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1、王东坡 教授 天津大学 材料科学与工程学院 2014.9,海洋工程用钢需求现状及未来发展趋势,2,2,一.背景 二.当前海洋工程用钢需求及技术水平现状 三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 四.海洋工程用钢认证 五.几点看法,主要内容,一 需求背景,1. 根据有关资料，全球累计探明石油可采储量 3880 亿吨，天然气储量 266 万亿立方米，其中海洋石油天然气储量占 45%左右。随着陆上油气资源逐渐减少，海洋石油已成为世界各国争相追逐的主要战略资源。目前已发现的油气田1600多个，有100多个国家和地区在海上开发油气，有 200 多个油气田投产。,一 需求背景,2. 国际上海洋油气开发主要呈现
2、两个重要发展趋势: 1. 向深冷区域发展，北冰洋海域蕴藏约2000亿吨油气资源，已成为某些周边国家竞相研究开发的热点区域之一，主要有挪威/俄罗斯/美国/加拿大等国参与争夺。 3. 更重要的发展领域是深海油气开发，最为著名深海油气开发区域就是墨西哥湾，另外南美巴西部分海域和我国南海成为深海油气资源丰富的两个区域。,一 需求背景,3 . 我国南海所蕴藏油气储量约300亿吨当量，其中60-80%埋藏于深海区域，大部分水深约1500米以上，且该海域台风频次多，海浪高，海流复杂，开发难度极大。由于菲律宾和越南等国在南海部分海域与我国存在主权争议，因此谁能率先成功进军深海，必将是最大赢家。 有鉴于此，南海
3、深水油气资源开发利用已上升为国家能源发展战略。,4. 海洋油气资源开发和利用促使海洋工程装备制造业蓬勃兴起，海洋工程装备市场具有广阔发展前景和巨大的发展潜力。 近十年，海洋石油勘探开发的投资持续大幅增长，据Douglas-Westwood 统计，08 年全球海工装备资本性投资为 1570 亿美元，09 年约 1520 亿美元，占海洋油气勘探开发总投资 60%左右。 当前，全球共有各类海洋钻井装备 650 多座，其中自升式钻井平台超过 430 座，占有总规模的 2/3；半潜式钻井平台 180 多座，钻井船近 50 艘，合计占 1/3。,一 需求背景,5. 截至 2009 年底，国内在生产油气田
4、77 个，平台 150座，在建 10 座，海外油田管理 140 余座，海管 4,813km（在建 173km），海底电缆 380km，FPSO17 艘，水下井口已建成 6 套，陆上终端已建成 11 座、2 座在建设中（海外终端管理 1 座），这些海上工程装备和设施使中国海油具备5,000 万吨油当量的生产能力。,一 需求背景,6. 从目前掌握的数据看，在2011-2015 年间，我国海洋石油增加 5,000万吨的海洋石油产量的预期可以实现。这 5 年间，建造 70 多座平台，新建 10 多艘 FPSO，其中中海油需建造 55 座海洋平台，6 艘 FPSO，4 个陆地终端、铺设海底管线 1,00
5、0 多公里，投资总量每年将以数百亿元以上递增。 未来十三五，我国南海大开发及东海大开发，及国际市场的开拓，中国海工市场还将快速发展。 国际油价稳定在100美元左右，使得国际海工市场年投资将达到2000亿美金左右。,一 需求背景,7. 2008年，席卷全球的金融危机对我国造船工业的发展造成强烈冲击，船舶工业产能过剩/重复投资/高端产品竞争力不强的问题日益凸显。 为应对我国造船工业面临的危机，振兴行业发展，国家明确提出要大力发展海洋工程装备制造业，强化海洋工程产品自主研发及生产能力。 目前，海洋工程装备制造行业正成为造船工业新的利润增长点 ，众多船企开始向海洋工程产品转型。,一 需求背景,8. 从
6、全球角度看，据统计正在开发中的水深200m以上的海洋项目共有100余个，潜在项目达近千个，未来海洋生产装备用钢的需求依然保持较高水平。因此，海洋工程用钢的需求和开发将成为钢铁行业新的增长点。,一 需求背景,海工用钢主要可以分为海洋平台用钢，海底油气管线用钢，油气储运舰船用钢和海洋能源设备用钢等，主要以低合金高性能结构钢为主。 国内生产管线钢整体上已经达到世界水平，但特大管径和超厚管壁管线钢品种尚需进口，高强管线管品质需要提高，如抗HIC(氢致开裂)和抗SSC(硫化物应力腐蚀)高强度管线钢等。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,不仅如此，国产管线用钢在高低温止裂韧性，焊接性，抗大应变性能与
