深海油气管道和平台高效高性能焊接与评估关键技术及应用

该项目属于深海油气工程结构焊接与安全评估技术领域。

我国陆地和近海的原油和天然气产量远不能满足需求，进口依存度高达66%和40%。立足国内，开发南海深海丰富的油气资源是我国石油重要战略。

焊接是海底管道、平台等海上油气田生产设施最主要的制造技术，而南海有全世界最恶劣复杂的自然环境和油气储藏特性，高安全与控成本的双重需求对焊接提出三大难题：焊接接头的精准设计与评估；抗大变形、抗腐蚀、高韧性的高效焊接；接头特殊使役性能的准确评价。

项目组在国家海洋经济创新发展示范项目、国家自然科学基金等十几个项目资助下，历经十五年，开发并建立了深海管道与平台关键结构的焊接“设计—造—评价”成套技术体系。主要创新成果如下：

1. 开发了深海典型用钢焊接接头微观组织控制技术，建立了深海管道双头双炬窄间隙自动焊、深海平台大厚板高强钢集成环列双电弧冷丝复合焊、焊后局部热处理新规范等高效高性能焊接技术体系。管道接头屈强比<0.82，大变形后抗腐蚀满足NACE标准，效率提升2倍；平台接头断裂韧性提升>10%，残余应力消除率>70%，板厚达200mm，效率提升1.2倍，焊接一次合格率>98%，实现了高抗变形、高抗腐蚀、高韧性、低缺陷的最佳复合性能，满足API、DNV标准要求。

2. 建立了基于全寿期工程临界评估（ECA）的焊接接头设计方法，开发的高精准ECA评估技术首次实现了深海低合金钢管道、双金属复合管在铺设过程大变形条件下、服役过程大变形与内压复合加载下深厚比a/t<0.5的深缺陷的精准评估，并首次覆盖了深海平台高强高韧钢焊接接头的延性断裂。制定了标准，与DNV、BS、ISO等国际通用标准相比，评估结果更准确，从而提出了满足南海特殊工况下安全性要求的焊接接头断裂韧性、缺陷尺寸、抗腐蚀性能等成套的设计指标。

3. 研制了国内首套全尺寸管道大变形试验装置，建立了管道环焊缝抗大变形、断裂韧性、腐蚀、疲劳等深海管道和平台焊接接头特殊使役性能的评价技术体系，取得DNV等国际顶级船级社认可，实现了使役性能的体系化准确评价。

项目获授权发明专利37项（美国1项）、软件著作权2项；制定中国海油工程龙头企业标准3项、企业技术规程69项，形成成套焊接技术体系；发表论文168篇，其中SCI论文89篇，他引421次，ESI高被引论文与SCI封面文章各1篇。项目成果鉴定专家组意见为“成果创新性强，具有自主知识产权，总体达到国际先进水平，其中管道抗腐蚀焊接、大变形条件下含缺陷管道评定技术达到了国际领先水平”，获中国机械工业、教育部、天津市科学技术一等奖3项。

项目成果应用覆盖了我国所有已建成的海上油气田，如中国首个亚洲最大深海平台南海荔湾3-1、铺管最长的东方13-2等，以及泰国、尼日利亚、澳大利亚、巴西等国外项目，共计114个项目，80个平台，3239公里管道。近3年创造新增销售额92亿元、新增利润23.5亿元、新增税收5.45亿元。项目成果有力推动了我国深海油气开发的技术进步和南海开发战略进程，并为我国“一带一路”国际能源合作和维护南海领土主权做出重要贡献，应用推广前景广阔。

该项目属于深海油气工程结构焊接与安全评估技术领域。 我国陆地和近海的原油和天然气产量远不能满足需求，进口依存度髙达66%和40%。立足国内，开发南海深海丰富的油气资源是我国石油重要战略。焊接是海底管道、平台等海上油气田生产设施最主要的制造技术，而南海有全世界最恶劣复杂的自然环境和油气储藏特性，高安全与控成本的双重需求对焊接提出三大难题：焊接接头的精准设计与评估；抗大变形、抗腐蚀、高韧性的高效焊接；接头特殊使役性能的准确评价。项目组在国家海洋经济创新发展示范项目、国家自然科学基金等十几个项目资助下，历经十五年，开发并建立了深海管道与平台关键结构的焊接“设计造-评价”成套技术体系主要创新成果如下： 1.开发了深海典型用钢焊接接头微观组织控制技术，建立了深海管道双头双炬窄间隙自动焊、深海平台大厚板高强钢集成环列双电弧冷丝复合焊、焊后局部热处理新规范等高效高性能焊接技术体系，管道接头屈强比<0.82，大变形后抗腐蚀满足NACE标准，效率提升2倍，平台接头断裂韧性提升>10%，残余应力消除率>70%，板厚达200mm，效率提升1.2倍，焊接一次合格率>98%，实现了高抗变形、高抗腐蚀、高韧性、低缺陷的最佳复合性能，满足API、DNV标准要求。 2.建立了基于全寿期工程临界评估(ECA)的焊接接头设计方法，开发的高精准ECA评估技术首次实现了深海低合金钢管道、双金属复合管在铺设过程大变形条件下、服役过程大变形与内压复合加载下深厚比a/t<0.5的深缺陷的精准评估，并首次覆盖了深海平台高强高韧钢焊接接头的延性断裂，制定了标准，与DNV、BS、ISO等国际通用标准相比，评估结果更准确，从而提出了满足南海特殊工况下安全性要求的焊接接头断裂韧性、缺陷尺寸、抗腐蚀性能等成套的设计指标。 3.研制了国内首套全尺寸管道大变形试验装置，建立了管道环焊缝抗大变形、断裂韧性、腐蚀、疲劳等深海管道和平台焊接接头特殊使役性能的评价技术体系，取得DNV等国际顶级船级社认可，实现了使役性能的体系化准确评价。 项目获授权发明专利37项(美国1项)、软件著作权2项；制定中国海油工程龙头企业标准3项、企业技术规程69项，形成成套焊接技术体系；发表论文168篇，其中SCI论文89篇，他引421次，ESI高被引论文与SCI封面文章各1篇。项目成果鉴定专家组意见为“成果创新性强，具有自主知识产权，总体达到国际先进水平，其中管道抗腐蚀焊接、大变形条件下含缺陷管道评定技术达到了国际领先水平”，获中国机械工业、教育部、天津市科学技术一等奖3项。 项目成果应用覆盖了我国所有已建成的海上油气田，如中国首个亚洲最大深海平台南海荔湾3-1、铺管最长的东方13-2等，以及泰国、尼日利亚、澳大利亚、巴西等国外项目，共计114个项目，80个平台，3239公里管道。近3年创造新增销售额92亿元、新增利润23. 5亿元、新增税收5. 45亿元。项目成果有力推动了我国深海油气开发的技术进步和南海开发战略进程，并为我国“一带一路”国际能源合作和维护南海领土主权做出重要贡献，应用推广前景广阔。