近年來，我國在油氣勘探與開發方面取得了一系列重大成果和進展，然而石油行業高溫高壓、連續生產、點多線長等特點，決定了在其勘探、開發、運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入中晚期，含水越來越高，CO2回注強化采油工藝技術普遍推廣以及高含硫酸性氣田的開發，材料的腐蝕問題日益突出，現有鋼鐵材料無法滿足石油天然氣開采和儲運對腐蝕性能的要求，成為嚴重制約我國油氣工業發展的瓶頸。為了科普石油行業在開采過程中的相關腐蝕知識，讓更多的人了解、重視油氣開采、輸送和儲運過程中的材料腐蝕問題，加強防控意識、創新防控技術，中國腐蝕與防護網記者特邀請到北京化工大學趙景茂教授做相關解讀……

趙景茂教授與柯偉院士合影（左：趙景茂教授 右：柯偉院士）

    趙景茂，北京化工大學教授、博士生導師，主要從事材料腐蝕與防護方面的科研與教學工作。現任北京化工大學金屬表面工程系主任，中國腐蝕與防護學會常務理事，緩蝕劑專業委員會副主任，材料電化學過程與技術北京市重點實驗室副主任，為Corrosion Science等多家業內知名期刊的審稿人。曾在中原油田設計研究院和中原油田化學技術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及國家自然科學基金等多個項目，以及多個企業的技術開發項目，并取得了許多豐碩的成果。趙教授謙虛和藹，他表示國內從事石油石化行業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技術方面提幾點自己的看法和見解。

    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是我國重要的能源戰略。但隨著油氣開采工業的發展，腐蝕問題成為限制石油業可持續發展的絆腳石，因管道、設備等腐蝕問題造成的慘痛事故早有前車之鑒。

    石油天然氣行業涉及到的都是油氣高危品，一旦出現泄漏等問題，往往釀出重大事故和巨大經濟損失，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口高產油氣井因油套管嚴重腐蝕而報廢，造成直接經濟損失達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，發生井下高壓油氣竄漏、井口地坪塌陷，井噴，著火76天，直接經濟損失達3000多萬元，間接損失數倍于此數。

    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，腐蝕環境苛刻，鋼材管線，設備的腐蝕嚴重，事故多發，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出水，在地面污水處理過程中，由于系統不密閉，又會帶來的氧腐蝕等，此外，還有細菌的腐蝕；管線在外腐蝕方面，主要是埋地管線所處的土壤，以及海洋石油開發時的海水的腐蝕。所以石油行業的材料腐蝕是很嚴重的，影響腐蝕的因素諸多。

    據了解，中海油最近共統計38條海管事故，發現第三方破壞（漁業活動、拋錨、挖沙、船舶碰撞等）15條，占比39.5%；內腐蝕11條，占比28.9%；外腐蝕3條，占比7.9%；內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，還沒有完整的數據。根據1999年國家石油和化學工業局統計表明，我國每年因腐蝕造成的直接經濟損失約為2800億人民幣，其中在石油和化學工業造成的損失每年就達400億元，占15%左右。由于這個統計數據中還包含了化學工業，所以無法得出準確的數據，但從已經報道的而各種數據看，我國石油工業腐蝕是非常嚴重的。也有文章說，石油與石化行業的腐蝕約占到其產值的6%左右。最近侯保榮院士負責的全國腐蝕調查這一重要項目，期待著有這方面詳實的數據。

    推陳出新 保石化行業運行無憂

    在油氣田開采、運輸過程所遇到的腐蝕控制方面，趙教授表示一些傳統的防腐技術如耐蝕合金、涂層、緩蝕劑等已經得到了廣泛應用。近年來，出現了一些較好的、值得關注和推廣的新技術且它們發揮著舉足輕重的作用。

    （1）非金屬管材的應用：與鋼管相比，非金屬管材具有耐腐蝕，使用壽命長，安裝、運輸方便，維修費用低，水力摩阻因數低，延緩結蠟結垢等優點，因而被廣泛應用于各大苛刻環境油氣田。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用各類非金屬管材980.77km，約占油田集輸管線的15%，且應用量逐年增加。

    非金屬管材主要分為兩類：一類是以玻璃鋼為代表的增強熱固性塑料管，另一類是近年來新開發的增強熱塑性塑料管（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境中使用。RTP 管是一種具有多層結構的復合材料管道，通常包括內襯層、增強層和外覆層三層結構，內襯材料包括聚乙烯（PE）和聚酰胺（PA）。最近國外在內襯材料的研發方面取得很大進展，針對一些介質環境、溫度和氣密性要求比較高的應用領域，成功開發了聚苯硫醚（PPS）和以聚偏二氟乙烯（PVDF）為代表的氟塑料等先進材料。另外，通過材料共混改性或結構優化設計等方法提高材料性能、降低使用成本，也是目前開發抗硫非金屬管材的重點研究內容。

