水下生產(chǎn)設(shè)施包括大量的部件，根據(jù)部件的腐蝕形式，材料適用性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，對(duì)主要部件選材方法進(jìn)行如下分析：

    1.井口和采油樹(shù)的選材

    井口和采油樹(shù)主要用于原油的生產(chǎn)，海水和處理后的海水，大量的化學(xué)物質(zhì)的注入口以及進(jìn)行氣舉作業(yè)。在原油的生產(chǎn)與傳輸過(guò)程中起到一個(gè)關(guān)鍵性的作用。主要包括采油樹(shù)的主體結(jié)構(gòu)和聯(lián)接部件，井口罩，密封部件，套管掛，油管掛，閥門(mén)和阻氣門(mén)，大量的墊片等。受到傳輸介質(zhì)高流速的沖刷作用，而且傳輸介質(zhì)中可能含有砂，對(duì)井口和采油樹(shù)存在大量的侵蝕作用。另一方面，井口和采油樹(shù)存在大量小部件，如果不能正確的選材可能導(dǎo)致整體的失效。所以，對(duì)于井口和采油樹(shù)整體而言，所有零件推薦選擇較耐蝕材料。

    （1）采油樹(shù)主體和聯(lián)接部件

    采油樹(shù)和聯(lián)接器可以選擇以下材料：①低合金鋼，AISI4130和8630，內(nèi)部覆蓋著625合金；②ASTMA182F22（21/4%Cr，1%Mo鋼，內(nèi)部覆蓋著625合金）；③AISI410（13%Cr不銹鋼）；④ASTMA182F6NM（13%Cr4%Ni不銹鋼）；⑤雙相不銹鋼。

    對(duì)于上述提供的材料，焊接部位覆蓋耐蝕的625合金的低合金鋼，在海下表現(xiàn)出較低的風(fēng)險(xiǎn)，低合金鋼推薦采用為ASTMA182F22，耐蝕合金推薦采用A182F6NM。

    （2）井口罩和密封部件

    這些部件相對(duì)于采油樹(shù)的主體部分較薄，可以采用AISI4130或8630來(lái)制造。在潤(rùn)濕和密封部位，可以在表面覆蓋625合金。

    （3）套管掛

    套管掛通常采用AISI4130，4140或8630來(lái)制造，并且在正常的操作環(huán)境下，不能接觸生產(chǎn)的流體。

    （4）油管掛

    油管掛應(yīng)采用高強(qiáng)度的CRA材料來(lái)制造，根據(jù)工況要求，可以采用以下材料：① 覆蓋625合金的AISI4130，8630或者ASTMA182F22；② ASTMA182 F6NM；③22%或25% Cr雙相不銹鋼；④ 718合金

    （5）閥門(mén)和阻氣閥

    閥門(mén)和阻氣閥可以通常采用下列兩種方法來(lái)制造：①覆蓋625合金的AISI 4130，8630或者ASTMA182F22；②ASTMA182F6NM。

    （6）墊片

    在水下的油氣管道的墊片可以采用：①316不銹鋼；②退火態(tài)的825和625合金。如果墊片應(yīng)用在環(huán)形槽上，建議采用退火態(tài)的625合金或6%Mo的不銹鋼。對(duì)于處理過(guò)的海水注入系統(tǒng)，退火態(tài)的625合金是可以滿足要求的，而對(duì)于未經(jīng)處理的海水則需要對(duì)材料的耐開(kāi)裂能力和接觸腐蝕進(jìn)行充分考慮。

    2.匯管的選材

    水下匯管是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的部件，主要用于存儲(chǔ)生產(chǎn)的流體，包括油，氣和產(chǎn)生的水，注入處理和未處理的以及產(chǎn)生的水，注入存儲(chǔ)用的氣并提高生產(chǎn)效率。功能的缺失，對(duì)導(dǎo)致油氣的泄露。對(duì)于匯管的材料選擇和裝配在ISO13628-15中已經(jīng)詳細(xì)的介紹，此處對(duì)其他方面進(jìn)行補(bǔ)充：比如說(shuō)ERW/HFI 管道一般不會(huì)推薦到集合管的選材中，由于它可用的厚度可能不能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，這在ISO13628-15標(biāo)準(zhǔn)中并未提到。

    由于水下匯管設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，存在大量的分支，閥門(mén)，死角，普通碳鋼加緩蝕劑可能達(dá)不到目的，并且無(wú)法對(duì)其腐蝕情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以首選具有一定強(qiáng)度和斷裂韌性的耐蝕合金。如果管道的服役時(shí)間小于10年，可以選用具有一定耐蝕能力的碳鋼。選擇耐蝕合金時(shí)主要考慮：雙相和超級(jí)雙相不銹鋼；管道內(nèi)部覆蓋一層625合金。

    3.閥門(mén)的選材

    在水下生產(chǎn)設(shè)備中存在大量的閥門(mén)，包括采油樹(shù)的主閥門(mén)，匯管和流線管道處閥門(mén)，液壓控制系統(tǒng)的閥門(mén)等。而在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)閥門(mén)的選擇進(jìn)行了規(guī)定，包括：APISpecs6A，17D，14A和RP14B；ISO10423，13628-4，13628-6，13628-8和14723以及ISO15156/NACEMR0175。

    而對(duì)于閥門(mén)的選擇主要應(yīng)考慮幾個(gè)主要因素：溫度和壓力范圍、在閥門(mén)主體和局部位置流體的腐蝕性和侵蝕破壞、固體潛在的磨損（覆蓋耐磨的或者光滑的表面）、固體潛在的沖擊作用，比如在材質(zhì)較脆的閥門(mén)處的壓裂支撐劑的作用、不同材料之間的電偶腐蝕的影響、在法蘭和密封面處的縫隙腐蝕、移動(dòng)部件的耐劃傷性能、對(duì)于分金屬材料而言，爆發(fā)性的解壓，耐溫度和化學(xué)物質(zhì)的能力、材料的陰極保護(hù)的影響、材料有效涂層的影響、材料的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題等

    總體而言，對(duì)于金屬材料包括碳鋼和低合金鋼，不銹鋼（奧氏體，馬氏體，沉淀強(qiáng)化鋼等），鎳基合金，鈹銅合金等的選擇需考慮特定實(shí)際環(huán)境，通常在管道潤(rùn)濕部位覆蓋鎳基合金來(lái)抵抗碳鋼和低合金鋼的內(nèi)腐蝕。非金屬材料主要用于密封部位，在使用時(shí)也進(jìn)行鍍層保護(hù)，如鈷合金，碳化鎢及化學(xué)鍍鎳等，來(lái)提高密封性，耐劃傷，耐腐蝕和侵蝕能力。

    金屬材料的承壓邊界根據(jù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，在ISO14723中只是列舉了一部分可用材料的壓力-溫度等級(jí)。因此，在采油樹(shù)，匯管及流線管道閥門(mén)選擇時(shí)常常不相同，對(duì)以上典型材料的要求可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO14723和NORSOKStandardM-630來(lái)選擇。

    水下生產(chǎn)設(shè)備還有大量的部件，包括流線管道，冒口，法蘭，墊片，密封材料等，其選材的方法步驟與上述三種關(guān)鍵部位選材原則相似，在對(duì)使用環(huán)境了解的情況下，根據(jù)大量現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選材，控制好腐蝕裕量，考慮經(jīng)濟(jì)性，從而組合成一套適合服役環(huán)境下的水下生產(chǎn)系統(tǒng)。

    選自《腐蝕與防護(hù)》第36卷 2015年第10期

    作者：張雷，副研究員，博士，任職于北京科技大學(xué)

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