海上油氣（qì）開（kāi）采（cǎi）設備的工作環境相當惡劣，設備首先要（yào）與海（hǎi）水和原油（yóu）、天然氣接觸（chù），要經受高溫氯化物、硫化物、氨等多種介質的腐蝕，最高腐蝕溫度可達300℃。其次，設備要承受係統內部的工作載荷（hé）和海上風浪產生的衝擊（jī）載荷。再次，深（shēn）海油氣勘探與開采設備的尺寸都很大，如提（tí）升管長達幾（jǐ）百米，設備（bèi）自重很大，對材料的強度、韌性、抗疲（pí）勞（láo）性能等（děng）均有（yǒu）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（sòng）管、增壓管道、鑽具提升裝置、海水（shuǐ）管路係統、冷卻係統、滅火係統等。所使用的材料（liào）有工業純鈦（tài）(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（yòng）大規格或超大規格鈦（tài）管（guǎn）材製備的。

圖1是Ti-6A-4V基合金添加不同（tóng）合金元素及在不同鍛造工藝條件下的平麵斷裂韌性及應力腐蝕斷裂韌（rèn）性的比較。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好。采用β鍛造技術鍛造的Ti-6Al-4ⅤELI合金的平麵應變斷裂韌性(KIC) 和應力腐蝕斷裂韌性(KISCC) 也遠高於普通Ti-6A1-4V合金（jīn）的性能。因此， 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（dé）到了較為（wéi）廣泛的應用（yòng）。

圖1 Ti-6A-4V基合金在不同鍛造工藝下斷（duàn）裂韌性（xìng）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、錐形應力接頭和井下作業流送（sòng）管（盤管）。

1、隔水管

英（yīng）國北海油田上應用的鈦合金（jīn）隔水管是用Ti-6Al-4VELI(Grade23) 鈦合金製成的超大型高壓管（guǎn），由30根Φ599mm(內（nèi）徑)×25mm(壁厚)X14.6m(長)巨型鈦合金管連接而成， 總長438m， 其產品實物照片見圖2， 該隔水管由美國RMI公司（sī）製造。用鈦管代替（tì）鋼管，可降低提升力63%，降（jiàng）低製造成本40%，它適用於350m水深油田（tián）的采油。

圖2 Grade23鈦合金隔水立管

2、鑽管

鈦合金在（zài）小曲率半徑的（de）采鑽設備上已取得了成功的應用， 它是用Grade5(Ti-6Al-4V)鈦合金（jīn）製成的超深井鑽管，垂直深度可達9200m。它用Φ93~168mm管（guǎn）製造。用它代替鋼製鑽管，鑽具的起吊力可減（jiǎn）小30%，扭（niǔ）矩可降低30%~40%。另外，由於鈦合金無磁性，它不會（huì）幹擾油井（jǐng）探測儀的探測信號。圖3為小曲率半徑采油井上鈦合金的應用部位示（shì）意圖。表1給出了（le）在曲率半徑小於（yú）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，其設備循環破壞壽命（mìng）大大提高，約為鋼的50~100倍。目前鈦鑽管的鑽井數量也遠遠超過（guò）了（le）鋼鑽管（guǎn）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（jīn）超深井鑽管在小曲率半（bàn）徑鑽井（jǐng）上（shàng）應用示意圖（tú）

3、錐形應力接（jiē）頭

鈦製錐形應力接頭是用Grade23(Ti-6A-4V ELI) 和Grade29(Ti-6A-4V-Ru) 鈦合金製造的巨型鈦管，圖4給（gěi）出了這種鈦合金錐形（xíng）應力接頭應用（yòng）示意（yì）圖及產品（pǐn）實物照片。該應力接（jiē）頭目前已應用於墨西哥灣油田， 其長度隻（zhī）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（yè）流送管（guǎn）

井下作業（yè）流送（sòng）管通常采用Grade2、Grade7、Grade9、Grade12、Grade18、Grade28等六種鈦及鈦合金焊接盤管（guǎn）製造，目前的最大外徑為63.5mm，最小壁厚為3.2mm，盤（pán）管長度（dù）可達1630~3050m。據報道，未來盤管的目標外徑希望達到152mm。使用鈦合金盤管代替鋼製盤管後，其盤管的疲勞壽（shòu）命是鋼製盤管的5~10倍。同時，其在（zài）含酸或含硫井中的腐蝕疲勞壽命也得到了較大提高。圖5為鈦合金盤管的產品實物（wù）照片及其應用（yòng）示意圖。

圖4 鈦合金錐形應力接（jiē）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（yīng）用示意圖

目前，我國鈦製油氣開采（cǎi）和開發設備尚處於研發階段，除鈦製輸油管道外，尚（shàng）無鈦製設備應用的（de）報道，與（yǔ）國外差距較為明顯（xiǎn）。

歐美國家對於海洋油氣資源的開（kāi）采，已逐（zhú）步向深海邁進，目前開（kāi）采深（shēn）度已達（dá）3000m，而我國仍處於300m海深的近海開采階段。要進一步開發海洋油氣資源（yuán），特別是南海油氣資源，就必須發展鈦（tài）製油氣開采（cǎi）設備，這對於（yú）開發海洋資源，發展海洋經濟意義巨大。