海上石油開發(fā)設施及用材

1、研究背景海上石油開發(fā)設施海上鉆井裝置的類型海洋鉆井的主要特點海洋平臺建造所用材料海洋工程結構材料的發(fā)展研究背景研究背景 隨著社會的進步,科技和經濟的迅猛發(fā)展,世界各國對石油、天然氣等能源的需求越來越大。 由于陸上油氣資源的逐漸減少,己滿足不了人類的需求。 面對極其豐富、如此誘人的巨量海洋資源,各國加緊了海洋高技術的開發(fā)。海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施可分為： 勘探設施 鉆采工程設施 集輸貯運工程設施海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施 勘探設施供普查用的專門設施主要有地震勘探船、重力和磁力勘探船及飛機等。儀器安裝在船或飛機上，按預定測線勘探。供勘探時打鉆井的設施，除近岸淺水區(qū)的個

2、別情況下用固定平臺外，多采用活動平臺。海上鉆探的工藝與陸上類同，但需要用一根隔水套管 隔開海水、引入鉆具和導出泥漿。海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施 鉆采工程設施人工島,這種設施在近岸淺水中使用較經濟。固定式平臺，是目前主要采用的 一種工程類型。為了控制更大的油（氣）藏面積，在一個平臺上除打一口直井外，往往還要打多達幾十口的斜井。由于其造價隨水深成倍增長，這種類型在深水中使 用有時不經濟。海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施 鉆采工程設施浮式采油（氣）平臺，將井口安裝在浮式平臺的甲板上，井口至海底之間以立管相聯(lián)，依靠系泊錨鏈或張力鋼索嚴格限制平臺的搖蕩，這種平臺能適用于 300米以上水深。海底采油

3、（氣）裝置，采取鉆水下井口的方法。井口安裝在海底，開采出來的油（氣）用管線直接送往陸上或輸入海底集油（氣）設施。海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施 Spar平臺（深水浮筒平臺）海上石油開發(fā)設施海上石油開發(fā)設施 集輸貯運工程集輸貯運工程設施設施裝有集油(氣)、處理、計量以及動力和壓縮設備的平臺。這類平臺的結構形式與上述固定鉆采平臺相同。貯油設施。對于全海式或半海半陸式系統(tǒng)，由于受海洋自然環(huán)境影響和運輸條件的限制，需在海上設貯油設施。主要形式有系泊式和固定式兩種，前者如貯油船、貯油浮筒等。后者又分兩種，一種是設在固定平臺上的貯罐，容量較??；另一種是座落于海底的水下貯罐，容量一般較大。海上石油開發(fā)設施

4、海上石油開發(fā)設施 我國自主研發(fā)的FPSO（海上浮式儲油船）海洋鉆井的主要海洋鉆井的主要特點特點 海上鉆井處于狂風巨浪的侵襲中，且與海底隔著巨大的水體，要在復雜的條件下完成鉆井作業(yè)。 采用浮動鉆井裝置鉆井，要克服在浮動條件下作業(yè)的不利因素，滿足井底鉆壓、將鉆具導向海底井口、保持井位等技術要求。海洋鉆井的主要特點海洋鉆井的主要特點 海上建造平臺費用昂貴、操作難度大，因此海上生產井一般均打叢式井（定向井）。 井身結構復雜，套管尺寸大，層次多。 有一套防腐措施和設備。 先進的交通、通訊及良好的生活保障。海上鉆井裝置的類型海上鉆井裝置的類型固定式鉆井平臺 固定于海底，在整個使用壽命期內位置固定不變，不能

5、再移動。主要用于有工業(yè)油流的油田，一般工作水深固定于海底，在整個使用壽命期內位置固定不變，不能再移動。 固定鉆井平臺按照 自給程度 不同，分為：自容型海洋鉆井平臺自容型海洋鉆井平臺 和 帶輔助船的小型鉆井平臺 兩類。海上鉆井裝置的類型海上鉆井裝置的類型固定式鉆井平臺海上鉆井裝置的類型海上鉆井裝置的類型移動式鉆井平臺 作業(yè)完成后，可拖航或自航到其他地點?？呻S意移動，特別適用于鉆勘探井或叢式生產井。鉆井模塊既可以放到固定式平臺上，也可以采用移動式平臺，但是上部模塊價格比較貴。海上鉆井裝置的類型海上鉆井裝置的類型 移動式鉆井平臺海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料 海洋環(huán)境的特點海水里含有很多的

6、鹽成分,其對海洋鋼結構的腐蝕性很大。波浪對于海洋結構的破壞,特別是在一些特定的海域,英國北海,中國南海,巨大的風浪對于海洋結構存在著巨大的考驗。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料 海洋環(huán)境的特點高濕度。海洋里最多的東西莫過于水,海水時刻都在發(fā)生著蒸發(fā),濕度離水面距離不遠的空間里存在著大量的水蒸氣。洋流,臺風由以上特點來看,海洋環(huán)境復雜,有著高腐蝕性,對海洋結構的作用比較復雜,對海洋結構的材料有著很高的要求。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料 鋼材的主要特點強度大,韌性好普通的低碳碳素鋼(以Q235為例)的屈服強度為235MPa,抗拉強度則在370500MPa.剛度較大剛度是指金屬在

