮式生产储油系统（FPSOFPSO）作为高技术、高附）作为高技术、高附加值的新型海上石油开采关键设备，已成为世界海上加值的新型海上石油开采关键设备，已成为世界海上油田开发的主流方式，它自油田开发的主流方式，它自2020世界世界8080年代兴起，现已年代兴起，现已得到广泛应用，截止得到广泛应用，截止20

32、082008年年3 3月底，全球运营的月底，全球运营的FPSOFPSO有有212212台。该系统由一艘浮式生产储油轮和一艘穿梭台。该系统由一艘浮式生产储油轮和一艘穿梭油轮组成，以浮式生产储油轮为基础，对开采的石油油轮组成，以浮式生产储油轮为基础，对开采的石油进行储存，随后通过穿梭油轮外输，它是集生产和生进行储存，随后通过穿梭油轮外输，它是集生产和生活系统为一体的海洋石油生产基地。活系统为一体的海洋石油生产基地。FPSOFPSO与海洋平与海洋平台相比具有初期投资少、建造周期短、迁移方便、可台相比具有初期投资少、建造周期短、迁移方便、可重复使用及不需铺设长距离输油管线等优点，最大作重复使用及不需铺

33、设长距离输油管线等优点，最大作业水深业水深20002000米。米。浮式生产储油装置(FPSO)Floating Production Storage and Offloading3.1海洋油气钻采平台等大型海洋结构物用金属材料3.1.1海洋油气钻采平台等大型海洋结构物工况特点和对金属材料的要求3.1.2 海洋油气钻采平台等大型海洋结构物用金属材料3.1.1海洋油气钻采平台等大型海洋结构物工况特点和对金属材料的要求 海洋油气钻采平台等大型海洋结构物，处在风、浪、流、海水腐蚀、甚至严寒的恶劣环境下工作，特别在深海域，还受到海洋密度分层产生的内波影响及水波流场和结构物相互作用的势流动力学影响，因此往

34、往具有特殊的结构形式，并且在材料上提出了比船舶用钢更高的要求。硫含量和Z向性能的要求（我国船舶检验局规定）Z向性能（板厚方向的断面收缩率向性能（板厚方向的断面收缩率z）强度和韧性要求强度和韧性要求要求屈服强度高，特别是移动式平台，要求采用400690 MPa级高屈服强度的钢材。对韧性的要求高。在寒冷地区，需要有足够的低温韧性。耐腐蚀性能要求耐腐蚀性能要求 海洋结构物在海洋环境下将受到潮流、盐分、水温、微生物等腐蚀影响，并且在海水中的不同部位（海洋大气带、飞溅带、潮差带、全浸带和海土带）受到的腐蚀情况不同。海洋大气带的腐蚀为海洋大气腐蚀 海洋大气中有大量含盐微粒的水气，加上雨、雾、风速、相对湿度

35、等气象因素，海洋大气腐蚀要比其它类别的大气腐蚀严重。耐海洋大气腐蚀的有效合金元素Cu、P、Si、Al、Mo、Cr等，其中效果最显著的元素为Cu、P，不与海水直接接触的海洋结构物部分可采用耐海洋大气腐蚀钢。飞溅带一般是指平均潮位受到波浪作用的上限部分 受到海水交替的干湿变化，溶解的氧量也比较多。由于日光的照射使温度升高，再加上海面的污损生物、浮油等的附着以及台风、流水等促进腐蚀因素，所以腐蚀极为剧烈，是海水腐蚀环境中腐蚀最严重的部位，其腐蚀速度可达到全浸带的好几倍。提高钢在飞溅带的耐腐蚀能力的有效合金元素P、Cu、Mo、Ni、Cr、Si、W、Ti等，效果最显著的元素为P、Cu、Mo。潮差带和飞溅

