石油、天然氣勘探與開發(fā)可分為陸地開采與近海開采，在地殼中蘊(yùn)藏的石油與天然氣，陸地大致占60%，近海占40%左右，開采近海如渤海、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、30MoVNb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)油氣勘探和開發(fā)要求測(cè)井儀金屬外殼既能承受大于98MPa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，還不能對(duì)地磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)。從這些性能要求看來，鈦合金是制備測(cè)井儀外殼的優(yōu)良材料。

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鈦合金制備外殼的綜合測(cè)井儀，當(dāng)時(shí)，國(guó)產(chǎn)測(cè)井儀外殼還沒有用鈦合金制備的。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)果見表1（楊曉明、熊正中等的數(shù)據(jù)）。由表中的數(shù)據(jù)可見，Ti-6Al-4V合金擠壓管在室溫112.7MPa和高溫117.6MPa壓力下沒有發(fā)生失穩(wěn)破壞，而40Cr鋼管在常溫80.4MPa壓力時(shí)即失穩(wěn)破壞。試驗(yàn)證明，40Cr鋼管的臨界破壞壓力為78.4MPa-80.4MPa。測(cè)井儀外殼受的外壓力大于等于臨界破壞壓力時(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表2、3。

中國(guó)從法國(guó)引進(jìn)的綜合深井儀鈦合金外殼最大使用壓力為137.2MPa，允許使用溫度為150℃-175℃。按表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最大耐壓值。中國(guó)早已能全盤擠壓性能優(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)需求，還能出口到國(guó)外。國(guó)產(chǎn)Ti-6Al-4V合金在175℃的耐壓值遠(yuǎn)大于120MPa，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合金的理論最大臨界破壞壓力已達(dá)248MPa，以其制造的測(cè)井儀殼體完全能承受大于137MPa的壓力。

在石油勘探和開發(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40Cr鋼管對(duì)Co60和Cs137γ射線的試驗(yàn)見表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，腐蝕速率小于0.017mm/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＝3.2×10-6cm3/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。

表1 管材的耐壓試驗(yàn)

表2 Ti-6Al-4V合金及40 Cr鋼管的力學(xué)性能

表3 不同直徑不同壁厚管的臨界破壞壓力，MPa

表4  Ti-6Al-4V合金和40 Cr鋼對(duì)γ射線吸收率

注：蓋革彌勒計(jì)數(shù)器本底計(jì)數(shù)170/10 s