引言

21世紀是陸地的世紀，陸地在******經(jīng)濟發(fā)展及呵護******主權的位置愈加突出。21世紀以來，天下新增油氣儲量以及產(chǎn)量已經(jīng)主要來自于陸地。預計到2015年尾，陸地油氣產(chǎn)量占全天下總產(chǎn)量的比例將分說達到39%以及34%。我國陸地油氣資源儲量重大，而海上煤油資源探明水平約為12.3%(天下平均約為73.0%)，人造氣資源探明水平約為10.9%(天下平均約為60.5%)，探明率遠低于天下平均水平，因此我國陸地油氣資源勘探開采后勁重大。

陸地情景條件卑劣，不高功能資料作為保障，陸地油氣開辟將受到很大限度。近些年來，我國陸地煤油裝備資料雖已經(jīng)取患上長足普及，但與國內(nèi)先進水以及善我國發(fā)展需要比照，依然存在諸多差距以及缺少。首先，對于陸地煤油裝備關鍵及中間資料，我國尚不能殘缺自給。比喻陸地自升式平臺用大厚度(厚度***過150妹妹)齒條鋼，高溫情景用高強度F級平臺鋼，水下井口以及采油樹用***級雙相不銹鋼、鐵鎳基合金、鎳基合金等，在功能晃動性及批量供貨能耐等方面還與外洋存在差距。其次，我國陸地煤油裝備資料運用鉆研根基單薄，無奈對于資料的公平選用提供技術反對于。主要體如今:1)資料根基數(shù)據(jù)匱乏，如缺少相干的資料規(guī)范系統(tǒng);2)資料退役條件(情景以及載荷)鉆研缺少，如資料在陸地情景下的侵蝕數(shù)據(jù)把握還不周全，限度了國產(chǎn)資料在妄想中的選用。再次，裝備上鄙俚企業(yè)相同及相助不暢通，造成裝備畛域與資料制作關鍵的解脫，導致資料單元無奈依據(jù)裝備需要鉆研開辟新產(chǎn)物，裝備企業(yè)因小失大洽購外洋高價資料，而對于國內(nèi)已經(jīng)開辟的成熟資料漠不體貼。鑒于以上原因，導致我國陸地煤油裝備資料的研發(fā)及運用無奈知足工程需要，已經(jīng)成為限度陸地煤油裝備發(fā)展的主要瓶頸。因此，發(fā)展高功能陸地煤油裝備資料對于陸地油氣資源的高效開辟運用有側(cè)緊張的策略意思。

一、陸地煤油裝備資料的非凡要求

與陸地情景比照，陸地情景加倍厚道、重大。陸地煤油裝備資料在裝置、退役時期會負責多種載荷的影響，同樣，也會受到淡水或者/以及油氣介質(zhì)引起的侵蝕，以及可能碰著的高溫或者高溫情景的浸染。

陸地煤油裝備資料的載荷條件依據(jù)產(chǎn)生原因可分為：建造載荷、功能載荷、情景載荷以及無心偶爾載荷。建造載荷是系統(tǒng)在建造時，包羅裝置、試壓、試運行、呵護以及培修產(chǎn)生的載荷。功能載荷是指系統(tǒng)在運行時期，自身存在的載荷以及因為運用所引起的載荷。情景載荷即周圍情景浸染于系統(tǒng)上的載荷，其包羅風載、流體能源載荷、海浪以及海流載荷、冰載荷、地震載荷等。無心偶爾載荷是指頗為以及意外狀態(tài)下施加于管道系統(tǒng)上的載荷。陸地煤油裝備資料在建造以及退役時期，要短缺思考評估種種載荷徑自或者復協(xié)浸染的影響，確保資料知足退役要求。

陸地侵蝕是陸地情景區(qū)別于陸地情景的主要呈現(xiàn)之一。淡水鹽濃度高、富氧，并存在著少許陸地微生物以及宏生物，加之海浪攻擊以及陽光映射，陸地侵蝕情景較為殘酷。此外未經(jīng)脫水、脫H?S以及CO?的油氣介質(zhì)是典型的CO?、H?S、Cl－共存情景，可對于打仗到的資料產(chǎn)生嚴正的侵蝕浸染。陸地侵蝕已經(jīng)成為影響陸地裝備配置裝備部署退役牢靠性以及運用壽命的嚴主因素，應引起高度重視。遵照國內(nèi)外公認的統(tǒng)計，侵蝕損失約占蒼生經(jīng)濟消耗總值的3%－5%。2014年我國GDP總量***過63萬億，按3%合計，侵蝕經(jīng)濟損失***過1.89萬億國夷易近幣。其中陸地侵蝕占有很大的比例。主要的陸地侵蝕方式包羅平均侵蝕、點蝕、應力侵蝕、侵蝕疲憊、侵蝕磨損、海生物(宏生物)污損、微生物侵蝕、H?S/CO?侵蝕等。典型侵蝕征兆如圖1所示。

同時，陸地情景的溫度并非變換無限的，淡水溫度隨緯度、季節(jié)以及深度區(qū)別而發(fā)生變換，油氣介質(zhì)的溫度也隨地質(zhì)條件、開辟階段的變換而有所區(qū)別。北極區(qū)域的極限高溫挨近-60℃，新采油氣溫度達到100℃以上。情景溫度的變換不光引起資料侵蝕速率的變換，同時也引起資料功能的改動。高溫情景可能導致資料的高溫脆斷，高溫情景對于資料的耐熱性、抗蠕變功能以及高溫晃動性提出更高要求。

