海上油氣開采設備的工作環境相當惡劣，設備首先要（yào）與海水和原（yuán）油、天然氣接觸，要經受高溫氯化物、硫化物、氨等多種介質的腐（fǔ）蝕（shí），最高腐蝕溫度可達300℃。其次，設備要承受係（xì）統內（nèi）部的工作載荷和海上風浪產生的衝擊載荷（hé）。再次，深（shēn）海油氣勘探與開采設備的尺寸都很大（dà），如提升管長達幾百米，設備自重很大，對材料（liào）的強度（dù）、韌性、抗疲勞性（xìng）能等均有很高的要求。所涉及的用鈦裝置主要有鑽（zuàn）井立管、錐形應力接頭、井下作業流送管、增壓管道、鑽具提升裝置、海水管（guǎn）路係統、冷卻（què）係統、滅火係統等。所使用的材料（liào）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（tú）1是Ti-6A-4V基合金添加不同合金元素及在不同鍛造工藝條件下（xià）的平（píng）麵斷裂韌性及應力（lì）腐蝕斷裂韌性的比較（jiào）。可以看出， 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（zuì）好。采用β鍛造（zào）技（jì）術鍛造的Ti-6Al-4ⅤELI合金的平麵應變斷（duàn）裂（liè）韌性(KIC) 和應力腐蝕斷裂韌性(KISCC) 也遠高於普通Ti-6A1-4V合金的性能。因此， Ti-6A1-4V ELl合金及添加Ru的T-6A1-4V 在海上石油開采上得到了較為廣泛的應用。

圖1 Ti-6A-4V基合金在不同鍛造工藝（yì）下斷裂韌性的比較

海上石油、天然氣開采用鈦主要有四（sì）大部件：隔水管、鑽管、錐形應力接（jiē）頭和井下作業（yè）流送管（盤管）。

1、隔水（shuǐ）管

英國北海油田（tián）上應用的鈦合金隔水（shuǐ）管是用（yòng）Ti-6Al-4VELI(Grade23) 鈦（tài）合金製成的超大型高壓（yā）管，由30根Φ599mm(內徑（jìng）)×25mm(壁厚)X14.6m(長)巨型鈦合金（jīn）管連（lián）接而成， 總（zǒng）長438m， 其產品實物照片見圖2， 該隔水管由美國RMI公（gōng）司製造。用鈦管（guǎn）代替鋼管，可降低提升力63%，降低製造成本40%，它適用於350m水深油田的采油。

圖2 Grade23鈦（tài）合金（jīn）隔水立管

2、鑽管

鈦合金在小曲率半徑的（de）采鑽（zuàn）設備上已取得了成功的應用， 它是用Grade5(Ti-6Al-4V)鈦合金（jīn）製成的超深井鑽（zuàn）管，垂直深度可達9200m。它用Φ93~168mm管製造。用它代（dài）替（tì）鋼製（zhì）鑽管，鑽（zuàn）具的起吊（diào）力可減小30%，扭矩可降低30%~40%。另外，由於鈦（tài）合金無磁性，它不會幹擾油井探（tàn）測儀的探測信號。圖3為小曲（qǔ）率半（bàn）徑采油井上鈦合金的應用部位示意圖。表1給出了在曲率半徑小於20m石油鑽井設備上應用鈦和鋼的效果比較。可以看出，使用鈦金屬後，其（qí）設（shè）備循環破壞壽命大大提高，約（yuē）為鋼的50~100倍。目前鈦（tài）鑽管的鑽井數量也遠遠超（chāo）過了（le）鋼鑽管（guǎn）的（de）鑽井數量。

表1不同曲率半徑的（de）鈦（tài）、鋼鑽井設備（bèi）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意（yì）圖

3、錐形應力接頭

鈦製錐（zhuī）形應力接頭是用Grade23(Ti-6A-4V ELI) 和Grade29(Ti-6A-4V-Ru) 鈦合金製造的巨型鈦管（guǎn），圖4給出了（le）這種鈦合（hé）金錐形（xíng）應力接頭應用示意圖及產品實物照片。該應力接頭目前已應用於墨西哥灣油田， 其長度隻有鋼製接頭的1/3， 規格為Φ(80~559) mm×(6.4~15.2)m，二者成本相當。

4、井下作業流送管（guǎn）

井下作業流送管通常采用Grade2、Grade7、Grade9、Grade12、Grade18、Grade28等六種鈦及鈦合金焊接盤管製造，目前的（de）最大外徑為63.5mm，最小壁（bì）厚為3.2mm，盤管長度可達1630~3050m。據報道，未（wèi）來盤管的目標外徑希望達到（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製盤（pán）管的5~10倍。同時，其在含酸或（huò）含硫井中的腐蝕疲勞壽（shòu）命也得到了較大提高。圖5為鈦合金盤管的產品實物照片及其應用示意圖。

圖4 鈦（tài）合金錐形應力接頭應用示意圖及產品實物照片

圖5 井下作業流送管產品（pǐn）實物照片及其應用（yòng）示（shì）意圖

目前（qián），我國鈦製（zhì）油氣開采和開發（fā）設備尚處於研發階段，除鈦製（zhì）輸油管道外，尚無鈦（tài）製設備應用的報道，與國外差距較為明顯（xiǎn）。

歐美國家對於海洋油氣資源的開采，已逐步向深海邁進，目前開采深度已（yǐ）達3000m，而我國仍（réng）處於300m海深的近（jìn）海開采階段。要進一步開發海洋油氣資源，特別是南海油氣資源，就必須發展鈦製油氣開采設備（bèi），這對於（yú）開發海洋資源，發展（zhǎn）海洋經濟意義巨大。