近年來，我國在油氣勘探與開發(fā)方面取得了一系列重大成果和進(jìn)展，然而石油行業(yè)高溫高壓、連續(xù)生產(chǎn)、點(diǎn)多線長等特點(diǎn)，決定了在其勘探、開發(fā)、運(yùn)輸過程中的不確定性和危險性。隨著我國油氣井的開采大多進(jìn)入中晚期，含水越來越高，CO2回注強(qiáng)化采油工藝技術(shù)普遍推廣以及高含硫酸性氣田的開發(fā)，材料的腐蝕問題日益突出，現(xiàn)有鋼鐵材料無法滿足石油天然氣開采和儲運(yùn)對腐蝕性能的要求，成為嚴(yán)重制約我國油氣工業(yè)發(fā)展的瓶頸。為了科普石油行業(yè)在開采過程中的相關(guān)腐蝕知識，讓更多的人了解、重視油氣開采、輸送和儲運(yùn)過程中的材料腐蝕問題，加強(qiáng)防控意識、創(chuàng)新防控技術(shù)，中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)記者特邀請到北京化工大學(xué)趙景茂教授做相關(guān)解讀……

    趙景茂，北京化工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要從事材料腐蝕與防護(hù)方面的科研與教學(xué)工作。現(xiàn)任北京化工大學(xué)金屬表面工程系主任，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會常務(wù)理事，緩蝕劑專業(yè)委員會副主任，材料電化學(xué)過程與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，為Corrosion Science等多家業(yè)內(nèi)知名期刊的審稿人。曾在中原油田設(shè)計研究院和中原油田化學(xué)技術(shù)研究所腐蝕研究室工作，任室主任、高級工程師；主持和參與過原中國石油天然氣總公司、中石化股份公司、國家973及國家自然科學(xué)基金等多個項(xiàng)目，以及多個企業(yè)的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，并取得了許多豐碩的成果。

    趙景茂教授與柯偉院士合影（左：趙景茂教授 右：柯偉院士）

    趙教授謙虛和藹，他表示國內(nèi)從事石油石化行業(yè)防腐研究的科研工作者有很多，自己只是其中的一員，對于石油、天然氣開采過程中遇到的材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)方面提幾點(diǎn)自己的看法和見解。

    前車之鑒 油氣開采腐蝕不容忽視

    眾所周知，陸地和海上油氣田的開發(fā)是我國重要的能源戰(zhàn)略。但隨著油氣開采工業(yè)的發(fā)展，腐蝕問題成為限制石油業(yè)可持續(xù)發(fā)展的絆腳石，因管道、設(shè)備等腐蝕問題造成的慘痛事故早有前車之鑒。

    石油天然氣行業(yè)涉及到的都是油氣高危品，一旦出現(xiàn)泄漏等問題，往往釀出重大事故和巨大經(jīng)濟(jì)損失，這方面的案例頗多。比如華北油田采油三廠留58斷塊富含CO2氣體，自1984年4月開采到1985年7月短短14個月就有3口高產(chǎn)油氣井因油套管嚴(yán)重腐蝕而報廢，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1500萬元；新疆某氣井，在服役10個月后，由于CO2腐蝕和沖刷腐蝕的交互作用而造成油管腐蝕斷落，發(fā)生井下高壓油氣竄漏、井口地坪塌陷，井噴，著火76天，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3000多萬元，間接損失數(shù)倍于此數(shù)。

    談及石油、天然氣開采過程中的腐蝕狀況及后果，趙教授表示石油天然氣開采過程中用到了大量的鋼材，腐蝕環(huán)境苛刻，鋼材管線，設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，事故多發(fā)，造成的社會影響較大。

    在石油天然氣開采過程中，我們使用了許多的碳鋼材料。從鉆井、完井、地面集輸、以及油水氣處理，采用了大量的碳鋼材料，在腐蝕苛刻的環(huán)境中也采用了一些高等級耐蝕合金材料。在石油開采過程中，高溫高壓、含有硫化氫、二氧化碳等酸性氣體，以及含有高濃度氯離子的產(chǎn)出水，在地面污水處理過程中，由于系統(tǒng)不密閉，又會帶來的氧腐蝕等，此外，還有細(xì)菌的腐蝕；管線在外腐蝕方面，主要是埋地管線所處的土壤，以及海洋石油開發(fā)時的海水的腐蝕。所以石油行業(yè)的材料腐蝕是很嚴(yán)重的，影響腐蝕的因素諸多。