可見，陸地煤油裝備資料負責厚道的退役條件，包羅載荷條件以及情景條件。而少數(shù)狀態(tài)下，載荷條件以及情景條件并非徑自起浸染，每一每一配合疊加浸染于系統(tǒng)資料，進一步加劇退役條件的重大性，易導致資料的減速破損。以深海油氣鉆采為例，螺桿鉆具壽命僅為80h，鉆鋌壽命僅為200h～500h，震擊器震擊次數(shù)僅為100次，隨鉆震擊器的使命光陰僅15d～30d，所用資料在強度、耐蝕性等方面披露的成果嚴正影響了深海油氣鉆采使命的睜開；深海立管與采油樹等非凡部位管討論、臍帶纜、系泊鏈、萬向軸等軸類耐蝕承力結(jié)構件、種種深海泵體、閥門、牢靠銷、種種緊固件等均存在強度、侵蝕等方面的成果。為此，在陸地煤油裝備資料的選用方面，須秉持從退役條件登程的妄想理念，使資料知足***低退役條件要求，以保障陸地煤油裝備的牢靠運行。

陸地煤油裝備處于重大多變的陸地情景中，裝置以及培修不光價格高尚，且操作較為難題。陸地煤油裝備一旦發(fā)生失效事件，將造成嚴正的經(jīng)濟損失，甚至可能導致油井報廢、情景嚴正破損以及職員傷亡等多重服從。1988年，北海PiperAlpha平臺發(fā)生爆炸事件，導致167人誕生，62人受傷，間接經(jīng)濟損失近28.7億英鎊，堪稱當初天下陸地煤油工業(yè)史上***嚴正的一次魔難性事件。2010年，英國BP公司在美國墨西哥灣租用的鉆井平臺深水地平線發(fā)生爆炸，導致數(shù)人誕生或者失蹤，并造成少許煤油泄露，釀成一場亙古未有的經(jīng)濟以及情景慘劇，如圖2所示。鑒于以上原因，陸地煤油裝備必須具備高的牢靠性、堅貞性，這對于陸地煤油裝備資料的功能平均性以及品質(zhì)晃動性提出了更高要求。

二、陸地煤油裝備資料的運用現(xiàn)狀

1.碳鋼與低合金鋼

在陸地煤油裝備資料中波及的碳鋼以及低合金鋼，主要包羅平臺用鋼、鉆機井架及底座用鋼、管線鋼以及立管用鋼等工程結(jié)構鋼，以及鉆機(井架及底座外)、水下井行動、采油樹、防噴器、管匯等配置裝備部署整機用調(diào)質(zhì)鋼、低碳馬氏體鋼、滲碳鋼、滲氮鋼等機械制作用鋼。

1.1工程結(jié)構鋼

• 平臺用鋼

平臺用鋼開始于19世紀末，早期在淺淡水域運用棧橋作為平臺，接管棧橋用鋼。1947年，鋼質(zhì)導管架平臺初次泛起于墨西哥灣。爾后陸地平臺患上到了迅速發(fā)展?，F(xiàn)有的平臺用鋼是由船板鋼或者壓力容器用鋼移植而來，主要參考ABS、BV、CCS、DNV、GL、LR、KR、NK、RLNA等九大船級社規(guī)范。中國船級社(CCS)資料與焊接規(guī)范規(guī)定了艱深強度、高強度以及高強度淬火回火鋼等三類強度級別鋼種，每一強度級別又遵照韌性要求區(qū)別，細分為多個品質(zhì)級別(A、B或者F、D、E)。除船級社規(guī)范外，平臺用鋼還常接管EN1022五、GB/T7十二、YB/T428三、APISpec2H、APISpec2W、APISpec2Y以及ASTMA514/A517等規(guī)范。當初，平臺用鋼的***高強度級別達到690MPa，***低攻擊試驗溫度為－60℃(F級)。為保障鋼材功能，對于這種鋼的外在品質(zhì)要求較高，既要求鋼中含有較低的有害元素以及善體、夾雜物數(shù)目，又要求鋼材具備精采的外表品質(zhì)。

• 井架與底座用鋼

井架及底座是鉆機的緊張組成全副。井架及底座***先接管A3或者16Mn工、槽、角鋼，致使井架及底座比照輕捷。當初井架及底座用鋼主要選用低合金高強度鋼。這種鋼在GB1591-1988規(guī)范中稱為低合金結(jié)構鋼，在1994年規(guī)范(GB1591-1994)中改稱為低合金高強度結(jié)構鋼?，F(xiàn)行的GB/T1591規(guī)范中包羅了Q34五、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620以及Q690等八個強度級別。鋼材可能熱軋、控軋、正火、正火軋制或者正火加回火、熱機械軋制(TMCP)或者熱機械軋制加回火狀態(tài)交貨。經(jīng)由削減Mn、Si、V、Nb以及Ti等合金元素，低合金高強度結(jié)構鋼在普及強度的同時，保障了精采的塑性以及韌性，以及較好的可焊性以及冷加工功能。此外YB/T4274中的SM490YB、SM490B、SM400B等熱軋H型鋼也被用于制作鉆機井架及底座。隨著***深水鉆井的開辟，井架及底座用鋼向高強輕量化發(fā)展，Q420、Q460等低級別鋼種將少許運用。高強度鋼種的運用，可大幅度減輕結(jié)構自重，清晰普及井架及底座的承載能耐。

