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鐵和

鈦管道斷裂長度對比圖。

　　鈦在海洋工程中的應用可以用于開采海洋石油和天然氣的工程領域，包括用來探測碳氫化合物、提取石油和將烴原料從油氣田中運出的海洋平臺結構和海洋工程設施。
　　當前受油氣行業(yè)商業(yè)發(fā)展的影響，海底暗礁的探測范圍變寬，深度已達到2000m。與海上實體工業(yè)相比較，海上油氣生產(chǎn)設備的操作環(huán)境要復雜的多，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中產(chǎn)生的腐蝕介質；
　　--150~200 ℃高溫；
　　--介質內(nèi)部的高壓；
　　--巨風、海浪、北部冰原的壓力、地震活躍地區(qū)的地震荷載引發(fā)的強靜態(tài)和動態(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。海洋水下設備包括：鉆桿、水下立管、深潛工程設備的機身和其他構件；水上設備（平臺）包括海水和飲用水系統(tǒng)，各種熱交換設備（蒸餾器、蒸汽發(fā)生器、冷凝器）、泵、消防系統(tǒng)和其他構件。歐洲的挪威和英國對鈦合金在近海開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使用了大量的鈦合金，每個平臺使用的鈦合金總量超過500t。
　　俄羅斯很少在近海開采中使用鈦合金，但近來俄羅斯也開始積極開采位于北極圈和遠東海溝的油氣。
　　為了開采北極圈的油氣，俄羅斯和挪威達成了戰(zhàn)略合作。挪威成為俄羅斯開發(fā)北極圈油氣計劃的戰(zhàn)略合作伙伴。因此可以相信，鈦合金在北極圈油氣開采領域能夠得到更廣泛的應用。
　　在設計位于北極圈的“Pryrazlomnoje”油氣田開采平臺時，有提議采用350~400t的鈦合金鋪設管道網(wǎng)絡，其中一部分管道表面進行表面熱氧化處理，以保護平臺的鋼鐵結構免于遭受電偶腐蝕。
　　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械設備，因此對鈦合金的需求會迅速增加。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越重要，因為在極深處深鉆孔意味著需要降低鉆井系統(tǒng)的質量。對于重型鋼鐵鉆井系統(tǒng)，與鈦設備相比，平臺的底座需要更加堅固，起重設備也要更為強力。
　　斷裂長度指管道在自身重力作用下可能斷裂的長度。從圖1可以看出，在相同的屈服強度，鈦管道的斷裂長度遠大于鐵管道。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，將鈦應用于鉆井的替換結構也有很大優(yōu)勢。如在立管中使用鈦金屬可減小結構體密度、增加浮力、甚至使下潛器在更深的地方工作。
　　碳氫化合物開采問題隨著海洋深度和油氣儲層深度的增加而加劇。坐落于波羅的海的俄國凝析油田“Shtokmanovskoje”深度在280~380m，然而凝析油儲層卻分布在1800~2300m的深度中。
　　由于鉆井作業(yè)需要在惡劣的地質環(huán)境下進行，對比強度、導熱率、耐磨性的要求會更加苛刻。
　　用于近海作業(yè)的鈦合金材料主要是Gr.5，其改進的Gr.23和Gr.29 也應用廣泛。為適應介質腐蝕和高溫，可使用下列添加了鈀和釕的改進合金：Gr.24，Gr.29，Gr.18，Gr.28。
　　總之，對鈦金屬優(yōu)良的性能和其昂貴的造價之間權衡的討論日見激烈。在決定一項工程所用材料，尤其是針對近海、遠海工程，設計者面臨兩種選擇：①選擇造價低廉但是不適合長久使用的材料；②選擇昂貴但使用壽命長的材料。便宜的材料在一次性投入上更為經(jīng)濟，但由于頻繁的維護和停工檢修使后期維護困難重重；昂貴的材料先期投資較大但后期運行維護投入較少。
　　鈦設備因其較長的使用壽命和較低的運行投入可以彌補其較高的先期投入，因此選擇鈦金屬而非其他結構金屬是完全合理的。