水下生產設施包括大量的部件，根據部件的腐蝕形式，材料適用性和經濟性綜合考慮，對主要部件選材方法進行如下分析：

    1.井口和采油樹的選材

    井口和采油樹主要用于原油的生產，海水和處理后的海水，大量的化學物質的注入口以及進行氣舉作業。在原油的生產與傳輸過程中起到一個關鍵性的作用。主要包括采油樹的主體結構和聯接部件，井口罩，密封部件，套管掛，油管掛，閥門和阻氣門，大量的墊片等。受到傳輸介質高流速的沖刷作用，而且傳輸介質中可能含有砂，對井口和采油樹存在大量的侵蝕作用。另一方面，井口和采油樹存在大量小部件，如果不能正確的選材可能導致整體的失效。所以，對于井口和采油樹整體而言，所有零件推薦選擇較耐蝕材料。

    （1）采油樹主體和聯接部件

    采油樹和聯接器可以選擇以下材料：①低合金鋼，AISI4130和8630，內部覆蓋著625合金；②ASTMA182F22（21/4%Cr，1%Mo鋼，內部覆蓋著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，在海下表現出較低的風險，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

    這些部件相對于采油樹的主體部分較薄，可以采用AISI4130或8630來制造。在潤濕和密封部位，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來制造，并且在正常的操作環境下，不能接觸生產的流體。

    （4）油管掛

    油管掛應采用高強度的CRA材料來制造，根據工況要求，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）閥門和阻氣閥

    閥門和阻氣閥可以通常采用下列兩種方法來制造：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退火態的825和625合金。如果墊片應用在環形槽上，建議采用退火態的625合金或6%Mo的不銹鋼。對于處理過的海水注入系統，退火態的625合金是可以滿足要求的，而對于未經處理的海水則需要對材料的耐開裂能力和接觸腐蝕進行充分考慮。

    2.匯管的選材

    水下匯管是一個高風險的部件，主要用于存儲生產的流體，包括油，氣和產生的水，注入處理和未處理的以及產生的水，注入存儲用的氣并提高生產效率。功能的缺失，對導致油氣的泄露。對于匯管的材料選擇和裝配在ISO13628-15中已經詳細的介紹，此處對其他方面進行補充：比如說ERW/HFI 管道一般不會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計的要求，這在ISO13628-15標準中并未提到。

    由于水下匯管設計的復雜性，存在大量的分支，閥門，死角，普通碳鋼加緩蝕劑可能達不到目的，并且無法對其腐蝕情況進行監測，可以首選具有一定強度和斷裂韌性的耐蝕合金。如果管道的服役時間小于10年，可以選用具有一定耐蝕能力的碳鋼。選擇耐蝕合金時主要考慮：雙相和超級雙相不銹鋼；管道內部覆蓋一層625合金。

    3.閥門的選材

    在水下生產設備中存在大量的閥門，包括采油樹的主閥門，匯管和流線管道處閥門，液壓控制系統的閥門等。而在相關的標準中，對閥門的選擇進行了規定，包括：APISpecs6A，17D，14A和RP14B；ISO10423，13628-4，13628-6，13628-8和14723以及ISO15156/NACEMR0175。

    而對于閥門的選擇主要應考慮幾個主要因素：溫度和壓力范圍、在閥門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，比如在材質較脆的閥門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、移動部件的耐劃傷性能、對于分金屬材料而言，爆發性的解壓，耐溫度和化學物質的能力、材料的陰極保護的影響、材料有效涂層的影響、材料的經濟性問題等

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

    金屬材料的承壓邊界根據設計和生產標準進行選擇，在ISO14723中只是列舉了一部分可用材料的壓力-溫度等級。因此，在采油樹，匯管及流線管道閥門選擇時常常不相同，對以上典型材料的要求可以根據標準ISO14723和NORSOKStandardM-630來選擇。

    水下生產設備還有大量的部件，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鍵部位選材原則相似，在對使用環境了解的情況下，根據大量現行的標準進行選材，控制好腐蝕裕量，考慮經濟性，從而組合成一套適合服役環境下的水下生產系統。

    選自《腐蝕與防護》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

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責任編輯：王元

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