36、带同样也是腐蚀严重的部位 但由于潮差带的供氧情况比下部的全浸带好，在潮差带和全浸带之间形成的氧的浓差电池，使潮差带作为该电池的阴极而受到保护，使腐蚀的速度和程度降低，提高钢在潮差带的耐腐蚀能力，可选用与飞溅带相同的有效合金元素。全浸带指潮差带与海底之间海水浸没的部分 全浸带由于上述氧浓差电池作用和海水流动造成金属上全浸带由于上述氧浓差电池作用和海水流动造成金属上氧的不均匀分布形成的氧浓差电池及海洋生物的作用，氧的不均匀分布形成的氧浓差电池及海洋生物的作用，加上不同的金属接触所产生的电化学腐蚀，所以除了金加上不同的金属接触所产生的电化学腐蚀，所以除了金属的均匀腐蚀，还会产生局部腐蚀或点蚀。属的均

37、匀腐蚀，还会产生局部腐蚀或点蚀。减轻材料在全浸带腐蚀的有效元素减轻材料在全浸带腐蚀的有效元素CrCr、P P、AlAl、MoMo、SiSi等，特别是等，特别是CrCr。在深海，由于含氧量少，海水温度随水深而降低，海洋在深海，由于含氧量少，海水温度随水深而降低，海洋生物附着减少，同时海水流速也减慢，所以腐蚀速度反生物附着减少，同时海水流速也减慢，所以腐蚀速度反较慢，合金元素效果也变得不明显。较慢，合金元素效果也变得不明显。海土带中氧极少，所以腐蚀也最轻。对部分埋在海底，部分裸露在海水中的钢结构，由于氧的氧浓差电池作用，加快了埋在海土中的部分钢的腐蚀。在海土中，特别是在浅海海土中，由于从陆地上流入

38、的污染土中存在大量促进腐蚀的微生物，腐蚀较为剧烈。冷加工性要求冷加工性要求 一般船体结构用钢，即使是大型船舶用钢，仅用3050mm厚的钢板，但海底石油采掘设备等大型海洋结构物则需要用6070mm，甚至更厚的钢板，而且主要是进行冷加工，因此需要钢板有更好的冷加工性能。焊接性能要求焊接性能要求 大型海洋结构物大多是管件，圆形构架状的组合，形状变化大，往往需要将数据组合的管子在应力集中处进行焊接，并且大多在露天或海上作业条件很差的情况下焊接，所以要求材料有比舰船用钢更好的焊接性能和更便于焊接操作的条件。3.1.2 海洋油气钻采平台等大型海洋海洋油气钻采平台等大型海洋结构物用金属材料结构物用金属材料

39、海洋油气钻采平台等大型海洋结构物主要采用钢质材料建造，大量使用的钢材是焊接高强度结构用钢焊接高强度结构用钢和焊接低合焊接低合金高强度耐海水腐蚀用钢金高强度耐海水腐蚀用钢，它们除了按各种船级社规范进行要求外，常常还要求耐层状撕裂性能和焊接接头的COD性能，比规范要求更为严格。3.1.2.1 海洋油气钻采平台用焊接高海洋油气钻采平台用焊接高强度结构钢强度结构钢 对平台的本体结构物必须充分考虑结构是否会因水压产生弯曲变形，并且在施工时使用冷热加工及焊接接头必须满足疲劳强度，通常采用抗拉强度为500MPa级的正火型高强钢，钢板厚度通常不大于130mm，不建议用调质型高强钢。海洋油气钻采平台经常采用的焊

40、接海洋油气钻采平台经常采用的焊接高强度结构用钢高强度结构用钢 屈服点为320MPa的AH32-EH32钢、屈服点为360MPa的AH36-EH36钢、屈服点为390690MPa级钢，如美国的ASTM A537C1.2,A543,A633 Gr.E,A678 Gr.D,A710 Gr.C,A737 Gr.C，英国的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