7、外力作用下產生變形,當外力取消后又恢復到原來的形狀和大小的一種特性,是材料抗變形的能力,鋼材的彈性模量一般在200210GPa之間,而鋁合金的彈性模量在7OGPa左右。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料 鋼材的主要特點性價比高地殼中鐵的含量是4.2%,儲量大,易于開采和冶煉,價格相對便宜。 可連接性好現(xiàn)代焊接技術特別是鋼材的焊接技術取得了極大的發(fā)展,為鋼材的焊接鋪平了道路,低碳鋼及低碳合金鋼的一個主要的優(yōu)點是碳當量較低可焊性較好。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料 海洋平臺建造鋼材選用海洋平臺由于常年浸泡在海水中，不僅要經受海浪、海底地震、低溫等自然力的侵蝕和破壞，還必須充分考慮風

8、暴、海浪、潮流、冰川等各種惡劣海況條件的影響，要能抵御200年一遇的臺風。因此，對海洋工程材料的各項技術指標要求極高，不僅要有很高的耐大氣腐蝕和耐海水腐蝕的性能，還要求高強度、高韌性、耐腐蝕、易焊接。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料軋制鋼材。按強度等級可分為3類，即一般強度鋼、高強度鋼及超高強度鋼，最高屈服強度等級為690MPa，F(xiàn)級要求-60沖擊功及附加的Z向性能。所用到的鋼材類型除鋼板外，還包括球扁鋼、棒材、角鋼、不等邊角鋼、工字鋼及槽鋼等。鋼鍛件及鋼鑄件。按化學成分分為3類，即碳錳鋼、合金鋼及不銹鋼。海洋海洋平臺建造所用材料平臺建造所用材料 鋼管。包括用于壓力容器、熱交換器、過熱

9、器及低溫等環(huán)境下的無縫鋼管及焊接鋼管。由于使用環(huán)境苛刻，對鋼管的內外部質量、尺寸偏差、化學成分、熱處理及力學性能要求十分嚴格。鍛造鋁合金。所用到的鋁合金鋼材類型有板材、型材、管材及棒材等。主要品種有5 000系及6 000系鋁合金。海洋海洋平臺建造所用材料平臺建造所用材料 復合材料在海洋油氣開發(fā)上的應用復合材料管道設備玻璃纖維增強復合材料(GFRP)用來制造海水管道、防火防水管道、其他低壓管道以及儲藏槽、格柵框架等具有其獨特的優(yōu)勢。其優(yōu)點是價格低且耐海水腐蝕。目前，絕大多數抽油桿是鋼制件，笨重、磨損和腐蝕使其應用受到一定限制，取而代之的是碳纖維增強復合材料(CFRP)抽油桿。海洋平臺建造所用材

10、料海洋平臺建造所用材料深海復合材料系泊系統(tǒng) 對于深海油田，將平臺錨固到海底用的纜繩和連接油井口到平臺的管材是系泊系統(tǒng)的重要組成部分。如果用鋼材制造，質量大，需用大平臺的漂浮尺寸，必將增大投資。使用碳纖維增強復合材料制造系泊纜繩，自身減重效果十分顯著。國外開發(fā)的碳纖維復合材料纜繩可卷繞到直徑為4.4m的芯軸上，運輸和作業(yè)非常方便。海洋平臺建造所用材料海洋平臺建造所用材料海洋平臺復合材料先進復合材料用在沿海油田的鉆井平臺上，如 ：井管、管材、儲藏罐和甲板、連接管、平臺的二次結構材料(護欄、扶手、通道、豎井)、以及浮力組件等部位。海洋工程海洋工程結構材料的發(fā)展結構材料的發(fā)展 國內海洋工程材料應用現(xiàn)狀

11、:近幾年，國內海洋工程裝備制造業(yè)發(fā)展的步伐日益加快，海工材料的研發(fā)應用也越來越受到業(yè)界的重視。尤其是在我國提出建設“海洋強國”戰(zhàn)略后，海工裝備的重要性日益提高，而新材料的應用是發(fā)展海工裝備制造業(yè)的強力支撐。海洋工程結構材料的發(fā)展海洋工程結構材料的發(fā)展在日前中國工程院召開的“海洋工程材料研發(fā)及應用發(fā)展趨勢研討會”上，與會專家一致認為，我國海洋工程裝備制造業(yè)的發(fā)展對相關材料及其制造技術提出了更高的要求，未來 510 年，將是我國發(fā)展海洋工程裝備及其材料產業(yè)的大好時機。海洋工程結構材料的發(fā)展海洋工程結構材料的發(fā)展 國內海洋工程材料的不足雖然我國近年在海工材料的研發(fā)應用方面成績突出，但是相比國外先進水平，還存在著一定的差距。比如，目前我國海工用鋼的國產化率已經達到 90%以上，只有少數鋼材品種需要進口，但正是這部分極具技術含量和附加值的“少數鋼材品種”，成為了制約國內海工裝備產業(yè)快速發(fā)展的一大瓶頸。海洋工程結構材料的發(fā)展海洋工程結構材料的發(fā)展以海工裝備用齒條鋼為例，其核心技術被歐洲、日本的少數企業(yè)掌握，市場也被他們壟斷，價格曾飆升至 1 萬歐元/噸，交貨