海上石油开发设施及用材

1、研究背景海上石油开发设施海上钻井装置的类型海洋钻井的主要特点海洋平台建造所用材料海洋工程结构材料的发展研究背景研究背景 随着社会的进步,科技和经济的迅猛发展,世界各国对石油、天然气等能源的需求越来越大。 由于陆上油气资源的逐渐减少,己满足不了人类的需求。 面对极其丰富、如此诱人的巨量海洋资源,各国加紧了海洋高技术的开发。海上石油开发设施海上石油开发设施海上石油开发设施可分为： 勘探设施 钻采工程设施 集输贮运工程设施海上石油开发设施海上石油开发设施 勘探设施供普查用的专门设施主要有地震勘探船、重力和磁力勘探船及飞机等。仪器安装在船或飞机上，按预定测线勘探。供勘探时打钻井的设施，除近岸浅水区的个

2、别情况下用固定平台外，多采用活动平台。海上钻探的工艺与陆上类同，但需要用一根隔水套管 隔开海水、引入钻具和导出泥浆。海上石油开发设施海上石油开发设施 钻采工程设施人工岛,这种设施在近岸浅水中使用较经济。固定式平台，是目前主要采用的 一种工程类型。为了控制更大的油（气）藏面积，在一个平台上除打一口直井外，往往还要打多达几十口的斜井。由于其造价随水深成倍增长，这种类型在深水中使 用有时不经济。海上石油开发设施海上石油开发设施 钻采工程设施浮式采油（气）平台，将井口安装在浮式平台的甲板上，井口至海底之间以立管相联，依靠系泊锚链或张力钢索严格限制平台的摇荡，这种平台能适用于 300米以上水深。海底采油

3、（气）装置，采取钻水下井口的方法。井口安装在海底，开采出来的油（气）用管线直接送往陆上或输入海底集油（气）设施。海上石油开发设施海上石油开发设施 Spar平台（深水浮筒平台）海上石油开发设施海上石油开发设施 集输贮运工程集输贮运工程设施设施装有集油(气)、处理、计量以及动力和压缩设备的平台。这类平台的结构形式与上述固定钻采平台相同。贮油设施。对于全海式或半海半陆式系统，由于受海洋自然环境影响和运输条件的限制，需在海上设贮油设施。主要形式有系泊式和固定式两种，前者如贮油船、贮油浮筒等。后者又分两种，一种是设在固定平台上的贮罐，容量较小；另一种是座落于海底的水下贮罐，容量一般较大。海上石油开发设施

4、海上石油开发设施 我国自主研发的FPSO（海上浮式储油船）海洋钻井的主要海洋钻井的主要特点特点 海上钻井处于狂风巨浪的侵袭中，且与海底隔着巨大的水体，要在复杂的条件下完成钻井作业。 采用浮动钻井装置钻井，要克服在浮动条件下作业的不利因素，满足井底钻压、将钻具导向海底井口、保持井位等技术要求。海洋钻井的主要特点海洋钻井的主要特点 海上建造平台费用昂贵、操作难度大，因此海上生产井一般均打丛式井（定向井）。 井身结构复杂，套管尺寸大，层次多。 有一套防腐措施和设备。 先进的交通、通讯及良好的生活保障。海上钻井装置的类型海上钻井装置的类型固定式钻井平台 固定于海底，在整个使用寿命期内位置固定不变，不能

5、再移动。主要用于有工业油流的油田，一般工作水深固定于海底，在整个使用寿命期内位置固定不变，不能再移动。 固定钻井平台按照 自给程度 不同，分为：自容型海洋钻井平台自容型海洋钻井平台 和 带辅助船的小型钻井平台 两类。海上钻井装置的类型海上钻井装置的类型固定式钻井平台海上钻井装置的类型海上钻井装置的类型移动式钻井平台 作业完成后，可拖航或自航到其他地点。可随意移动，特别适用于钻勘探井或丛式生产井。钻井模块既可以放到固定式平台上，也可以采用移动式平台，但是上部模块价格比较贵。海上钻井装置的类型海上钻井装置的类型 移动式钻井平台海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料 海洋环境的特点海水里含有很多的

6、盐成分,其对海洋钢结构的腐蚀性很大。波浪对于海洋结构的破坏,特别是在一些特定的海域,英国北海,中国南海,巨大的风浪对于海洋结构存在着巨大的考验。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料 海洋环境的特点高湿度。海洋里最多的东西莫过于水,海水时刻都在发生着蒸发,湿度离水面距离不远的空间里存在着大量的水蒸气。洋流,台风由以上特点来看,海洋环境复杂,有着高腐蚀性,对海洋结构的作用比较复杂,对海洋结构的材料有着很高的要求。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料 钢材的主要特点强度大,韧性好普通的低碳碳素钢(以Q235为例)的屈服强度为235MPa,抗拉强度则在370500MPa.刚度较大刚度是指金属在

