石油、天然氣勘探與開(kāi)發(fā)可分為陸地開(kāi)采與近海開(kāi)采，在地殼中蘊(yùn)藏的石油與天然氣，大致陸地占60%，近海占40%，開(kāi)采近海如渤海、南海等海底地殼中的油、氣也有著重要意義。 在鈦合金未工業(yè)化與較大規(guī)模的應(yīng)用前，常用的測(cè)井儀外殼是用45鋼、40Cr鋼、30 MoVNb鋼制造的，但是它們都滿足不了現(xiàn)代技術(shù)測(cè)井的需要，現(xiàn)代高技術(shù)油氣勘探和開(kāi)發(fā)要求測(cè)井儀金屬外殼既能承受＞98 MPa的壓力，又要耐地下原油和各種介質(zhì)的腐蝕，而且在測(cè)井中，還要對(duì)自然γ射線吸收率小，在磁性測(cè)井中，還不應(yīng)對(duì)地磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。從這些性能要求看來(lái)，鈦合金是制備測(cè)井儀外殼的好材料。 上世紀(jì)80年代中期中國(guó)石油管理局從法國(guó)斯侖貝謝公司和美國(guó)德萊賽公司引進(jìn)了6套用Ti﹣6Al﹣4V鈦合金外殼的綜合測(cè)井儀，但是國(guó)產(chǎn)測(cè)井儀外殼那時(shí)還沒(méi)有用鈦合金制備的。Ti﹣6Al﹣4V是一種綜合性能好的成熟的性價(jià)俱佳的合金，但自此以后，寶雞有色金屬加工廠（現(xiàn)在的寶鈦集團(tuán)有限公司）等對(duì)此合金擠壓管材的方方面面作了詳細(xì)的研究。 測(cè)井儀外殼為厚壁長(zhǎng)圓筒體，所受的力為外壓力，能承受的壓力越高，則可深入地層更深的部位測(cè)井，Ti﹣6Al﹣4V鈦合金擠壓管和40Cr鋼管的耐壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1 （楊曉明、熊正中等的數(shù)據(jù)）。由表中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，Ti﹣6Al﹣4V合金擠壓管在室溫112.7 MPa和高溫117.6 MPa壓力下沒(méi)有發(fā)生失穩(wěn)破壞，而40 Cr鋼管在常溫80.4 MPa壓力時(shí)即失穩(wěn)破壞。試驗(yàn)證明，40 Cr鋼管的臨界破壞壓力為78.4 MPa～80.4 MPa。測(cè)井儀外殼受的外壓力≥臨界破壞壓力時(shí)產(chǎn)生的失穩(wěn)破壞為壓扁或折皺，會(huì)破壞殼體內(nèi)的測(cè)量系統(tǒng)，因此測(cè)井儀外殼臨界破壞壓力高低對(duì)測(cè)井儀的安全與正常工作起著十分重要的作用。Ti﹣6Al﹣4V鈦合金及40 Cr鋼管的力學(xué)性能和臨界破壞壓力見(jiàn)表2、3。 中國(guó)從法國(guó)引進(jìn)的綜合深井儀鈦合金外殼max使用壓力為137.2 MPa，允許使用溫度150℃～175℃。按以上表3所列數(shù)據(jù)，只要選擇合適直徑與壁厚的Ti﹣6Al﹣4V鈦合金制造測(cè)井儀外殼，完全可以達(dá)到斯侖貝謝公司的允許max耐壓值。中國(guó)早已能全盤(pán)擠壓性能優(yōu)秀的各種直經(jīng)與壁厚的鈦合金管材，寶鈦集團(tuán)等生產(chǎn)的管材不但能滿足國(guó)內(nèi)的需求，而且還出口到國(guó)外。國(guó)產(chǎn)Ti﹣6Al﹣4V合金在175℃的耐壓值遠(yuǎn)大于120 MPa，可完全滿足國(guó)內(nèi)高技術(shù)測(cè)井要求；在常用的測(cè)井儀殼體尺寸范圍內(nèi)，Ti﹣6Al﹣4V合金的理論max臨界破壞壓力已達(dá)248 MPa，以其制造的測(cè)井儀殼體完全能承受＞137 MPa的壓力。 在石油勘探和開(kāi)發(fā)測(cè)井中，探測(cè)地層的自然γ射線并對(duì)其進(jìn)行能譜分析是獲得地層含油數(shù)據(jù)主要手段之一，測(cè)并儀金屬外殼對(duì)自然γ射線吸收率越小，則探測(cè)靈敏度越高，獲得的分析數(shù)據(jù)也越可靠。Ti﹣6Al﹣4V合金和40 Cr鋼管對(duì)Co60和Cs137 γ射線的試驗(yàn)見(jiàn)表4。 測(cè)井儀的工作條件非常嚴(yán)酷，要求外殼材料具有很高的抗腐蝕性能，研究表明，Ti﹣6Al﹣4V合金在原油介質(zhì)中與在含硫化物、氯化物介質(zhì)中都有很強(qiáng)的抗蝕性，腐蝕速率＜0.017 mm/a，因此，用Ti﹣6Al﹣4V合金制造的測(cè)井儀外殼，可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)避免因腐蝕使殼體減薄而造成臨界破壞壓力下降進(jìn)而產(chǎn)生的失穩(wěn)破壞。 在石油勘探和開(kāi)發(fā)測(cè)井中，還要測(cè)量一些磁物理量，測(cè)井儀外殼磁化率也會(huì)對(duì)測(cè)井產(chǎn)生影響，磁化率過(guò)大，則會(huì)使殼體產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，影響磁性測(cè)量?jī)x的正常工作，所以要求金屬外殼的磁化率越小越好。因此，鈦合金是制造磁性測(cè)井儀外殼的最佳材料，Ti﹣6Al﹣4V合金的磁化率X＝3.2×10﹣6 cm3/g，是一種非鐵磁材料，同時(shí)鈦合金還有良好的加工成形性能。