• 管線鋼

管線鋼主要接管APISPEC5L、ISO3183規(guī)范，對于海底管道用管線鋼同時也推廣DNV-OS-F101規(guī)范。因為早期油氣管道管徑小、壓力低以及冶金技術的限度，直至20世紀40年月末管道用鋼不斷接管C、Mn、Si型的艱深碳素鋼，典型化學成份為：0.1%～0.25%C，0.40%～0.7%Mn，0.1%～0.5%Si，以及S、P以及其余垃圾元素。隨著管道工程對于鋼管要求的普及，管線鋼開始接管低合金高強度鋼。與艱深碳素鋼同樣，艱深低合金高強度鋼主要在熱軋或者正火狀態(tài)運用。隨著管道輸送壓力以及鋼管管徑的削減，1967～1970年時期API5LX以及5LS削減了X5六、X60以及X65鋼級，日后管線鋼進入了微合金化以及控軋消耗階段。管線鋼成為了國內(nèi)外微合金化技術運用的典型代表。當初，管線鋼的***高強度級別為X120。冶金技術、TMCP技術以及***快冷技術的普及，使今世管線鋼具備了低劣的綜協(xié)力學功能，見表1，X90、X100及X120高鋼級管線鋼均具備低劣的強韌性立室，其中X120管線鋼屈服強度***過840MPa，-30℃攻擊功大于250J。管線鋼消耗簡直運用了冶金畛域近20多年來的主要新工藝、新技術以及新配置裝備部署，TMCP工藝消耗的管線鋼及鋼管在陸地煤油裝備中的運用也越來越寬泛。

當初，外洋海底管道中運用的***低級別管線鋼為X70，鋼管壁厚***大為41.0妹妹。我國海底管道建樹中寬泛運用的是X65管線鋼，鋼管***大壁厚為31.8妹妹。2012年開工的南海—荔灣輸氣管道工程名目代表了國內(nèi)海底管道建樹的***高水平，獨創(chuàng)了我國1500妹妹作業(yè)水深的管道工程記實。為適應海底管道的裝置要求以及退役情景，與陸地管線鋼比照，海底管線鋼的合金妄想加倍嚴厲，其特色為：(1)低的碳含量；(2)低的碳當量；(3)低的S、P含量。此外，海底管線鋼在功能以及其余方面的主要特色還包羅：(1)高的形變強化指數(shù)戰(zhàn)爭均伸長率；(2)低的屈強比；(3)低劣的縱向拉伸功能；(4)低的鑄坯中間偏析，精采的厚度偏差的平均性，低的斷口別離以及層狀撕裂的多少率；(5)嚴厲的尺寸偏差以及精度操作；(6)精采的焊接性。

管線鋼除主要用于陸地以及海底油氣輸送管道外，也是日后隔水管的干流材質(zhì)，主要接管X65-X80鋼級，其特色是剛性好，抗海流、海浪等內(nèi)載能耐強。隔水管主管功能要求主要參考APISpec5L《管線管規(guī)范》、DNV-OS-F101《海底管線系統(tǒng)》、DNV-OS-F201《動態(tài)立管》、APISpec16F《陸地鉆井隔水管配置裝備部署規(guī)范》、APIRP16Q《陸地鉆井隔水管系統(tǒng)妄想、抉擇、操作以及呵護的推薦做法》、ISO13628-7/APIRP17G《煤油以及人造氣工業(yè)水下才有系統(tǒng)的妄想與操作第7全副完井修井隔水管系統(tǒng)》等規(guī)范。為了抵御***深水域卑劣的情景載荷，隔水管個別接管具備較高疲憊特色的鋼，現(xiàn)行艱深選用X80鋼級直縫埋弧焊管，而且正在向更高強度級此外X100以及X120鋼級發(fā)展。依據(jù)API5L以及DNV-OS-F101，深海鉆井隔水管的主要資料API5LX80鋼管需知足如下功能指標：***小屈服強度555MPa；***大屈服強度705MPa；***小抗拉強度625MPa；***大抗拉強度825MPa；屈強比***大值0.93；縮短率***小值21%；0℃下CTOD***小值0.20妹妹。

鋼懸鏈線立管(SCR)具備結(jié)構重大，造價低，適用水深較大等短處，寬泛運用于深水以及***深水的陸地油氣開辟中。與鉆井隔水管相同，SCR也主要接管API管線鋼，包羅X5二、X60、X65以及X70品級別，主要接管無縫管以及直縫埋弧焊管。

1. 2機械制作用鋼

• 調(diào)質(zhì)鋼

在陸地煤油鉆采裝備中泛濫零部件均接管了調(diào)質(zhì)鋼。比喻：在陸地鉆機中，天車軸、井架軸、絞車軸、變速箱軸、水龍頭中間管、頂驅(qū)螺栓等用40CrNiMoA，泥漿泵液缸用30CrNi2MoVA，井架滑輪軸、頂驅(qū)懸掛套用45CrNiMoVA，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)折銷用42CrMoA等均屬于調(diào)質(zhì)鋼。國內(nèi)鉆機用鋼***后主要仿造前蘇聯(lián)資料，在此根基上經(jīng)由多年發(fā)展，當初已經(jīng)組成相對于殘缺的國產(chǎn)鉆機用鋼系統(tǒng)。我國新研制的陸地鉆機也根基接管了國內(nèi)牌號。而深水油氣鉆接管防噴器、井行動、采油樹以及閥門等裝備，因其結(jié)構及操作系統(tǒng)重大，消耗技術難度很大，其消耗技術被美國少數(shù)多少家公司操作。因此，這些產(chǎn)物主要推廣美國資料規(guī)范，罕用的調(diào)質(zhì)鋼牌號包羅AISI4130、AISI4140、AISI4330、AISI4340、AISI8630、AISIF22(UNSK21590)或者AISIF22V(UNSK31835)等。水下鉆采裝備用典型調(diào)質(zhì)鋼的主要化學成份見表2。