41、。3.1.2.2 海洋油气钻采平台用焊接低海洋油气钻采平台用焊接低合金高强度耐海水腐蚀用钢合金高强度耐海水腐蚀用钢 海洋环境对钢的腐蚀情况非常复杂，目前还没有一个低合金钢号能全面达到海洋环境的要求。目前国外工业生产的低合金耐海水腐蚀用钢按成份系列可分为: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，以下介绍典型的钢号。美国的Mariner钢 Ni-Cu-P系的半镇静钢，其屈服强度和抗拉强度分别为：355 MPa和490MPa以上，特点是在飞溅带的耐海水腐蚀性能好，为普通碳素钢的23

42、倍，即使在没有混凝土包履等防护措施的情况下，也能长期的使用，而且很少发生点蚀。但此钢中含P量较高（0.080.15%P），不适宜厚度大于20 mm钢板的焊接，不能用于焊接的海洋结构物，主要用作护堤、筑堤等用的钢桩。日本的日本的Mariloy钢钢 该钢针对美国“Mariner”钢P含量高、焊接性能差及全浸带耐腐蚀性能差的问题而研制的耐海水腐蚀钢，包括2个强度级别（s400 MPa和b490 MPa），三种不同海水部位（飞溅带、全浸带、飞溅带和全浸带）的6个钢号，它们是钢中含P量0.03%的Cr-Cu系低合金耐海水腐蚀钢，其中Mariloy钢P50的s 325 MPa，s 490 MPa，在飞溅带

43、的耐腐蚀性能是普通碳素钢的2倍左右，用于系船浮标、钢桩等，适用厚度625mm。法国的法国的APS Cr-Al钢钢 该钢包括该钢包括APS20AAPS20A、APS20MAPS20M、APS25APS25三个钢号三个钢号,它们它们均含有均含有4%Cr4%Cr，APS20AAPS20A含有含有0.90%Al0.90%Al，APS20MAPS20M含有含有0.90%Al0.90%Al和和0.15%Mo0.15%Mo，APS25APS25含有含有0.60%Al0.60%Al和和0.15%Mo0.15%Mo及及0.80%Ni0.80%Ni。正火后。正火后20 mm20 mm以下钢材的强以下钢材的强度为：

44、度为：APS20AAPS20A、APS20MAPS20M的的s s310 MPa310 MPa，s s 490 490 MPaMPa；APS25APS25的的s s 590 MPa 590 MPa，s s 835 MPa 835 MPa；它们；它们的耐海水腐蚀性能大大优于碳钢，在海水中全浸的耐海水腐蚀性能大大优于碳钢，在海水中全浸4646个个月的对比腐蚀试验表明，为碳钢的月的对比腐蚀试验表明，为碳钢的2.182.183.233.23倍，它倍，它们在焊接时不需要预热或焊后热处理，但以们在焊接时不需要预热或焊后热处理，但以650650消消除应力为宜；缺点是该钢有晶粒长大倾向，因此要防除应力为宜；缺

45、点是该钢有晶粒长大倾向，因此要防止过热，并且除氩弧焊外，不能做到含止过热，并且除氩弧焊外，不能做到含AlAl均匀的焊缝；均匀的焊缝；APS Cr-AlAPS Cr-Al钢用于制造船舶管道、海水制水设备、防波钢用于制造船舶管道、海水制水设备、防波堤的护板、闸门、渡船、救生艇、盐器设备等堤的护板、闸门、渡船、救生艇、盐器设备等.我国从我国从1965年起开始研制耐海年起开始研制耐海水腐蚀钢水腐蚀钢 试验钢号近200种，其中10Cr2MoAlRE、08PVRE、09MnCuPTi、10MnPNbRE、10NiCuAs、10CrMoAl等已通过鉴定，但除了少数用户因个别工程需要订货外，尚未推广开来，应用