7、国外存在一定差距。 随着水深增加，国产管线钢在低温断裂韧性，尺寸精度方面与国外存在更明显差距，甚至尚属空白领域，需进口解决。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,由于海洋平台（包括固定式平台和移动式平台）服役期长（甚至超过30年），安全性要求高，因此：要求所采用钢材必须具有高强度,高韧性,抗疲劳,抗层状撕裂和良好焊接性及耐蚀性等特点。 固定式平台结构主要采用屈服强度为355MP a、420MP a、460MP a的/及级钢材；在自升式钻井平台结构中可能钢材的强度级别会达到500MPa及550MPa。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,我国海洋平
8、台用钢板的抗腐蚀性能和大线能量焊接热影响区（HAZ）断裂性能与国外有一定的差距。 同时以铁素体-珠光体微观组织为主的低合金钢的抗层状撕裂性能依然是困然企业生产的难题。 厚度在以上高强度钢板，屈服强度在以上齿条钢只有极少数厂家能生产。 多数厂家所生产的海洋平台用钢没有通过EN10225 ，ISO19902, API 2Z 等欧美标准的认证，开拓海外市场困难。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,双相不锈钢的优点是强度高于奥氏体不锈钢 （屈 服强 度提 高1 倍,抗拉强度提高25 % ）,而韧性 优于铁 素体不 锈钢,且抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀的性能与两者相差不大。 双相不锈钢在海洋平台上部
9、组块工艺管线，立管，水下生产系统管汇，井口采油树及 隔水套 管 中应 用。 国产双相钢存在焊接后点蚀性能不达标，材料韧性不足等缺点，主要原因是热处理工艺不过关。 国际上最新的第四代超级双相不锈钢尚无产品（主要在采油树上使用）。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,双相钢31803 金相组织,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,LNG项目在陆地的表现形式主要是处理工厂及储罐建造，在海洋中主要表现方式是LNG船舶的建造。 随着工业的迅猛发展低 温 钢 的 研究和 开 发 热 度 持 续 升 温 。 近几年，涉海LNG项目很多，中海油承包的澳大利亚LN
10、G项目以及刚承接的俄罗斯的亚马LNG项目，项目规模巨大。 亚马项目，仅中海油的份额近200亿人民币，蓬莱巨涛也获得40多亿的份额。涉及钢种主要为各种类型的低温钢和不锈钢。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,储 存 温 度 为，要求储罐所采用的钢具有较高强度及优异的低 温 韧 性。此外，由于无论是LNG储罐还是LNG船或管道，均需要焊接，因此对9Ni钢焊接性要求很高，主要是热裂纹（液化裂纹）敏感性提出极高要求。 近几年，我国多家钢企已能生产9Ni钢板，但产品质量与国外尚存明显差距，主要表现在热影响区断裂韧性及抗焊接热裂纹性能两方面上。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,二 当前海洋工
11、程用钢需求及技术水平现状,国产9Ni钢HAZ粗晶区液化裂纹案例1,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,国产9Ni钢HAZ粗晶区液化裂纹案例2,国产9Ni钢HAZ断裂韧性（CTOD）案例,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,关键钢铁品种不能自给已瓶颈，致使重大海洋工程及装备关键技术长期大量依赖进口，尤其在深海领域。 深海工程需要高强/高韧 /耐海洋环境腐蚀钢管/板，这类钢材必须满足复杂环境,复合载荷长寿命等十分苛刻的服役要求,随着我国海洋工程从近海向深海进军，适应新需求，自主研发高性能钢材已迫在眉睫。,二 当前海洋工程用钢需求及技术水平现状,借鉴国外几十年海洋深水开发的经验和教训，中海油