除上述鍛鋼件外，鑄鋼如ZG35CrMoA、ZG230-450、ZG40CrNiMoA、ZG27CrNi2MoA等也常經(jīng)由調(diào)質(zhì)解決，以保障資料具備精采的力學功能。ZG35CrMoA主要用作絞車輪轂、頂驅(qū)支座、底座滑輪等；ZG230-450主要用作絞車軸承座；ZG40CrNiMoA主要用作泥漿泵十字頭；ZG27CrNi2MoA主要用于頂驅(qū)的上蓋、殼體等。

• 低碳馬氏體鋼

低碳合金鋼經(jīng)淬火+高溫回火取患上強韌性好的低碳馬氏體，其替換中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，可普及整機的承載能耐，減輕產(chǎn)物自重。典型案例為20世紀60年月寶雞煤油機械廠與大冶鋼廠以及西安交通大學相助，研發(fā)了20SiMn2MoVA替換35CrMo制作吊環(huán)、吊卡，大幅度著落了產(chǎn)物自重，清晰普及了整機壽命。當時，國產(chǎn)舊吊環(huán)、吊卡依據(jù)蘇聯(lián)圖紙要求，接管35鋼正火或者35CrMo鋼調(diào)質(zhì)制作，資料強度水平很低，致使吊環(huán)、吊卡極為輕捷，鉆井工人勞動強度很大。寶雞煤油機械廠接管20SiMn2MoVA鋼消耗吊環(huán)以及吊卡，吊環(huán)自重僅為蘇聯(lián)產(chǎn)物的二分之一到三分之一，而且比美國吊環(huán)也輕良多，其疲憊壽命是美國BJ公司同類產(chǎn)物的1.5倍。吊卡的自重也惟獨仿蘇產(chǎn)物的二分之一。新型吊環(huán)、吊卡與老式吊環(huán)、吊卡的形態(tài)尺寸比力如圖3所示。寶雞煤油機械廠用20SiMn2MoVA(淬火高溫回火)替換PCrNi3Mo(淬火中溫回火)，使射孔器的壽命成倍普及，而且節(jié)約資料費30%。

• 滲碳鋼和氮化鋼

良多機械整機要求外表有高的疲憊強度以及耐磨性，這就需要妨礙外表化學熱解決。滲碳鋼以及氮化鋼是為適用于滲碳熱解決以及氮化熱解決的需要而發(fā)展起來的鋼種。滲碳、滲氮、碳氮共滲可普及硬度、耐磨性及疲憊強度，滲硼、滲鉻可普及耐磨以及耐侵蝕性。在陸地煤油鉆采裝備整機中***罕用的是滲碳、滲氮以及碳氮共滲。

陸地煤油鉆采裝備整機波及的滲碳鋼包羅頂驅(qū)齒輪以及齒輪軸用20Cr2Ni4E、傳動裝置齒輪用20CrMnTi鋼、泥漿泵閥體以及閥座用20CrMnMo鋼等；典型的氮化鋼包羅變速箱錐齒輪用42CrMoA、轉(zhuǎn)盤軸用40CrNiMoA、變速箱齒輪用35CrMoA等；碳氮共滲鋼包羅頂驅(qū)牙板、滾輪用20CrMnTi，防噴器卡瓦用20CrMnTi等。

2.高溫用鋼

個別將種種液化煤油氣、液氨、液氧、液氮等消耗、貯存容器以及高溫情景退役的輸送管道及管件，稱為高溫容器，制作高溫容器所用的鋼以及在高溫情景退役的其余裝備用鋼統(tǒng)稱為高溫鋼。當初，國內(nèi)外對于高溫用鋼的溫度領土尚未一個一律的規(guī)定。依據(jù)GB150《牢靠式壓力容器》，我國高溫壓力容器界說為-20℃如下溫度退役的容器。

當初，高溫鋼簡陋可分為四類:低碳鋁慌張鋼、高溫高強度鋼、鎳系高溫鋼以及奧氏體不銹鋼，罕用高溫鋼的規(guī)范以及運用溫度畛域見表3。

陸地煤油裝備中主要的高溫鋼有低碳鋁慌張鋼、高溫高強度鋼以及鎳系高溫鋼，主要運用于海底高溫情景、極地或者夏日冰冷海域、LNG船儲罐系統(tǒng)等。在水深***過1000m的海底，溫度長年連結(jié)在0℃左近，要求裝備資料須具備精采的高溫韌性。此外，在北極以及夏日冰涼海區(qū)退役溫度極低，特意是北極海區(qū)***冷月平均氣溫達到-40℃，此情景下運用的平臺構件、管系、閥門等裝備需接管E級(知足-40℃攻擊要求)甚至是F級別(知足-60℃攻擊要求)的鋼材。LNG(液化人造氣)液化溫度低達-163℃左右，LNG船儲罐資料艱深接管9%Ni鋼。9%Ni鋼高溫下具備精采的強韌性，且合金含量少、價格自制，已經(jīng)逐步取代Ni－Cr不銹鋼，成為-196℃級高溫配置裝備部署以及容器的***緊張的結(jié)構資料，寬泛用于LNG儲罐。

• 低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼

這種鋼因此碳-錳為主要元素的高溫鋼。為普及下溫韌性，經(jīng)由著落鋼中的碳含量，普及Mn/C比，著落P、S等有害元素，退出過多鋁以牢靠鋼中的氮，細化晶粒，普及鋼的高溫韌性，改善時效功能。美國的ASTMA20二、日本的SLAA235也屬于此類鋼。

