探讨海洋石油装备与材料

前言

石油、天然气被人们称为“工业的血液”，既是重要的能源，又是重要的战略物资。据美国地质调查局（USGS）评估，世界（不含美国）海洋待发现石油资源量（含凝析油）548亿吨，待发现天然气资源量78.5万亿立方米，分别占世界待发现油气资源量的47%和46%。因此，全球海洋油气资源潜力巨大。

陆上油气田已逐步进入开采的中后期，勘探开发难度增大，成本升高，因此海洋油气资源的勘探开发越来越重要。大陆架浅水区域的油气资源勘探开发起步较早，需要延伸至海上深水区。深水区域油气资源的勘探开发对水上平台、水下钻采设备提出了更高的要求。同时，深水海域油气资源利用管道输送可增加经济性，海底油气管道的需求量增大，同样面临着向深海发展的技术难题。

海洋结构处于风、浪、流、蚀等恶劣环境下，特别在深海海域使用的石油天然气开发和储运装备，对材料提出了更高的要求。同时，海洋设备的服役期一般都超过20年，设计要求免维护或者少维护，没有高性能材料作为保障，海洋石油天然气的开发将受到很大制约。

近年来，我国材料技术虽然已取得长足进步，但与国际先进水平和我国发展需求相比，仍然存在诸多方面的不足。为了确切把握我国海洋工程材料的研发、生产和使用现状及今后发展方向，同时为政府管理部门提供制定政策和决策的可靠依据，2013年和2014年，中国工程院先后启动了“中国海洋工程材料研发现状及发展战略初步研究”“中国海洋工程中关键材料发展战略研究”咨询项目。两个项目的海洋石油装备与材料专业组由中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司的相关人员组成，李鹤林院士任组长。2013年11月，中国石油天然气集团公司咨询中心和石油管工程技术研究院承担了“集团公司海洋油气开发装备材料的现状、发展动向及工程应用”咨询项目，亦由李鹤林院士任组长，石油管工程技术研究院张冠军院长为副组长。上述项目分别历时2～3年，搜集了国内外大量的文献资料，走访了10余个海洋石油装备与材料相关的科研、制造和使用单位，编写了咨询报告。报告从海洋石油天然气资源开发利用方面阐述了我国海洋平台、海洋钻采装备以及海底管道输送系统中的材料现状、存在问题、发展趋势及建议。在上述咨询报告的基础上，经进一步加工和充实，形成了海洋工程材料丛书的《海洋石油装备与材料》分册。

本书的总体思路和编写提纲（目录）由李鹤林院士提出，经丛书编委会和分册编委会讨论审定。编写工作由中国石油天然气集团公司咨询中心、石油管工程技术研究院、宝鸡石油机械有限责任公司的工程技术人员和中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）的教师承担。其中，1.1节由王炳诚、段梦兰，1.2节由杜伟、李鹤林，2.1和2.2节由王懿，2.3节由杜伟、李鹤林，2.4节由韩涛，2.5节由徐秀清、白真权，2.6节由张玉，3.1节由韩彬、李鹤林、蒲容春、党恩，3.2节由赵卫民、邓平、党恩，3.3节由于思荣、李鹤林、杜伟，3.4节由林学强、熊伟、邓平，3.5节由孙建波、邓平、李鹤林，3.6节由李焰，3.7节由李焰、韩彬、李鹤林、杜伟，3.8节由李鹤林、韩礼红，4.1节由池强、王海涛、李发根、魏斌、白真权、戚东涛、罗金恒，4.2和4.3节由安晨，4.4节由熊庆人编写完成。全书由李鹤林统稿。全书由中国海洋石油总公司曾恒一院士和姜伟副总工程师组织中海油研究总院和海洋石油工程股份有限公司的专家审校。

本书编写出版工作是在中国工程院、中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司的领导和支持下完成的。以周廉院士为首的海洋工程材料丛书编委会指导和引领了本书的技术路线和方向，而且做了大量的组织协调工作。《海洋石油装备与材料》分册的编写人员团结协作、克服困难，按期完成了任务。谨向各级领导和全体编、审人员表示衷心感谢！

在考察调研和本书编写过程中得到了渤海石油装备制造有限公司、河北华北石油荣盛机械有限公司、上海美钻机械设备有限公司、苏州道森钻采设备有限公司、上海神开石油化工装备股份有限公司等相关单位的大力支持和帮助，在此表示感谢！