46、少，产量也少，多用在钢板桩、海水冷凝器、输海水管线、管桩、船坞闸门等方面，尚未涉及大型的固定式和移动式海洋结构物。3.2海洋油气钻采设备用金属材料海洋油气钻采设备用金属材料3.2.1 海洋油气钻采设备工况特点和对金属材料的要求3.2.2 海洋油气钻采设备用金属材料3.2.1海洋油气钻采设备工况特海洋油气钻采设备工况特点和对金属材料的要求点和对金属材料的要求 随着油气资源的枯竭，对原来曾抛弃的具有腐蚀环境的油气井重新进行开采，特别是上世纪70年代初开始的石油危机以来，随着海洋油气的全面开发，各类工况的油气井越来越多，含有腐蚀性气体的油气井日益增加，钻采的深海化，寒冷化和钻采技术的进步，使钻采设备

47、的工况变得更加复杂。腐蚀问题腐蚀问题 CO2 2腐蚀和硫化物腐蚀（H2 2S应力腐蚀）；酸处理腐蚀，为了提高油气生产率、回收率，采用注入强酸（如1.5%HF+13.5%HCl+缓蚀剂）技术，增加地层溶解带来的腐蚀；工作液腐蚀，随着开发井的高压化，往往采用在套管和油气流动管道之间流入高比重、高浓度金属卤化物工作液的技术，带来管道表面的应力腐蚀。温度问题温度问题 深井带来的高温环境：由于油气的高深度带来钻采温度的升高；低温海水带来的石蜡析出问题：深海油气生产中由于受深海低温海水的影响，管内油气温度下降引起管内内壁折出石蜡，使流速下降而降低生产率。对环境污染问题对环境污染问题油井管螺纹接头经常采用石

48、墨、重金属、黄油构成的润滑剂和接头磨损后油气泄漏带来的海洋环境污染问题。对海洋油气钻采设备用金属材料有高耐蚀性、高强度、对输送流体有保温性、必要的螺纹接头性及限制使用对海洋环境造成污染的物质等要求。3.2.2海洋油气钻采设备用金属材料海洋油气钻采设备用金属材料 油气钻采是无缝钢管最大的用户，消耗最多的油套管一般采用屈服强度400800MPa的碳锰钢和低合金钢制造；对于有酸性气体(CO2 2，CO2 2+H2 2S)和氯离子腐蚀的油、气井，需要采用耐腐蚀的不锈钢甚至镍基合金做油套管和输送管。随着海洋油气的全面开发，含有腐蚀性气体的油气井逐步增多，为适应高深度化(高温高压)、深海化、寒冷化环境要求

49、和水平挖掘等技术的进步，油井管也向高度化多样化发展，碳钢和低合金钢油井管已不能适应海洋油气开发的要求，对双相不锈钢双相不锈钢油井管和高强度高强度的不锈钢不锈钢无缝管(13%Cr15%Cr)的需求愈来愈多，但由于双相不锈钢管的价格高，使用量受到限制，在高强高强度马氏体不锈钢度马氏体不锈钢13Cr无缝管的基础上又发展了超级马氏体不锈钢超级马氏体不锈钢无缝管。超级马氏体不锈钢无缝管由于含碳量极低，Cr、Ni、Mo含量高，因此耐腐蚀性能和高温性能提高，更能适应大多数较恶劣海洋环境的油气井条件。超级马氏体不锈钢13Cr无缝管可分HP1-13CR、HP2-13CR、UHP-15CR三类，它们的化学成份范围

50、如下表所示：3.2海洋油气钻采设备用金属材料3.2.1海洋油气钻采设备工况特点和对金属材料的要求3.2.2海洋油气钻采设备用金属材料3.3海洋油气输送和贮藏设备海洋油气输送和贮藏设备用金属用金属 材料材料3.3.1海洋油气输送和贮藏设备工况特点和对金属材料的要求3.3.2海洋油气输送和贮藏设备用金属材料3.3.1海洋油气输送和贮藏设备工况特点海洋油气输送和贮藏设备工况特点和对金属材料的要求和对金属材料的要求海洋油气输送用钢管和海洋油气贮藏用压力容器是海洋油气输海洋油气输送用钢管和海洋油气贮藏用压力容器是海洋油气输送和贮藏设备的二大送和贮藏设备的二大关键部件关键部件关键部件关键部件，它们直接与海