• 低溫高強度鋼

這種鋼以碳-錳為基，退出大批的鎳鉻普及鋼的高溫韌性，退出大批鉬、鈮普及鋼的強度，盡量即便削減鋼中的碳含量，以普及鋼的韌性，改善焊接功能，經(jīng)由調(diào)質(zhì)解決取患上精采的綜合功能。它不光具備高強度，而且具備較好的高溫韌性，因此它是一種強韌性兼?zhèn)涞馁Y料，寬泛用于制作具備較大壓力的高溫壓力容器。我國在1985～1990年研制的DG50(0.09%～0.15%C、1.00%～1.4%Mn、≤0.60%Ni、≤0.30%Cr、≤0.30%Mo、≤0.06%V，σs≥490MPa、σb:610～755MPa，－46℃時CVN≥47J)、日本的N-TUF50以及RIVERACE60L屬此類鋼。

• 鎳系低溫鋼

這種鋼因此鎳為主要合金元素的高溫用鋼。1932年，美國發(fā)現(xiàn)了可在-46℃高溫下運用的2.5%Ni鋼，隨后相繼開辟了3.5%Ni、5%Ni、9%Ni等鎳系高溫鋼。依據(jù)差此外運用溫度判斷了差此外鎳含量，組成為了2.5%Ni、3.5%Ni、5%Ni、9%Ni等鎳系高溫鋼。隨著鋼中鎳含量的削減，鋼的高溫韌性普及，韌脆轉(zhuǎn)變溫度著落，它主要用于制作-40℃～-196℃下運用的高溫配置裝備部署。鎳系高溫鋼的化學成份以及主要力學功能要求見表四、5。

3.不銹鋼

我國不銹鋼的牌號規(guī)范為GB/T20878，陸地煤油裝備中主要接管馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼以及積淀軟化不銹鋼。

陸地煤油裝備罕用的多少種典型不銹鋼的牌號及化學成份見表6，與其余******或者機關不銹鋼牌號的比力見表7。

• 馬氏體不銹鋼

基體為馬氏體機關，有磁性，經(jīng)由熱解決可調(diào)整其力學功能的不銹鋼。此類鋼碳含量為0.1%～1.0%，鉻含量為12%～18%，淬透性好，空冷可患上到馬氏體。在氧化性介質(zhì)(如大氣、水蒸氣、淡水、氧化性酸)中有較好的耐蝕性，而在非氧化性介質(zhì)(如鹽酸、堿溶液等)中耐蝕性很低。陸地煤油裝備罕用的馬氏體不銹鋼是4十、410SS，在CO?侵蝕情景下具備精采的抗腐虧能耐。F6NM與4十、410SS比照，具備更高的抗腐虧能耐，鉬含量的削減改善了抗點虧能耐。

• 奧氏體不銹鋼

基體以面心立方晶體結(jié)構的奧氏體機關為主，無磁性，主要經(jīng)由冷加工使其強化的不銹鋼。奧氏體不銹鋼含有較低的碳(＜0.12%)，含有較高的鉻(17%～25%)以及較高的鎳(8%～29%)，因為鎳的退出，擴充了奧氏體區(qū)域，使鋼在室溫下患上到單相奧氏體機關，而Cr普及使鋼的耐蝕性比馬氏體不銹鋼更佳。奧氏體不銹鋼不光具備高的耐蝕性，尚有高的塑性、高溫韌性、加工軟化能耐與精采的焊接功能。此類鋼的典型鋼種為18-8型奧氏體，如0Cr18Ni九、1Cr18Ni九、1Cr18Ni9Ti等。陸地煤油裝備罕用的奧氏體不銹鋼是304(0Cr18Ni9)以及316L(00Cr17Ni14Mo2)。

• 奧氏體－鐵素體雙相不銹鋼

是在奧氏體不銹鋼的根基上，調(diào)整Cr、Ni含量，并適量退出Mn、Mo、W、Cu、N等元素而組成雙相機關(其中較少相的含量艱深大于15%)，兼有奧氏體不銹鋼以及鐵素體不銹鋼的特色。這種鋼具備較好的耐蝕性，尚有較高的抗應力腐虧能耐、抗晶間腐虧能耐及精采的焊接功能。與鐵素體不銹鋼比照，它的韌性高、韌脆轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間侵蝕以及焊接功能清晰普及。與奧氏體不銹鋼比照，其強度水平高，此外耐晶間侵蝕、耐應力侵蝕、耐侵蝕疲憊功能清晰普及。陸地煤油裝備罕用的雙相不銹鋼有2205以及2507，用于CO?侵蝕情景，同時尚有高含量Cl-以及/或者大批H?S。

• 沉淀硬化型不銹鋼

是在1-8型奧氏體不銹鋼根基上著落了鎳的含量，并退出過多Al、Cu、Mo、P元素，以便在熱解決歷程中析出金屬間化合物，實現(xiàn)積淀軟化。這種鋼的基體為奧氏體或者馬氏體機關，可分說為馬氏體、半奧氏體以及奧氏體積淀軟化不銹鋼3種主要規(guī)范。在積淀軟化不銹鋼中，主要積淀軟化相包羅富銅相-ε相，具備CsCl結(jié)構的NiAl金屬間化合物、M23C六、χ相、Laves相、γ‘等，時效相的規(guī)范與存在與否以及合金成份、熱解決條件等相干。此類鋼具備高強度、饒富的韌性以及適宜的耐蝕性，主要用作高強度、高硬度而又耐侵蝕的整機。陸地煤油裝備罕用的積淀軟化型不銹鋼是17-4PH，具備高的強度、硬度以及耐侵蝕功能。經(jīng)固溶以及時效后屈服強度大于724MPa，能知足API規(guī)范-60℃高溫攻擊要求，耐蝕功能達到304不銹鋼的水平。