本书具有较强的前瞻性、实用性，可供从事海洋石油天然气钻采、储运和装备设计与制造的领导干部、工程技术人员参考。

由于本书涉及内容广泛，加之编著者水平所限，不足之处在所难免，恳请广大读者指正。

《海洋石油装备与材料》编委会

2015年7月

目录

第1章 海洋油气装备与材料概论

1.1 海洋油气装备概论

1.1.1 海洋油气田开发基本概念

1.1.2 海洋油气钻井装备

1.1.3 海洋油气生产设施

1.1.4 海洋管线及其他储运设施

1.2 海洋油气装备材料概论

1.2.1 海洋石油装备对材料的性能要求

1.2.2 海洋石油装备材料的类别及其应用

1.2.3 建议

第2章 海洋石油平台对材料的需求与应用

2.1 海洋石油平台概述

2.1.1 海洋石油平台发展现状

2.1.2 海洋石油平台分类及特点

2.1.3 新型海洋石油平台

2.1.4 国内外海洋平台生产及应用概况

2.2 海洋石油平台服役条件

2.2.1 海洋石油平台的荷载条件

2.2.2 海洋石油平台的环境条件

2.3 海洋平台用钢

2.3.1 海洋平台用钢的需求

2.3.2 海洋平台用钢的类别及形式

2.3.3 海洋平台用钢的标准及性能要求

2.3.4 国内外海洋平台用钢的研发应用现状

2.3.5 海洋平台用钢的发展趋势

2.4 海洋平台的焊接

2.4.1 海洋平台高强钢的焊接

2.4.2 海洋平台用双相不锈钢的焊接

2.4.3 海洋平台的水下焊接技术

2.5 海洋平台的腐蚀与防护

2.5.1 海洋平台的腐蚀

2.5.2 海洋平台的防护技术

2.5.3 海洋平台的腐蚀监（检）测技术

2.6 海洋平台的失效预测预防

2.6.1 海洋平台的主要失效模式

2.6.2 海洋平台的典型失效案例

2.6.3 海洋平台失效的预测与预防

2.6.4 海洋平台的风险评估

2.6.5 海洋平台的平台检测

第3章 海洋钻采装备对材料的需求及应用

3.1 海洋钻机

3.1.1 海洋钻机概述

3.1.2 海洋钻机服役条件

3.1.3 海洋钻机结构功能及对材料性能的要求

3.1.4 海洋钻机用钢现状与发展趋势

3.1.5 海洋钻机主要失效模式及防止失效的措施

3.2 钻井隔水管

3.2.1 钻井隔水管概述

3.2.2 钻井隔水管服役条件(www.xing528.com)

3.2.3 隔水管的材料选择及性能要求

3.2.4 隔水管焊接及接头评价

3.2.5 隔水管主要失效模式及防护方法

3.2.6 隔水管材料性能评价及发展趋势

3.3 水下防喷器

3.3.1 水下防喷器概述

3.3.2 国内外水下防喷器的技术现状及发展趋势

3.3.3 水下防喷器的服役条件

3.3.4 水下防喷器材料性能要求及材料选择

3.3.5 水下防喷器的检验

3.4 水下井口头

3.4.1 水下井口头系统概述

3.4.2 水下井口头的服役条件

3.4.3 水下井口头材料标准

3.4.4 水下井口头常用金属材料

3.4.5 水下井口头常用高分子密封材料

3.4.6 水下井口头典型部件的选材

3.4.7 水下井口头防腐蚀涂层要求及操作

3.4.8 水下井口头材料性能评价及发展趋势

3.5 水下采油树

3.5.1 水下采油树概述

3.5.2 水下采油树服役条件

3.5.3 水下采油树的材料选择及性能要求

3.5.4 水下采油树防护

3.5.5 水下采油树材料性能评价

3.6 跨接管

3.6.1 跨接管概述

3.6.2 跨接管的服役条件

3.6.3 跨接管材料的材料选择、性能要求及关键技术指标

3.6.4 跨接管材料的应用现状及未来发展趋势

3.7 水下阀门

3.7.1 水下阀门概述

3.7.2 水下阀门的服役条件

3.7.3 水下阀门的材料选择及性能要求

3.7.4 水下阀门的主要失效模式

3.7.5 水下阀门常用表面强化方法

3.8 油井管

3.8.1 概述

3.8.2 油井管服役条件与失效模式

3.8.3 油井管的标准与钢级

3.8.4 国内外油井管产业现状及发展趋势

第4章 海底管道/立管/脐带缆对材料的需求与应用

4.1 海底管道

4.1.1 海底管道概述

4.1.2 海底管道的服役条件

4.1.3 海底管道的材料性能要求

4.1.4 海底管道的失效控制及安全评价

4.2 立管

4.2.1 立管的服役条件

4.2.2 立管种类及材料选择

4.2.3 立管的主要失效模式及安全评价

4.3 脐带缆

4.3.1 脐带缆概述

4.3.2 脐带缆的服役条件

4.3.3 脐带缆的功能、结构及材料选择

4.3.4 脐带缆的主要失效模式及安全评价

4.4 LNG船及储罐用钢

4.4.1 LNG船储罐系统

4.4.2 LNG储罐

4.4.3 9%Ni钢

（《海洋石油装备与材料》，李鹤林等编著，化学工业出版社，2015.12）