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石油是一個國家的經濟命脈。據估計, 世界可開采的石油資源儲量為3000億噸, 其中海底石油儲量約為1300 億噸。海底石油的開發, 開始于20 世紀初。它的發展經歷了從近海到遠海、從淺海到深海的過程。受技術條件和材料發展的限制, 最初只能開采從海岸直接向淺海延伸的石油、天然氣礦藏。20 世紀80 年代以來, 在能源危機和技術進步的刺激下, 近海石油勘探與開發飛速發展, 海洋石油開發迅速向大陸架挺進, 逐漸形成了嶄新的近海石油工業部門。海上鉆井平臺是實施海底油氣勘探和開采的工作基地, 它標志著海底油氣開發技術的水平。海上石油開采設備主要包括采油平臺和附屬設備, 附屬設備有原油冷卻器、升油管、泵、閥、接頭和夾具等。這些設備均與海水及原油中的硫化物、氨、氯等介質接觸。由于鈦在這些介質中具有優異的耐蝕性, 所以美國在上世紀70 年代初就在其油田中使用了鈦制造的近海石油平臺支柱, 同時用鈦制造了列管式換熱器和板式換熱器。鈦列管式換熱器利用海水作為冷卻介質, 把從油井里抽出的高溫汽/ 油混合物冷卻。鈦板式換熱器也是利用海水作為冷卻介質, 把碳鋼換熱器內冷卻原油的淡水冷卻。美國在北海油田鉆井平臺上大約使用了100 個鈦熱交換器。位于英國蘇格蘭阿伯丁的亨廷油田服務公司訂購的鈦制部件據說是世界上第一個鈦制高壓立管式豎井, 用于美國大陸石油公司(Conoco) 挪威的Heidrum 工程項目中。

石油鈦合金鈦鉆探管的使用壽命較長,其重量僅為不銹鋼的一半, 而使用靈活性卻是不銹鋼的二倍, 使用壽命為鋼的10 倍。這些優異的性能使得鈦成為一種用于鉆探難度較大的近圓形、且深度深的油井的極佳材料。包含有鈦鉆探管的組合鉆具可以極大地減少鉆探時間、降低鉆探總成本。美國的GrantPrideco 公司、RTI 能源系統公司及Torch 鉆探服務公司在2000 年首次將鈦鉆探管用于工業應用。GrantPrideco 公司和RTI 能源系統公司共同生產和供應的鈦鉆探管還配有GrantPrideco 抗疲勞公司提供的鋼工具接頭。這種接頭的重量輕、使用靈活性好,且可以使鈦鉆探管堅固結實。

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海水管道系統是海底石油開采不可缺少的部分, 由于鈦對海水具有很高的耐蝕性, 其使用壽命為鋼系的10 倍,因此, 鈦管系的成本與Cu-Ni 系統相比是合算的。美國活性金屬公司與精密管技術公司合辦了一個鈦管技術公司, 生產一種大口徑鈦合金管。這種管子所使用的合金是Ti-3Al-2.5V 合金, 口徑為650mm, 壁厚為22 ~ 25mm, 長度為350m, 一根管子重達80 ~ 90t, 計劃用于海底石油開采。美國另一家公司利用長度為15m、外徑為600mm、壁厚為25mm 的無縫鈦合金管通過擠壓方法制成了近500m 長的豎井管, 已經用于一個近海鉆井平臺。據稱, 這種豎井管的重量可以減輕一半, 從而大大降低壓載成本, 另外, 還具有很高的斷裂韌性和較長的疲勞壽命。

據資料報道, 在美國北海油田開發項目中, 船上浮體裝置和海底固定裝置的用鈦量比以前有所增加。24 臺船上浮體裝置和64 臺海底固定裝置對鈦材的需求量為: 安全保護裝置50 ~ 100t,連接裝置50 ~ 100t, 通用升降設備400 ~ 1000t, 鉆桿1400 ~ 4200t。海上石油開采平臺生物污染引起的結構件腐蝕是相當嚴重的, 美國一家公司在開采平臺上使用了鈦管制成的長套管, 對平臺上的部位進行保護。

在過去幾年里, 鈦合金部件在石油鉆探和海濱生產作業中的應用明顯增加。鈦合金部件使得石油鉆探可以進入更深的水域和更深的油井, 包括更高的溫度和腐蝕嚴重( 即多鹽) 的生產環境。

對于這類應用, 從綜合性能來考慮,TC4 鈦棒(Ti-6Al-4V) 基合金是最適用的, 且成本最低。海水管道系統是海底石油開采不可缺少的部分, 由于鈦對海水具有很高的耐蝕性, 其使用壽命為鋼系的10 倍, 因此, 鈦管系的成本與Cu-Ni 系統相比是合算的。美國活性金屬公司與精密管技術公司合辦了一個鈦管技術公司, 生產一種大口徑鈦合金管。這種管子所使用的合金是TA18(Ti-3Al-2.5V) 合金, 口徑為650mm, 壁厚為22 ~ 25mm, 長度為350m, 一根管子重達80 ~ 90t, 計劃用于海底石油開采。美國另一家公司利用長度為15m、外徑為600mm、壁厚為25mm 的無縫鈦合金管通過擠壓方法制成了近500m 長的豎井管, 已經用于一個近海鉆井平臺。據稱, 這種豎井管的重量可以減輕一半, 從而大大降低壓載成本, 另外, 還具有很高的斷裂韌性和較長的疲勞壽命。

實踐證明,Ti-6Al-4V(Gr.5_TC4) 合金是鉆井管的最佳材料, 作為鉆井應用,屈服強度和疲勞強度是最重要的, 因此,兩種特別低間隙元素的Gr.5 合金適用于比較關鍵的動態提升裝置。當使用溫度超過75 ~ 80℃時, 為了防止縫隙腐蝕或應力腐蝕, 使用含釕的Gr29 合金。

最常用的部件包括海濱鉆井提升裝置、鉆探管、錐形應力接頭(TSJ) 和鈦/ 鋼混合提升裝置。

鈦泵、閥、接頭、緊固件、夾具和零配件等小型鈦部件在石油開采平臺上已經廣泛使用。國外海上石油勘探測井儀器外殼上也大量使用了鈦合金。


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