12、今后重要技术发展路线之一就是采用水下生产系统开采技术。 这种采油气的方式主要特点是在海底实施油气采集之后，不是采用通常通过深水柔性立管将油气送入位于深水采油平台的生产系统处理的方式，而是经过水下生产系统简单处理之后，通过海底管道输送到位于相对水深较浅海域的固定式采油平台上进一步加工处理，再通过海 底管线或油轮输送到陆地。 因此，水下生产系统制造/深水海底管线及其铺设/深水固定式采油平台制造成为该深海油气开发技术链条上的三个关键环节。,三. 我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 -水下生产系统开采技术,深海油气开发装备的核心问题是寿命，由于深海油气开发投入极大，具备开发价值的海域其油气储量必须非常丰
13、富，否则很难收回成本。 因此，要求深海油气开发装备一定具有很长的安全使用寿命，以满足长周期海上作业的设计要求，例如我国第一个深水项目荔湾3-1所采用的固定式深水平台设计寿命达30年，而以往同样位于南海的浅水区域平台设计寿命只有15年,甚至更短。,三. 我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 -水下生产系统开采技术,由于水下生产系统只是将油气简单处理，并没有对其进行脱水和脱硫/二氧化碳处理，因此管道内介质具有较强腐蚀性，采用碳钢管所制造海底管线很难满足长寿命安全服役要求。 一般采用耐蚀合金或复合管制造海底管道，因此，造价很高。,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 -水下生产系统开采技术,由于深海油气
14、开发投入极大，具备开发价值的海域其油气储量必须非常丰富，要求深海深水固定式采油平台具有很长使用寿命，以满足长周期海上作业要求。由于深水固定式平台所处海域水很深，甚至可能达300米以上，导致平台不仅造价高，重量大而且建造周期长，海上运输和安装困难。因此深水固定式平台长寿命轻量化是当前国际海洋工程界的必然选择。,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 -水下生产系统开采技术,国际上，一般通过结构制造材料高强化和疲劳延寿技术满足轻量化长寿命深海固定式平台建造。 截止目前，我国相关海工企业采用大厚度高强钢板建造深水固定式平台的工程案例尚属空白，已启动的几个深海油气开发项目所涉及的固定式平台建造依然采用传
15、统的EH/DH36钢制造，导致其重量过大。 如果采用EH/DH42及EH/DH46高强钢板取代EH/DH36建造深水固定式平台，预计减重20-30%，其经济意义十分重大。,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 -水下生产系统开采技术,1. 随着海洋油气资源开发向深水发展,立管系统在油气开发成本中所占的比重越来越大. 2. 传统立管系统在技术上和经济上已经不适应深水发展的需要。 3. 柔性立管成本高,不适应深水油气田高温高压生产条件,同时大直径柔性立管的制造受到技术的限制,其发展空间微乎其微。 4. 顶张力立管不能顺应浮体较大的漂移运动,随着水深增加,顶张力和浮体垂荡运动的补偿也变得越来越困难,
16、同时气动液压张紧装置占用较大平台空间,对于比较紧凑的平台空间来说是不经济的。 人们一直在寻求一种深水开发的有效解决方案。,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 钢悬链线立管(Steel Caternary Riser, SCR),成本低 对浮体运动有较大的适应性 适用高温高压工作环境,应用： 国外-Golf of Mexico -Campos Basin -North Sea -West Africa 国内-空白,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 钢悬链线立管(Steel Caternary Riser, SCR),钢悬链线立管( Steel Caternary Riser,SCR) 是国外近年来发展起来的一种新型深水立管系统。 它成本低，对浮体运动有较大适应性，适用高温高压工作环境，已在国外有过多次成功应用的范例，取代了柔性立管和顶张力立管而成为深水开发的首选立管形式，代表着国际上深海平台立管的技术发展方向。,三.我国海洋工程用钢需求未来发展趋势 钢悬链线立管(Steel Caternary Riser, S
