鈦合金的性能特點為: 優異的耐酸性氣體與海水耐蝕性能、極高的比強度，這些特點決定了在石油鉆井行業的廣泛應用前景。鈦合金在鉆井中應用領域包括鉆桿、油套管、連續管、隔水管，鈦合金鉆桿以其重量輕，比強度高可取代鋼鉆桿延伸三維水平井與大位移井的延伸能力，減少鉆桿與驅動系統的故障; 鈦合金油套管性價比可取代鎳基合金管; 鈦合金連續管可以大幅度提升連續管作業適用的井深范圍，使我國所有井都可以應用連續管進行作業; 鈦合金隔水管可以提升平臺適用水深，避免海水對隔水管腐蝕。

一、鈦合金管在石油工業應用案例

鈦合金管在石油中應用范圍非常廣泛，就目前的經濟可替代性而言主要有以下方面。

1、鈦合金鉆桿

目前國內已生產出 P110 鋼級的鈦合金鉆桿，與常規普通鋼 S135 鉆桿相比，其優勢有:

1.1 可以使大位移井與水平井位移延伸更遠

鈦合金密度僅 4.5 g /cm3，同樣壁厚與長度的鉆桿在常規密度為 1.25 g /cm3的水平段鉆井液中其浮重僅為鋼質鉆桿的 49% 。這種情況下，摩阻力也僅為普通鉆桿的 50% 左右，而管柱的摩阻扭矩問題

是大位移井技術的核心問題之一，它決定水平位移的最大延伸，因此鈦合金鉆桿可以更有利于大位移井與三維叢式水平井。在國內目前工廠化鉆井越來越多情況下，鈦合金鉆桿使用范圍更大。

1.2 減少地面設備負荷

鈦合金 鉆 桿 由 于 重 量 輕，導 致 扭 矩 減 少 近50% ，有效減少了地面頂驅 ( 轉盤) 負荷，使這種損壞發生幾率大大降低，而負荷減少還會帶來柴油消耗的減少。

1. 3  減少接頭的水力損失

鈦合金鉆桿重量輕，扭矩低，加工的鉆桿接頭可以不必如鋼鉆桿同樣的強化，通常水平井使用 Φ 127mm S135 鉆 桿 時，接 頭 內 徑 就 由 G105 鉆 桿 的Φ 82. 55 mm 減少到 Φ 69.85 mm，鈦合金鉆桿由于所受扭矩的減少，80鋼級的鉆桿可以在同樣位移時達到 S135 鋼級的強度效果( 由于浮重減少 51% ，扭矩也會下降 51% ) 。而 X95 鋼級的鉆桿接頭內徑則達到 Φ 88. 9 mm。接頭內徑增大可以顯著降低循環壓耗。

相比，優勢也非常突出，鈦合金與鋼鉆桿接頭性能非常接近，因此可以使接頭與本體為同一材質。而通常鋁合金鉆桿雖然也具有重量輕的特點，但由于鋁合金不耐磨損、強度較低，因此需要對接頭進行強化，接頭通常采用鋼質材料，這樣導致鉆桿重量降低有限。而且鋁合金強度與高強度鋼相比，還有一定差距，僅能達到鈦全套鉆桿的 2 /3 左右。此外鋁合金鉆桿的材質硬度較低，導致鉆桿與井壁碰撞時發生較嚴重的本體劃痕磨損，因此難以使用。而鈦合金鉆桿則由于本體硬度可以接近于鋼質鉆桿，因此可以有效避免這一問題。

鈦合金與常規鉆桿接頭材料性能對比如表 1。

2、 抗腐蝕油套管

對于同時含高濃度 CO2與 H2S 的氣藏，普通的不銹鋼管和超級 13Cr 管材的耐腐性能已經滿足不了如此苛刻的腐蝕環境，需要采用鎳基油管 ( 套管) ，這類套管價格高達 30 萬元/t 以上，如果使用單位重量價格與之類似的鈦合金管代替，則可以達到相似的抗腐蝕性能。而由于鈦合金的密度低，使其與單位長度、強度相同的鎳基管相比價格更低。

鈦合金無縫管通過第三方試驗檢測:

1）試驗用鈦合金油管具有優異的抗硫化氫應力腐蝕性能、抗點腐蝕和抗全面腐蝕性能，對氫致開裂不敏感，在本實驗高溫高壓條件下耐 H2S / CO2腐蝕性能良好，具有和鎳基 G3 合金相當的耐腐蝕性能。

2）試驗用鈦合金油管的力學性能均達到 APISpec 5CT 中對 P110 鋼級的力學性能要求，與 P110鋼級的 G3 鎳合金油管力學性能相當，接頭連接強度達到標準 ISO 10400 對 P110 鋼級的要求。

3、鈦合金連續管

采用鈦合金生產連續管則由于其重量輕，可以在同樣軸向力情況下，使井深增加近 1 倍( 井筒工作液為清水) 。此時連續管則適用于深井乃至超深井，鈦合金的良好的可焊接性能使這種應用可以不受運輸尺寸影響。

對于常規中深井來說，鈦合金連續管可以提高疲勞壽命，也有一定的意義，特別是對于高腐蝕環境更有效益。

4、鈦合金隔水管

海上鉆井中隔水管長期與海水接觸經受海水與海洋生物腐蝕，使用鈦合金可以有效解決這類腐蝕問題，而且鈦合金密度低，重量輕的特點可以使海上平臺適應鉆更深的水深。雖然深水隔水管可以采用浮力塊減少輕平臺負荷，但重量越大，浮力塊體積就相應增大，這在如中國南海等洋流速度較快地區，則增大了隔水管的側向力，這又帶來隔水管強度與平臺拖拽力。在海上鉆井平臺級別每增加一級，日費上漲以 10 萬元計，即使不考慮鈦合金沒有腐蝕、強度高等其它因素，僅平臺日費節省就可以在 2 ～ 3年收回鈦合金隔水管投資。

二、鈦合金管在石油工業的應用前景

1、發展鈦合金在石油鉆井行業的應用，不僅可以節省成本投入，更能提高應對復雜條件的能力，特別是對于三維叢式水平井與大位移井、連續管作業等，鈦合金鉆桿更能提升作業能力，對于石油鉆井行業具有重要的意義。

2、鈦合金鉆桿與連續管可盡快進行試驗性應用，如先裝備一支隊伍，取得應用效果后可規模推廣。

3、鈦合金可以取代鎳基合金作為極端腐蝕環境下的油套管，可以減少這類井的成本投入。

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