鐵和

鈦管道斷裂長(zhǎng)度對(duì)比圖。

　　鈦在海洋工程中的應(yīng)用可以用于開(kāi)采海洋石油和天然氣的工程領(lǐng)域，包括用來(lái)探測(cè)碳?xì)浠衔?、提取石油和將烴原料從油氣田中運(yùn)出的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和海洋工程設(shè)施。
　　當(dāng)前受油氣行業(yè)商業(yè)發(fā)展的影響，海底暗礁的探測(cè)范圍變寬，深度已達(dá)到2000m。與海上實(shí)體工業(yè)相比較，海上油氣生產(chǎn)設(shè)備的操作環(huán)境要復(fù)雜的多，原因如下：
　　--石油、天然氣、鹵水、鉆井泥漿攜帶的氫硫化物、氧氣、二氧化碳和其他雜質(zhì)中產(chǎn)生的腐蝕介質(zhì)；
　　--150~200 ℃高溫；
　　--介質(zhì)內(nèi)部的高壓；
　　--巨風(fēng)、海浪、北部冰原的壓力、地震活躍地區(qū)的地震荷載引發(fā)的強(qiáng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷；
　　---50 ℃的低溫。
　　鈦合金能用于多種石油生產(chǎn)系統(tǒng)和裝備中。海洋水下設(shè)備包括：鉆桿、水下立管、深潛工程設(shè)備的機(jī)身和其他構(gòu)件；水上設(shè)備（平臺(tái)）包括海水和飲用水系統(tǒng)，各種熱交換設(shè)備（蒸餾器、蒸汽發(fā)生器、冷凝器）、泵、消防系統(tǒng)和其他構(gòu)件。歐洲的挪威和英國(guó)對(duì)鈦合金在近海開(kāi)采等方面的研究最為透徹。如眾所周知的位于挪威海的石油鉆井平臺(tái)使用了大量的鈦合金，每個(gè)平臺(tái)使用的鈦合金總量超過(guò)500t。
　　俄羅斯很少在近海開(kāi)采中使用鈦合金，但近來(lái)俄羅斯也開(kāi)始積極開(kāi)采位于北極圈和遠(yuǎn)東海溝的油氣。
　　為了開(kāi)采北極圈的油氣，俄羅斯和挪威達(dá)成了戰(zhàn)略合作。挪威成為俄羅斯開(kāi)發(fā)北極圈油氣計(jì)劃的戰(zhàn)略合作伙伴。因此可以相信，鈦合金在北極圈油氣開(kāi)采領(lǐng)域能夠得到更廣泛的應(yīng)用。
　　在設(shè)計(jì)位于北極圈的“Pryrazlomnoje”油氣田開(kāi)采平臺(tái)時(shí)，有提議采用350~400t的鈦合金鋪設(shè)管道網(wǎng)絡(luò)，其中一部分管道表面進(jìn)行表面熱氧化處理，以保護(hù)平臺(tái)的鋼鐵結(jié)構(gòu)免于遭受電偶腐蝕。
　　隨著海上石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要更多的鈦合金去制造機(jī)械設(shè)備，因此對(duì)鈦合金的需求會(huì)迅速增加。尤其是在海洋的更深處提取石油和天然氣，使得鈦及鈦合金將變得越來(lái)越重要，因?yàn)樵跇O深處深鉆孔意味著需要降低鉆井系統(tǒng)的質(zhì)量。對(duì)于重型鋼鐵鉆井系統(tǒng)，與鈦設(shè)備相比，平臺(tái)的底座需要更加堅(jiān)固，起重設(shè)備也要更為強(qiáng)力。
　　斷裂長(zhǎng)度指管道在自身重力作用下可能斷裂的長(zhǎng)度。從圖1可以看出，在相同的屈服強(qiáng)度，鈦管道的斷裂長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于鐵管道。這意味著在相同重量條件下鈦管道系統(tǒng)可以比鐵管道系統(tǒng)用于更深的油氣田中。
　　此外，將鈦應(yīng)用于鉆井的替換結(jié)構(gòu)也有很大優(yōu)勢(shì)。如在立管中使用鈦金屬可減小結(jié)構(gòu)體密度、增加浮力、甚至使下潛器在更深的地方工作。
　　碳?xì)浠衔镩_(kāi)采問(wèn)題隨著海洋深度和油氣儲(chǔ)層深度的增加而加劇。坐落于波羅的海的俄國(guó)凝析油田“Shtokmanovskoje”深度在280~380m，然而凝析油儲(chǔ)層卻分布在1800~2300m的深度中。
　　由于鉆井作業(yè)需要在惡劣的地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行，對(duì)比強(qiáng)度、導(dǎo)熱率、耐磨性的要求會(huì)更加苛刻。
　　用于近海作業(yè)的鈦合金材料主要是Gr.5，其改進(jìn)的Gr.23和Gr.29 也應(yīng)用廣泛。為適應(yīng)介質(zhì)腐蝕和高溫，可使用下列添加了鈀和釕的改進(jìn)合金：Gr.24，Gr.29，Gr.18，Gr.28。
　　總之，對(duì)鈦金屬優(yōu)良的性能和其昂貴的造價(jià)之間權(quán)衡的討論日見(jiàn)激烈。在決定一項(xiàng)工程所用材料，尤其是針對(duì)近海、遠(yuǎn)海工程，設(shè)計(jì)者面臨兩種選擇：①選擇造價(jià)低廉但是不適合長(zhǎng)久使用的材料；②選擇昂貴但使用壽命長(zhǎng)的材料。便宜的材料在一次性投入上更為經(jīng)濟(jì)，但由于頻繁的維護(hù)和停工檢修使后期維護(hù)困難重重；昂貴的材料先期投資較大但后期運(yùn)行維護(hù)投入較少。
　　鈦設(shè)備因其較長(zhǎng)的使用壽命和較低的運(yùn)行投入可以彌補(bǔ)其較高的先期投入，因此選擇鈦金屬而非其他結(jié)構(gòu)金屬是完全合理的。