    據(jù)了解，中海油最近共統(tǒng)計38條海管事故，發(fā)現(xiàn)第三方破壞（漁業(yè)活動、拋錨、挖沙、船舶碰撞等）15條，占比39.5%；內(nèi)腐蝕11條，占比28.9%；外腐蝕3條，占比7.9%；內(nèi)外腐蝕加在一起共計36.8%，可以看出，海管漏油的一個主因是腐蝕。

    談到油氣開采過程中的腐蝕損失，趙教授表示油氣開采過程中的腐蝕的損失占多大的比重，還沒有完整的數(shù)據(jù)。根據(jù)1999年國家石油和化學(xué)工業(yè)局統(tǒng)計表明，我國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約為2800億人民幣，其中在石油和化學(xué)工業(yè)造成的損失每年就達(dá)400億元，占15%左右。由于這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)中還包含了化學(xué)工業(yè)，所以無法得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但從已經(jīng)報道的而各種數(shù)據(jù)看，我國石油工業(yè)腐蝕是非常嚴(yán)重的。也有文章說，石油與石化行業(yè)的腐蝕約占到其產(chǎn)值的6%左右。最近侯保榮院士負(fù)責(zé)的全國腐蝕調(diào)查這一重要項(xiàng)目，期待著有這方面詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

    推陳出新 保石化行業(yè)運(yùn)行無憂

    在油氣田開采、運(yùn)輸過程所遇到的腐蝕控制方面，趙教授表示一些傳統(tǒng)的防腐技術(shù)如耐蝕合金、涂層、緩蝕劑等已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，出現(xiàn)了一些較好的、值得關(guān)注和推廣的新技術(shù)且它們發(fā)揮著舉足輕重的作用。

    （1）非金屬管材的應(yīng)用：與鋼管相比，非金屬管材具有耐腐蝕，使用壽命長，安裝、運(yùn)輸方便，維修費(fèi)用低，水力摩阻因數(shù)低，延緩結(jié)蠟結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各大苛刻環(huán)境油氣田。截至目前，僅中國石油各大油田已建非金屬管道總長超過2×104 km。中石化西北油田目前已應(yīng)用各類非金屬管材980.77km，約占油田集輸管線的15%，且應(yīng)用量逐年增加。

    非金屬管材主要分為兩類：一類是以玻璃鋼為代表的增強(qiáng)熱固性塑料管，另一類是近年來新開發(fā)的增強(qiáng)熱塑性塑料管（RTP 管）。玻璃鋼管材抗沖擊性和接頭密封性較差，抗沖擊能力差，因此主要在一些低壓環(huán)境中使用。RTP 管是一種具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管道，通常包括內(nèi)襯層、增強(qiáng)層和外覆層三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯材料包括聚乙烯（PE）和聚酰胺（PA）。最近國外在內(nèi)襯材料的研發(fā)方面取得很大進(jìn)展，針對一些介質(zhì)環(huán)境、溫度和氣密性要求比較高的應(yīng)用領(lǐng)域，成功開發(fā)了聚苯硫醚（PPS）和以聚偏二氟乙烯（PVDF）為代表的氟塑料等先進(jìn)材料。另外，通過材料共混改性或結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方法提高材料性能、降低使用成本，也是目前開發(fā)抗硫非金屬管材的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

    （2）耐蝕合金復(fù)合管是由兩種不同金屬材料構(gòu)成，管層之間通過各種變形和連接技術(shù)形成緊密結(jié)合，使兩種材料結(jié)合成一體而成的一種新型金屬復(fù)合管材。其一般設(shè)計原則是：基層滿足管道設(shè)計允許應(yīng)力，復(fù)層抵抗腐蝕等。耐蝕合金復(fù)合管兼有基層和復(fù)層的所有優(yōu)點(diǎn)，相對于整體合金管能有效降低成本，且在應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的氯化物和酸性環(huán)境中有較好的安全性和可靠性。耐蝕合金復(fù)合管能最大限度地實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)勢互補(bǔ)，節(jié)省合金材料，降低工程費(fèi)用，在保證基管各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，提高了管道的耐腐蝕性，延長了管道的使用壽命。因此在含有硫化氫、二氧化碳等酸性介質(zhì)環(huán)境中得到了推廣應(yīng)用。如以316L為內(nèi)襯的雙金屬復(fù)合管已在塔里木的牙哈氣田、吉那氣田、吉林的長嶺1號、長慶、大慶徐深氣田得到了應(yīng)用，已建各類輸氣管線里程達(dá)到上千公里以上。

