海洋工程用金属材料---章靖国课件

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1、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 。 海洋油气产业是全球最大的海洋产业。,全球的海洋石油

2、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。,海洋平台是在海洋上进行作业的场所。海洋石油钻探与生产所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。在钻井平台上设钻井设备，在生产平台上设采油设备。平台与海底片口有立管相通。平台是进行海上钻井与采油作业的一种海洋工程结构。海洋平台一般都高出海面，能够避免波浪的冲击。型式有三边形、四边形或多边形。上下两层甲板或单层甲板面供安装、储存钻井或采油设备用。,按运动方式，可分为固定式与移动式两大类,海洋平台的分类,半潜式钻井平台 半潜

3、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，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。,钻井船

4、 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(船式)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，有时要被迫停钻，。增加停工时间，所以更需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。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、风速低的海区。它可以在600m水深的海底上进行探

5、查，掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量，提供生产能力等,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。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；移动式平台又可分为自升式与张力腿式、牵索塔式等。,生产平台,1、重力式采油平台它一般都足钢筋混凝土结构，作为采油、贮存和处理用的大型多用途平台，它由底部的大贮油罐、单根或多根立柱、平台甲板和组装模块等部分组成，规模较大的，可开采几十口井，贮油十几万吨

6、，平台的总重量可高达数十万吨。各类平台，根据作业要求，配备相应的采油，处理及生活等设施。,2、导管架式平台桩基式平台用钢桩固定于海底。钢桩穿过导管打入海底，并由若干根导管组合成导管架。导管架先在陆地预制好后，拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，桩是打一节接一节的，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成一体固定于海底。这种施工方式，使步上工作量减少。平台设于导管架的顶部，高于作业区的波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出4-5m，这样可避免波浪的冲击。桩基式平台的整体结构刚性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。但其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以在深水中

7、的经济性较差。,3、张力腿式平台张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。一般来说，半潜式平台的锚泊定位系统，都是利用锚索的悬垂曲线的位能变化来吸收平台在波浪中动能的变化。悬垂曲线链的特征之一是链的下端必须与水底相切，以保证锚柄不会从水底抬起，这样就可保证锚的抓力。张力腿式平台也是采用锚泊定位的，但与一般半潜式平台不同，其所用锚索是绷紧成直线的，不是且悬垂曲线的，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的锚是桩锚（即打入水底的桩作为锚用），或重力式锚（重块）等，不是一般容易起主的转爪锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力可依靠锚索向下的

8、拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。,4、牵索塔式平台牵索塔式平台是一瘦长的桁架结构，其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撑，其上端支承作业甲板。桁架的四周用钢索、重块、锚链和锚所组成的锚泊系统加以牵紧，使它能保持直立状态。由于这种平台是由锚泊系统牵紧的，它在小风浪时仅发生微幅摆动；风浪大时，由于桁架结构摆动幅度大，会把重块拉得离开海底，从而要吸收掉风浪的一部分能量，因此平台仍可维持在许可范围内摆动。这种平台结构简单，构件尺寸小，故所受到的风、浪、流的作用力也小。这种平台能适用于300600m水深的海域。但若水深超过600米，则由于要

9、提高桁架的抗弯能力，建造时所耗用的材料会大大增加，经济上不一定合算。,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

10、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

11、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

12、为成熟的国家,英国的动力定位技术 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 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 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 德国的海上液压工业装备技术、大功率变频电力拖动技术,亚洲的日本、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

13、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

14、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,海洋油气钻采平台等大型海洋结构物、海洋油气钻采设备、海洋油气输送贮藏设备和其它辅助配套工程装备。 其中海洋油气钻采平台通常分为可变换位置的移动式结构和固定于海底的固定式结构物。 移动式结构具

15、有代表性的是自升式钻探平台和半潜式钻探平台，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。固定式采油平台主要有导管式平台、重力式平台、牵索塔式平台、张力腿式平台及单立柱式平台等 随着海上油田离岸距离的增大，一种新型的油气开采平台FPSO（海洋浮式生产储油系统）在上世纪80年代兴起后，现已得到广泛应用。,海洋浮式生产储油系统（FPSO）,海洋浮式生产储油系统（FPSO）作为高技术、高附加值的新型海上石油开采关键设备，已成为世界海上油田开发的主流方式，它自20世界80年代兴起，现已得到广泛应用，截止2008年3月底，全球运营的FPSO有212台。该系统由一艘浮式生产储

16、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。FPSO与海洋平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，最大作业水深2000米。,浮式生产储油装置(FPSO) Floating Production Storage and Offloading,3.1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）,