在陸地煤油裝備中，馬氏體不銹鋼以及雙相不銹鋼可用于水下井口、采油樹、閥門等與井下高侵蝕性流體打仗的承壓件；奧氏體不銹鋼以及雙相不銹鋼可用于運送含未必侵蝕介質(zhì)的管線以及泵閥等；積淀軟化不銹鋼艱深用于制作耐侵蝕性要求高，同時又要求高強度的零部件，如水下采油樹閥桿、距離套、圓柱銷等。具體不銹鋼的選材需依據(jù)井上游體H?S/CO?分壓以及Cl-含量判斷。

4.鎳基以及鐵鎳基耐蝕合金

純鎳除具備精采的強度、塑韌性外，在鹵族元素及其氫化物沉悶氣體、不含氧以及氧化劑的復原性酸性介質(zhì)中還具備精采的耐蝕性，因此純鎳作為耐蝕金屬資料患上以運用。因為普及耐蝕性的Cr、Mo、W、Cu、Si等元素在鎳中的消融度遠大于在鐵中的消融度，因此可經(jīng)由合金化，發(fā)展了一系列上述元素含量較高的鎳基以及鐵鎳基耐蝕合金。鐵鎳基合金含鎳30%～50%且鎳與鐵總量不小于60%，鎳基合金含鎳量不小于50%。耐蝕合金依據(jù)強化特色，可分為固溶強化型合金以及時效軟化型合金;依據(jù)成型方式，可分為變形耐蝕合金以及鑄造耐蝕合金。鎳基耐蝕合金按差此外合金系統(tǒng)，可分為Ni-Cu、Ni-Cr-Fe、Ni-Mo、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Mo-W、Ni-Cr-Mo-Cu等規(guī)范;鐵鎳基耐蝕合金可分為Ni-Fe-Cr、Ni-Fe-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo-Cu等規(guī)范。外洋耐蝕合金的主要產(chǎn)物有Monel(蒙乃爾)合金、Inconel合金、Incoloy合金、Hastelloy(哈氏)合金等。Monel合金是Ni-Cu合金，為Ni、Cu以恣意比例攪渾組成的固溶體。Inconel合金為含鐵量較低的Ni-Cr系鎳基合金;而Incoloy合金為含鐵量較高的Ni-Fe-Cr系鐵鎳基合金。Hastelloy合金因此Cr、Mo為主要合金元素的***低碳Ni-Cr-Mo系合金，包羅A、B、C、D、F、G、N、W、X等系列。

陸地煤油裝備運用的多少種典型鎳基以及鐵鎳基合******號、化學成份以及運用舉例見表8，區(qū)別******耐蝕合******號比力見表9。

在陸地煤油裝備資料中，當不銹鋼資料的耐侵蝕功能無奈知足工況要求時，則需選用具備更高耐蝕功能的鐵鎳基合金以及/或者鎳基合金。艱深狀態(tài)下，鎳基以及鐵鎳基合金用于制作適宜APIApec6A與17D規(guī)范的HH級井口裝置以及采油樹零部件。資料牌號的具體選用與侵蝕介質(zhì)的溫度、介質(zhì)中H?S以及CO?分壓、pH值、氯化物濃度以及硫元素是否存在等無關，遵照NACEMＲ0175選材有三種蹊徑，分說為：規(guī)范推薦表抉擇、試驗室評估以及現(xiàn)場實際履歷。

5.有色金屬資料

在陸地煤油開辟中，為取患上愈加輕量化、壽命更長的煤油裝備構件，有色金屬資料患上以寬泛運用。陸地煤油裝備中罕用的有色金屬資料包羅鈦合金、鋁合金、銅合金等。

• 鈦合金

與鋼鐵、不銹鋼、銅、鋁等罕用資料比照，鈦材***突出的特色是密度低，比強度高，耐蝕性強。同時還具備耐淡水沖洗，無磁性，無冷脆性，高透聲系數(shù)，較好成形、鑄造、焊接功能等，使它對于種種陸地工程有寬泛的適用性。當初，美國、俄羅斯以及中國等先后開收回了約50種陸地工程用鈦合金，表10列出了罕用陸地工程裝備用鈦合金的牌號及響應的功能。

鈦及其合金是降級陸地資源開辟裝備，降職陸地資料開辟能耐的事實結(jié)構資料。在陸地煤油開辟方面，鈦合金主要運用于隔水管、錐形應力討論、陸續(xù)管、增壓管道、鉆具降職裝置、淡水管路系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等。其中TC4(Ti-6Al-4V)在陸地油氣工程中運用較多，特意是接管β鑄造技術鑄造的Ti-6Al-4VELI合金的平面斷裂韌性以及應力侵蝕斷裂韌性高于艱深Ti-6Al-4V，患上到了加倍寬泛的運用。美國北海油氣挪威分部的半潛式平臺少許運用了Ti-6Al-4VELI(Gr23)鈦合金管替換鋼操作造隔水管，如圖4所示，著落全部系統(tǒng)重量達50%，從而著落降職力63%，系統(tǒng)老本著落40%，服務年限達25年之久。由Ti－6Al－4V(Gr5)鈦合金制成的***深井鉆桿，垂直深度可達9200妹妹。鈦合金鉆桿替換鋼鉆桿后，鉆具起吊力削減30%，扭矩著落30%～40%。井下作業(yè)陸續(xù)管個別接管Gr二、Gr七、Gr九、Gr十二、Gr1八、Gr28等6種鈦以及鈦合金管焊接制作，當初***大外徑63.6妹妹。陸續(xù)管鉆井可能使患上鉆井老本著落良多，接管鈦合金陸續(xù)管，陸續(xù)管的疲憊壽命以及侵蝕疲憊壽命也大大縮短。