    （3）水質(zhì)改性技術(shù)：這項(xiàng)技術(shù)是在20年前首先在中原油田進(jìn)行了成功的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)多個油田進(jìn)行了推廣，其實(shí)質(zhì)是通過加入一些堿性物質(zhì)將水的pH從弱酸性調(diào)到弱堿性，腐蝕速度下降，同時將水質(zhì)的二價鐵在空氣的作用下（后來有人加入了氧化性的物質(zhì)，）氧化成三價鐵，在堿性環(huán)境，產(chǎn)生沉淀，這樣水質(zhì)得到了穩(wěn)定。通過加入阻垢劑等液可以控制結(jié)垢；現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)在許多油田得到了應(yīng)用，也進(jìn)行了許多的改良，主要適用于弱酸性的產(chǎn)出水。

    揚(yáng)長避短 降腐蝕程度至最低

    趙教授表示目前石油行業(yè)腐蝕是個普遍而嚴(yán)重的問題，對于腐蝕控制方面的存在一些的弊端，根據(jù)自己幾十年在此行業(yè)腐蝕控制方面的科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給予以下幾點(diǎn)看法：

    （1）近年來，油氣田腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)發(fā)展很快，而且在油氣田也得到了廣泛的應(yīng)用，除了傳統(tǒng)的腐蝕掛片外，還有電阻、電感等技術(shù)，以及非接觸式的電指紋技術(shù)，還研發(fā)了耐高溫耐高壓的可應(yīng)用于井下的腐蝕檢測技術(shù)，這些技術(shù)為油氣田正常安全運(yùn)行起到了保駕護(hù)航的作用，存在著兩個方面的問題：一是有些企業(yè)沒有全系統(tǒng)、全流程設(shè)置腐蝕監(jiān)測點(diǎn)；二是如何利用監(jiān)測點(diǎn)得到的這些寶貴的數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)分析，用來預(yù)測管道壽命等。

    （2）隨著我們國家高鐵的快速建設(shè)，以及超高壓直流輸電線路的建設(shè)，有可能產(chǎn)生雜散電流，對周圍石油天然氣輸送管道存在著潛在危害；這方面，已經(jīng)開始重視，北京科技大學(xué)的路民旭老師做了很多很好的工作。

    （3）細(xì)菌腐蝕，許多管線的腐蝕穿孔，尤其是在東部油氣田，都有細(xì)菌主要是硫酸鹽還原菌的影子。他在中原油田工作時，負(fù)責(zé)調(diào)查一條325×7的油氣集輸管線的腐蝕原因，該管線投產(chǎn)42天后就發(fā)生腐蝕穿孔，年腐蝕速率達(dá)到 60mm/a，后來發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物中有大量的硫化亞鐵和硫酸鹽還原細(xì)菌，而井口產(chǎn)出水中的硫化氫含量并不高，該管線采取加入緩蝕劑和殺菌劑后，很好控制了腐蝕穿孔。細(xì)菌能夠產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，國外也有這方面的報道，但國內(nèi)還沒有引起足夠的重視。

    創(chuàng)新技術(shù) 適應(yīng)行業(yè)發(fā)展新常態(tài)

    談及當(dāng)前低油價，并且還可能維持一段時間，油氣田企業(yè)控制腐蝕方面的投入有減少趨勢這一現(xiàn)象時，趙教授表示確實(shí)有些令人擔(dān)憂，低油價對我們國家的油氣行業(yè)帶來了很大的沖擊，最近網(wǎng)上也經(jīng)常有報道，許多企業(yè)關(guān)停了一些低效井、沒有效益的區(qū)塊停止了開發(fā)，一些企業(yè)因?yàn)樾б鎲栴}，工人輪流上崗，降薪降酬，影響很大，對防腐方面的投入也大幅減少，該實(shí)施的一些措施也跟不上。據(jù)了解，一些油氣企業(yè)在對外招標(biāo)時，最低價中標(biāo)；采購防腐材料時，對價格關(guān)注度過高，忽視了緩蝕效果，這對今后的管道安全運(yùn)行留下了隱患！