    （2）耐蝕合金復合管是由兩種不同金屬材料構成，管層之間通過各種變形和連接技術形成緊密結合，使兩種材料結合成一體而成的一種新型金屬復合管材。其一般設計原則是：基層滿足管道設計允許應力，復層抵抗腐蝕等。耐蝕合金復合管兼有基層和復層的所有優點，相對于整體合金管能有效降低成本，且在應力腐蝕開裂敏感性的氯化物和酸性環境中有較好的安全性和可靠性。耐蝕合金復合管能最大限度地實現材料的優勢互補，節省合金材料，降低工程費用，在保證基管各項性能的基礎上，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環境中得到了推廣應用。如以316L為內襯的雙金屬復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用，已建各類輸氣管線里程達到上千公里以上。

    （3）水質改性技術：這項技術是在20年前首先在中原油田進行了成功的應用，現在已經在國內多個油田進行了推廣，其實質是通過加入一些堿性物質將水的pH從弱酸性調到弱堿性，腐蝕速度下降，同時將水質的二價鐵在空氣的作用下（后來有人加入了氧化性的物質，）氧化成三價鐵，在堿性環境，產生沉淀，這樣水質得到了穩定。通過加入阻垢劑等液可以控制結垢；現在這項技術在許多油田得到了應用，也進行了許多的改良，主要適用于弱酸性的產出水。

油氣田設備

    揚長避短 降腐蝕程度至最低

    趙教授表示目前石油行業腐蝕是個普遍而嚴重的問題，對于腐蝕控制方面的存在一些的弊端，根據自己幾十年在此行業腐蝕控制方面的科研和實踐經驗給予以下幾點看法：

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

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

    （3）細菌腐蝕，許多管線的腐蝕穿孔，尤其是在東部油氣田，都有細菌主要是硫酸鹽還原菌的影子。他在中原油田工作時，負責調查一條325×7的油氣集輸管線的腐蝕原因，該管線投產42天后就發生腐蝕穿孔，年腐蝕速率達到 60mm/a，后來發現腐蝕產物中有大量的硫化亞鐵和硫酸鹽還原細菌，而井口產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。細菌能夠產生嚴重的腐蝕，國外也有這方面的報道，但國內還沒有引起足夠的重視。

    創新技術 適應行業發展新常態

    談及當前低油價，并且還可能維持一段時間，油氣田企業控制腐蝕方面的投入有減少趨勢這一現象時，趙教授表示確實有些令人擔憂，低油價對我們國家的油氣行業帶來了很大的沖擊，最近網上也經常有報道，許多企業關停了一些低效井、沒有效益的區塊停止了開發，一些企業因為效益問題，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，該實施的一些措施也跟不上。據了解，一些油氣企業在對外招標時，最低價中標；采購防腐材料時，對價格關注度過高，忽視了緩蝕效果，這對今后的管道安全運行留下了隱患！

    不過任何事情都是一分為二的，低油價對科研人員來說，也是一次機會，我們不得不思考如何利用技術創新，來實施技術、產品升級，應對當前的油價低迷狀態。

海上石油開采平臺

     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用中，深受企業歡迎！比如趙教授的課題組完成的科研項目“含CO2油氣田高效緩蝕劑防腐蝕技術”，該項目也是在長期研究緩蝕劑作用理論的基礎上，將科研成果轉化應用的一項十分成功的案例。針對這一問題，趙教授多年前就開始研究緩蝕劑作用機理，尤其是深入、系統地研究了咪唑啉衍生物的分子結構與緩蝕效果之間的關系，闡述了烷基鏈、側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上，研究了咪唑啉緩蝕劑與其它物質之間的協同作用機理，發現咪唑啉與苯甲酸鈉等其他兩種物質具有緩蝕協同效應，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行了應用。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。在海上油田生產系統和注水系統的應用表明，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，每年可節約藥劑費用約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，須先摸清腐蝕特點及原因，才能有的放矢地進行腐蝕控制。伴隨油田開發建設，長期的系統工程，必須給予高度的重視，進行系統的管理，科技的創新，才能達到良好的效果！

    人物簡介

    趙景茂，1965年10月生。北京化工大學金屬表面工程系主任、教授、博士生導師、“材料電化學過程與技術”北京市重點實驗室副主任。1990-1998年在中原油田設計研究院和中原油田化學技術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及國家自然科學基金等8個項目，以及多個企業的技術開發項目；先后獲省、部級科技進步一等獎、二等獎各一項，原中國石油天然氣總公司十大科技成果獎一項；中國科學技術發展基金會孫越崎基金“優秀青年科技獎”；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“跨世紀學術帶頭人”；為Corrosion Science等多家業內知名期刊的審稿人。在《Corrosion Science》、《Corrosion》、《Journal of Applied Electrochemistry》等國內外刊物上發表論文一百余篇，編寫著作2部。

    主要研究領域：石油、石化工業中的腐蝕與防護、鋁合金的環境失效行為與表面工程、水處理技術和水處理藥劑研究。