• 鋁合金

鋁及鋁合金具備密度小，耐侵蝕，無磁性，精采的成型性以及焊接性等短處，運用鋁合金可普及陸地煤油裝備的性價比。純鋁硬度及強度艱深較低，不適宜制作受力的機械零構件。鋁及其合金在陸地油氣開辟中的運用較為寬泛，主要有:鋁合金鉆桿、鋁合金平臺、鋁合金直升機停機坪、鋁合金海上生涯套間、鋁合金隔水管、鋁合金LNG球罐(Moss球罐)等。

1962年，俄羅斯即開始運用鋁合金鉆桿。鋁合金鉆桿因為其重量輕、強度重量比高(強度重量比是艱深鋼的1.5～2倍)、抗侵蝕性強、延展性好、與井壁的摩阻小以及無磁性等短處，在深井、***深井、深水平井以及大位移井中具備寬泛運用遠景。美國、法國、德國以及日本等國也開辟了區(qū)別規(guī)格以及用途的鋁合金鉆桿。1957年，在委內(nèi)瑞拉的馬拉開波湖，天下上******個運用在高侵蝕區(qū)域的鋁合金煤油鉆井平臺泛起。2004年，巴西卡姆波斯巴欣公司建造了首臺全鋁煤油平臺。20世紀90年月鋁焊接技術的普及，泛起了全鋁結(jié)構停機坪，大大減輕了重量，同時著落了老本。2008年，新加坡開辟了直徑22.2m的全鋁直升機停機坪。此外，鋁合金也用于制作海上生涯單元等，如圖5所示。當初，在LNG船上，Moss球罐已經(jīng)多接管5083鋁合金資料，5083是一種Al-Mg合金，其具備精采的高溫斷裂韌性以及裂紋擴充轉(zhuǎn)達特色，Moss球罐縱然產(chǎn)生了裂縫，裂縫擴充速率也******飛快，產(chǎn)生的泄露也******輕微。一艘Moss型LNG船約莫需要2800t～3100t的5083鋁合金板。

• 銅合金

銅及其合金具備低劣的力學功能、耐淡水侵蝕及沖洗侵蝕、耐陸地生物侵蝕功能、導熱功能等，在陸地工程中有著******關鍵的浸染。遵照化學成份，銅合金可分為黃銅、青銅以及白銅。黃銅因此鋅為主加元素的銅合金。白銅因此Ni為主加元素的銅合金。作為結(jié)構件，白銅罕用于制作淡水管道、儀表整機、冷凝器、熱替換器等。除黃銅、白銅之外的其余銅合金統(tǒng)稱為青銅。依據(jù)主加元素，如Sn、Al、Si、Be等，分說稱為錫青銅、鋁青銅、硅青銅、鈹青銅。錫青銅在淡水中耐蝕性***過純銅、黃銅，常被用于彈性元件、軸承等耐磨整機、抗磁及耐蝕整機。鋁青銅的強度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性均高于黃銅、錫青銅，主要運用于高強度、耐磨以及耐蝕整機，如齒輪、軸承、閥座、螺旋槳等。鈹青銅具備強的積淀強化效應，經(jīng)淬火以及時效，鈹青銅具備高的強度、硬度、耐磨性、抗蝕性等，罕用作彈簧、海底銜接件、螺線管等。

在陸地油氣開辟中，因為具備精采的抗污性及耐蝕性，Cu-Ni合金包覆陸地平臺，被證實是防御或者緩解飛濺區(qū)侵蝕的事實抉擇。銅合金也被用于平臺淡水管道、鉆頭組件、閥門組件等。淡水管道以及油氣平臺包覆層艱深均選用Cu-Ni合金，以C70600(美國牌號，Cu-10Ni-1.5Fe-Mn)為代表，其具備低劣的加工功能、可焊性以及力學功能，同時具備低劣的耐淡水侵蝕、耐海生物侵蝕、耐應力侵蝕以及耐疲憊侵蝕功能等，成為了陸地油氣用銅合金的干流資料。

此外，在陸地煤油工程中，有色金屬陰極呵護系統(tǒng)也罕用于油氣裝備的侵蝕與防護，經(jīng)濟效益清晰。罕用的犧牲陽極系統(tǒng)包羅鎂基犧牲陽極、鋅基犧牲陽極以及鋁基犧牲陽極。

6.陸地煤油裝備用非金屬資料

• 無機非金屬材料

有機非金屬資料在陸地油氣開辟中主要被用于離岸混凝土平臺。混凝土平臺具備制作周期短、裝置及呵護用度低、抗海浪攻擊及冰凍擠壓能耐強等短處，在陸地平臺中占有了一席之地，如圖6所示。1973年，在北海油田建成為了天下******座海上巨型混凝土儲油平臺，自此拉開了混凝土平臺建樹的序幕。妨礙2012年，全天下共建成離岸混凝土平臺52座。離岸混凝土平臺要求混凝土資料具備高的強度、精采的持久性以及可結(jié)構性，因此海工混凝土對于水泥、硅灰、骨料、化學外加劑、海砂等資料都有加倍嚴厲的要求。高強度輕質(zhì)混凝土技術是當初發(fā)達******在陸地工程中運用中的干流技術，能知足陸地工程運用中對于混凝土輕量化、大型化、大跨化、重載化以及持久化等諸多方面的要求。接管高強度輕質(zhì)混凝土資料用于平臺建造，可著落前期造價以及前期呵護用度約30%。

• 高分子材料

高份子資料主要用在防噴器膠芯、鉆采裝備用密封件、柔性管用聚合物資料、防腐涂料等。環(huán)形防噴器膠芯接管的橡膠資料有丁腈橡膠、氯丁橡膠、人造橡膠等。閘板防噴器膠芯以及鉆采裝備密封件主要運用丁腈橡膠、氰化丁腈橡膠。高份子資料在柔性管中的運用******寬泛，其中可用到的熱塑性塑料包羅高密度聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、聚酰胺以及聚偏氟乙烯、氯化聚乙烯等，橡膠資料有丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、人造橡膠、氯丁橡膠、乙烯丙烯二烴單體橡膠等。