    不過任何事情都是一分為二的，低油價對科研人員來說，也是一次機(jī)會，我們不得不思考如何利用技術(shù)創(chuàng)新，來實(shí)施技術(shù)、產(chǎn)品升級，應(yīng)對當(dāng)前的油價低迷狀態(tài)。

    趙教授說最近他們將已研究的幾種效果好、且價格低的緩蝕劑投入到市場應(yīng)用中，深受企業(yè)歡迎！比如趙教授的課題組完成的科研項(xiàng)目“含CO2油氣田高效緩蝕劑防腐蝕技術(shù)”，該項(xiàng)目也是在長期研究緩蝕劑作用理論的基礎(chǔ)上，將科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的一項(xiàng)十分成功的案例。針對這一問題，趙教授多年前就開始研究緩蝕劑作用機(jī)理，尤其是深入、系統(tǒng)地研究了咪唑啉衍生物的分子結(jié)構(gòu)與緩蝕效果之間的關(guān)系，闡述了烷基鏈、側(cè)鏈和液體流速對緩蝕效果的影響，在確定緩蝕劑主體成分的基礎(chǔ)上，研究了咪唑啉緩蝕劑與其它物質(zhì)之間的協(xié)同作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)咪唑啉與苯甲酸鈉等其他兩種物質(zhì)具有緩蝕協(xié)同效應(yīng)，并提出了緩蝕劑在金屬表面上的雙層膜和兩步吸附模型。此外，趙教授課題組在此基礎(chǔ)上，研制出了兩種高效的抑制CO2腐蝕的緩蝕劑，并在大慶油田和海上油田進(jìn)行了應(yīng)用。其中大慶油田徐深氣田30口氣井投加緩蝕劑后，腐蝕速率控制在0.03mm/a左右，緩蝕率可以達(dá)到90%以上，有效解決了該氣田CO2腐蝕問題，四年來累計為氣田減少腐蝕損失近億元，還有效保證了氣田的安全生產(chǎn)。在海上油田生產(chǎn)系統(tǒng)和注水系統(tǒng)的應(yīng)用表明，其緩蝕效果已超過了國外著名廠商的藥劑水平，而其價格比國外的降低了30%左右，每年可節(jié)約藥劑費(fèi)用約200萬元。

    后記：腐蝕控制也不是一朝一夕的事。石油天然氣開采過程中的腐蝕控制，須先摸清腐蝕特點(diǎn)及原因，才能有的放矢地進(jìn)行腐蝕控制。伴隨油田開發(fā)建設(shè)，長期的系統(tǒng)工程，必須給予高度的重視，進(jìn)行系統(tǒng)的管理，科技的創(chuàng)新，才能達(dá)到良好的效果！

    人物簡介

    趙景茂，1965年10月生。北京化工大學(xué)金屬表面工程系主任、教授、博士生導(dǎo)師、“材料電化學(xué)過程與技術(shù)”北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。1990-1998年在中原油田設(shè)計研究院和中原油田化學(xué)技術(shù)研究所腐蝕研究室工作，任室主任、高級工程師。2004年-2006年曾掛職于青海省發(fā)改委主任助理。自參加工作以來他一直從事金屬材料在油氣田中的腐蝕與防護(hù)工作，曾主持和參與原中國石油天然氣總公司、中石化股份公司、國家973及國家自然科學(xué)基金等8個項(xiàng)目，以及多個企業(yè)的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目；先后獲省、部級科技進(jìn)步一等獎、二等獎各一項(xiàng)，原中國石油天然氣總公司十大科技成果獎一項(xiàng)；中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會孫越崎基金“優(yōu)秀青年科技獎”；中國石油天然氣總公司“鐵人科技成就獎”；中國石油化工總公司“跨世紀(jì)學(xué)術(shù)帶頭人”；為Corrosion Science等多家業(yè)內(nèi)知名期刊的審稿人。在《Corrosion Science》、《Corrosion》、《Journal of Applied Electrochemistry》等國內(nèi)外刊物上發(fā)表論文一百余篇，編寫著作2部。

    主要研究領(lǐng)域：石油、石化工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)、鋁合金的環(huán)境失效行為與表面工程、水處理技術(shù)和水處理藥劑研究。

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責(zé)任編輯：王元

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