海上油氣開采設備的工（gōng）作環（huán）境相當惡劣，設備首先要與（yǔ）海水和原油、天然（rán）氣接觸，要經受高溫（wēn）氯化物、硫化物、氨等多種介（jiè）質的腐蝕，最高腐蝕溫度可達300℃。其（qí）次，設備要承受係統內部的工（gōng）作載荷和海（hǎi）上風浪產生的衝（chōng）擊（jī）載荷。再次，深（shēn）海油氣勘探與開采設備的尺寸（cùn）都很大，如提升管長達幾百（bǎi）米，設備自重很大，對材料的強度（dù）、韌性、抗疲勞性能等（děng）均有很（hěn）高（gāo）的要求。所涉及（jí）的用鈦裝置主要有（yǒu）鑽井（jǐng）立管、錐（zhuī）形應力接頭、井下作（zuò）業（yè）流送（sòng）管、增壓（yā）管道、鑽具提升（shēng）裝置、海水管（guǎn）路係統、冷卻（què）係統、滅火係統等。所使用的材料有工業純鈦(Grade l、Grade 2) 、Ti-6Al-4V合金(Grade 5、Grade23、Grade28) 、Ti-0.15Pd(Grade7) 、Ti-3A-2.5V(Grade9、Grade 18) 及Ti-38644合金等， 許多鈦部件是用大規格或超大規格鈦管材製備的。

圖1是Ti-6A-4V基合金添（tiān）加不同合金元素及在不同（tóng）鍛造工藝條件（jiàn）下的平麵斷裂韌性及應力腐蝕斷裂韌性（xìng）的比較。可（kě）以看出， 添加了Ru的Ti-6A1-4V ELI合金采用β鍛造（zào）後，其應力腐蝕斷裂韌性最好。采用β鍛造技術鍛造的Ti-6Al-4ⅤELI合金的平麵應變斷（duàn）裂韌性(KIC) 和應力腐蝕斷裂韌性(KISCC) 也遠高於普（pǔ）通Ti-6A1-4V合金的（de）性能。因（yīn）此， Ti-6A1-4V ELl合金及（jí）添加Ru的T-6A1-4V 在海上石（shí）油開采上得到了較為廣泛的應用。

圖1 Ti-6A-4V基合（hé）金在不（bú）同鍛造（zào）工藝下（xià）斷裂韌性的比較

海上石油、天然氣開采用（yòng）鈦主要有（yǒu）四大部件：隔水管、鑽管、錐形應力接頭和井下作業流送管（盤管）。

1、隔水管

英國北海油田（tián）上應（yīng）用的鈦（tài）合金隔水管是用（yòng）Ti-6Al-4VELI(Grade23) 鈦合金製成的超大型高壓管，由30根Φ599mm(內徑)×25mm(壁厚)X14.6m(長（zhǎng）)巨型鈦合金管連接而成， 總長438m， 其產品（pǐn）實物照（zhào）片見圖2， 該隔水管由美國RMI公司製（zhì）造（zào）。用鈦管代替鋼管，可降低（dī）提升力63%，降低製造成本40%，它適用於（yú）350m水深油田的采油（yóu）。

圖2 Grade23鈦合金隔水立管

2、鑽管

鈦合金在小曲率半徑的采鑽設備上已（yǐ）取得了成功的（de）應用（yòng）， 它是用Grade5(Ti-6Al-4V)鈦合金製成（chéng）的超深井鑽管，垂直深度可達9200m。它（tā）用Φ93~168mm管製造。用它代替鋼製鑽管，鑽（zuàn）具的起吊力可減小30%，扭矩可降低30%~40%。另外，由於鈦（tài）合金無磁性，它不（bú）會幹擾油井探測儀的探測信號。圖3為小曲率半（bàn）徑采油井上鈦合金的應（yīng）用部（bù）位示（shì）意（yì）圖。表1給出了在（zài）曲率（lǜ）半徑小於20m石油鑽（zuàn）井設備上應用（yòng）鈦（tài）和鋼的效果比較。可以看出，使用（yòng）鈦金屬後（hòu），其設備（bèi）循環破壞壽（shòu）命大大提高（gāo），約為鋼的50~100倍。目前鈦鑽管（guǎn）的鑽井數（shù）量也遠遠超過了鋼鑽管的鑽井數量。

表1不同（tóng）曲率半徑的（de）鈦、鋼鑽井設備服役情況比較

圖3 鈦合金超深井鑽管在小曲率半徑鑽井上應用示（shì）意圖

3、錐形應力接頭

鈦製錐形應（yīng）力接頭是用Grade23(Ti-6A-4V ELI) 和Grade29(Ti-6A-4V-Ru) 鈦合金製造（zào）的巨型（xíng）鈦管，圖4給出了這種鈦合金（jīn）錐形應力接頭應用示意圖（tú）及產品實（shí）物照片。該應力接頭（tóu）目前已應（yīng）用於墨西哥灣油田， 其長度隻（zhī）有鋼製接頭的1/3， 規（guī）格為Φ(80~559) mm×(6.4~15.2)m，二者成本相當。

4、井下作業流送管

井（jǐng）下作業流（liú）送管通常采用（yòng）Grade2、Grade7、Grade9、Grade12、Grade18、Grade28等六種鈦及鈦合金焊接盤管製造，目前的最大外徑（jìng）為（wéi）63.5mm，最小壁厚為3.2mm，盤管長度可達（dá）1630~3050m。據報（bào）道，未來盤管的目標外徑希望達（dá）到（dào）152mm。使用鈦合金盤管代替鋼製盤管後，其盤管的疲勞壽命是鋼（gāng）製（zhì）盤管的5~10倍。同時，其在含酸或含硫井中的腐蝕疲勞壽命也得（dé）到了較（jiào）大提高（gāo）。圖5為鈦合金盤管（guǎn）的產品實物照（zhào）片及其應用示意圖。

圖4 鈦合金（jīn）錐形應力接（jiē）頭應（yīng）用示意圖及產品實物（wù）照片

圖5 井下作業流送管產品實物照片及其應用示（shì）意圖

目前，我國鈦製油氣開采和開發設備（bèi）尚處於研發階段，除鈦製輸油管道外，尚無鈦製設備應用的報道，與國外差距較（jiào）為明顯。

歐美國（guó）家對（duì）於海洋油氣資（zī）源的開采，已逐（zhú）步向深（shēn）海邁進（jìn），目前開采深度已達3000m，而我國仍（réng）處於300m海深的近海開采（cǎi）階段。要進（jìn）一步開發海洋油氣資（zī）源，特別是南海油氣資（zī）源，就必須發展鈦製油氣開（kāi）采（cǎi）設備，這對於開發海洋資源，發展海洋經濟意義巨大（dà）。