7、外力作用下产生变形,当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性,是材料抗变形的能力,钢材的弹性模量一般在200210GPa之间,而铝合金的弹性模量在7OGPa左右。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料 钢材的主要特点性价比高地壳中铁的含量是4.2%,储量大,易于开采和冶炼,价格相对便宜。 可连接性好现代焊接技术特别是钢材的焊接技术取得了极大的发展,为钢材的焊接铺平了道路,低碳钢及低碳合金钢的一个主要的优点是碳当量较低可焊性较好。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料 海洋平台建造钢材选用海洋平台由于常年浸泡在海水中，不仅要经受海浪、海底地震、低温等自然力的侵蚀和破坏，还必须充分考虑风

8、暴、海浪、潮流、冰川等各种恶劣海况条件的影响，要能抵御200年一遇的台风。因此，对海洋工程材料的各项技术指标要求极高，不仅要有很高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀的性能，还要求高强度、高韧性、耐腐蚀、易焊接。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料轧制钢材。按强度等级可分为3类，即一般强度钢、高强度钢及超高强度钢，最高屈服强度等级为690MPa，F级要求-60冲击功及附加的Z向性能。所用到的钢材类型除钢板外，还包括球扁钢、棒材、角钢、不等边角钢、工字钢及槽钢等。钢锻件及钢铸件。按化学成分分为3类，即碳锰钢、合金钢及不锈钢。海洋海洋平台建造所用材料平台建造所用材料 钢管。包括用于压力容器、热交换器、过热

9、器及低温等环境下的无缝钢管及焊接钢管。由于使用环境苛刻，对钢管的内外部质量、尺寸偏差、化学成分、热处理及力学性能要求十分严格。锻造铝合金。所用到的铝合金钢材类型有板材、型材、管材及棒材等。主要品种有5 000系及6 000系铝合金。海洋海洋平台建造所用材料平台建造所用材料 复合材料在海洋油气开发上的应用复合材料管道设备玻璃纤维增强复合材料(GFRP)用来制造海水管道、防火防水管道、其他低压管道以及储藏槽、格栅框架等具有其独特的优势。其优点是价格低且耐海水腐蚀。目前，绝大多数抽油杆是钢制件，笨重、磨损和腐蚀使其应用受到一定限制，取而代之的是碳纤维增强复合材料(CFRP)抽油杆。海洋平台建造所用材

10、料海洋平台建造所用材料深海复合材料系泊系统 对于深海油田，将平台锚固到海底用的缆绳和连接油井口到平台的管材是系泊系统的重要组成部分。如果用钢材制造，质量大，需用大平台的漂浮尺寸，必将增大投资。使用碳纤维增强复合材料制造系泊缆绳，自身减重效果十分显著。国外开发的碳纤维复合材料缆绳可卷绕到直径为4.4m的芯轴上，运输和作业非常方便。海洋平台建造所用材料海洋平台建造所用材料海洋平台复合材料先进复合材料用在沿海油田的钻井平台上，如 ：井管、管材、储藏罐和甲板、连接管、平台的二次结构材料(护栏、扶手、通道、竖井)、以及浮力组件等部位。海洋工程海洋工程结构材料的发展结构材料的发展 国内海洋工程材料应用现状

11、:近几年，国内海洋工程装备制造业发展的步伐日益加快，海工材料的研发应用也越来越受到业界的重视。尤其是在我国提出建设“海洋强国”战略后，海工装备的重要性日益提高，而新材料的应用是发展海工装备制造业的强力支撑。海洋工程结构材料的发展海洋工程结构材料的发展在日前中国工程院召开的“海洋工程材料研发及应用发展趋势研讨会”上，与会专家一致认为，我国海洋工程装备制造业的发展对相关材料及其制造技术提出了更高的要求，未来 510 年，将是我国发展海洋工程装备及其材料产业的大好时机。海洋工程结构材料的发展海洋工程结构材料的发展 国内海洋工程材料的不足虽然我国近年在海工材料的研发应用方面成绩突出，但是相比国外先进水平，还存在着一定的差距。比如，目前我国海工用钢的国产化率已经达到 90%以上，只有少数钢材品种需要进口，但正是这部分极具技术含量和附加值的“少数钢材品种”，成为了制约国内海工装备产业快速发展的一大瓶颈。海洋工程结构材料的发展海洋工程结构材料的发展以海工装备用齿条钢为例，其核心技术被欧洲、日本的少数企业掌握，市场也被他们垄断，价格曾飙升至 1 万欧元/吨，交货