• 復合材料

復合股料作為新型結(jié)構功能資料，具備重量輕、比強度以及比模量高、阻尼功能好、耐疲憊、耐化學侵蝕、耐磨性好、熱縮短系數(shù)高檔短處，成為陸地油氣開辟的緊張抉擇之一。復合股料在陸地油氣開辟中的運用包羅陸地平臺系泊纜繩、隔水管、抽油桿、柔性管及管道等。

對于深海煤油平臺，接管復合股料可大幅度減輕構件的重量。用碳纖維增強復合股料制成的平臺系泊纜繩可用于3000m的深海油田；用碳纖以及玻纖混合增強環(huán)氧樹脂制成的隔水管具備******高的比強度以及比剛度；水下輕質(zhì)復合股料可用于隔水管浮力塊、浮筒、浮纜等。20世紀90年月，美國開始研制復合股料抽油桿，抽油桿個別增強相為ThornelTMT－30012K碳纖維，基體相為環(huán)氧樹脂，具備如下短處：品質(zhì)輕，高比強度以及高比模量，減重節(jié)能成果清晰，且適宜深井采油;柔韌性低劣，適宜環(huán)抱以及運輸，操作不便；耐疲憊，大大縮短了運用壽命。在管道方面，玻璃鋼管、復合增強管(ＲTP)以及雙金屬復合管等均可用于陸地油氣開辟中。玻璃鋼管是經(jīng)由玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂，品質(zhì)輕且耐侵蝕，已經(jīng)運用于陸地煤油平臺的管道配置裝備部署。復合增強管由內(nèi)層(聚乙烯、聚丙烯)、增強層(聚酯纖維、芳綸纖維或者高強鋼絲)及外部耐磨層(聚乙烯)組成，韌性好，強度高，可用于陸地油氣的集輸。雙金屬復合管是由雙層金屬組成的復合管，內(nèi)層艱深為不銹鋼或者耐蝕合金，外層為艱深鋼管，經(jīng)由機械或者冶金方式復合而成。基管負責承壓以及提供剛性反對于，內(nèi)管擔當耐侵蝕浸染，可用于含H?S、CO?以及Cl-等侵蝕介質(zhì)油氣的輸送，罕用作油田外部集輸管及剛性跨接受。此外，柔性管是陸地油氣開辟中寬泛運用的復合股料管，其是由骨架層、內(nèi)護套、耐磨層、鎧裝層及外層護套等組成的多層結(jié)構，罕用作陸地立管及柔性跨接受等。

三、陸地煤油裝備資料發(fā)展倡導

散漫陸地煤油裝備資料的發(fā)展現(xiàn)狀、國內(nèi)外差距及運用需要，提出如下多少點發(fā)展倡導。

1.對于平臺用鋼板、型鋼以及鋼管，應普及國內(nèi)消耗 品質(zhì)水平，消耗商應該嚴厲遵照規(guī)格書以及相干規(guī)范的要求提供及格產(chǎn)物，嚴厲依攝影關品質(zhì)操作規(guī)范以及驗貨標 準增強消耗歷程、驗貨歷程以及施工歷程的品質(zhì)操作。

2.進一步降職我國陸地平臺用鋼的國產(chǎn)化率，增強當初仍需進口的鋼材種類開辟，包羅知足-60℃高溫韌性要求的F級高強度鋼，屈服強度達到620 MPa、690MPa級此外***高強度鋼，適用于極地作業(yè)的海工平臺FH級別鋼材(FH3二、FH3六、FH40) ，以及全副非凡鋼材( 齒條鋼、懸臂梁用鋼、殷瓦鋼、雙相不銹鋼等) 。

3.國內(nèi)當初陸地煤油裝備關鍵零部件用合金鋼及耐蝕合金種類較少，未建樹殘缺的資料規(guī)范系統(tǒng)。因此，我國在陸地裝備用合金鋼以及耐蝕合金方面應加大開辟力度，細化產(chǎn)物序列，建樹我國陸地裝備用合金鋼以及 耐蝕合金的運用系統(tǒng)。倡導由國內(nèi)資料消耗企業(yè)妨礙攻關并散漫我國南海海域的特色妨礙有針對于性地開辟，組成國產(chǎn)化產(chǎn)物的技術規(guī)范系統(tǒng)。

4.在海底油氣管道主要用材(低碳微合金鋼管)發(fā)展方面，抗大變形、高疲憊功能、大t/D 比、高尺寸精度等海底管線鋼管，以及高效焊接技術以及高功能焊材開辟是 未來海底管道低碳微合金鋼管資料發(fā)展的主要偏差。

5.在海底油氣管道非金屬資料發(fā)展方面，主要的發(fā)展偏差是柔性管以及非金屬復合管。對于柔性管，思考到當初外洋消耗商操作了天下上絕大全副的市場份額，柔 性管的消耗具備少許的常識產(chǎn)權呵護，倡導增強對于柔性管妄想、消耗裝備的鉆研，普及柔性管的自主開辟以及制作能耐。

6.鈦合金具備高比強度、耐侵蝕以及抗疲憊等低劣的功能，被稱為深海金屬，但在我國陸地煤油人造氣畛域的運用卻******少。因此，增強陸地煤油人造氣畛域的 鈦合金產(chǎn)物開辟與運用具備緊張的意思，特意應重點開辟鈦合金作為內(nèi)層的雙金屬復合管、鈦合金立管以及鈦合金錐形應力節(jié)點等產(chǎn)物。