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  2. 極端苛刻環境油氣田腐蝕防護團隊:戈壁灘上,她們撬開沉默的管道
    2024-12-13 13:27:28 作者:程觀 來源:果殼 分享至:

    編者按

     

    “中國青年女科學家獎”是歐萊雅和聯合國教科文組織“為投身于科學的女性”計劃在中國的發展和延伸,由中華全國婦女聯合會、中國科學技術協會、中國聯合國教科文組織全國委員會以及歐萊雅中國于2004年聯合設立,已成為專門面向廣大女科技工作者的全國性獎項。截止第19屆,共有204位女科學家脫穎而出,她們弘揚科學家精神,矢志科技報國。女科學家,一代耀一代。

     

    果殼采訪了第十九屆“中國青年女科學家獎”的部分獲獎女科學家,讓我們一起聽聽她們與科學的故事。

     

    被采訪者:

    高秋英 極端苛刻環境油氣田腐蝕防護團隊/負責人

     

    一份神奇的邀請

     

    “我建議你們夏天有機會去新疆轉轉,體驗一下——”高秋英說。

     

    我們還以為是要體驗新疆的風光或者美食。

     

    不是,這位腦回路清奇的科學家高秋英邀請我們去體驗蚊子。據她描述,新疆的蚊子特別熱情。“它們也不給你‘唱小曲兒’,直接上嘴,我們每次去,都頂著一身一臉的包回來。”

     

    她講的是新疆塔里木河沿岸的情況。這里水域豐富,有河道,也有農田,是蚊子繁育的絕佳地點。在河道和農田旁邊,是中國石化西北油田分公司采油三廠的輸油管道,而高秋英就是公司防腐蝕團隊中研究管道腐蝕的專家。


    要治理有隱患的管道,出現場是家常便飯。新疆大部分油田都在戈壁灘上,環境艱苦是“從頭到尾”的,蚊子只是現場的小挑戰。

     

    先說去現場的路,別奢望有平坦的柏油路,都是石子路,車子在坑坑洼洼的道路上顛簸不已,去偏遠點的油井,一坐就得幾個小時。夏天太陽直曬,戈壁灘上從五六月起就暑熱難耐,團隊中不少人第一次中暑就是在現場。風沙更是戈壁灘上的??汀,F場的工作人員都全副武裝,飛巾、墨鏡、安全帽,一套穿戴齊全,臉上只剩鼻孔露在外面。有一次,高秋英忘了帶飛巾,等回到宿舍洗澡,發現頭發上沖下來的沙子,在浴室地上能鋪一層。

     

    但環境艱苦中,也有一種獨屬于西北的粗礪的美。金色燦爛的胡楊,一簇簇紅柳林,在茫茫戈壁之上萬里不見人煙,但天地之間,總有一種溫暖明亮的顏色。

     

    茫茫戈壁,萬里不見人煙,但天地之間,總有一種溫暖明亮的顏色 | Pixabay

     

    這是高秋英讀書時,在作家三毛的書里看到的一種沙漠里的生活。她喜歡、羨慕,也決心把它變為現實。畢業后,她放棄了留校的工作機會,與同是研究生的男友楊祖國扯了結婚證,奔赴新疆,來到了位于中國第一流動沙漠——塔克拉瑪干沙漠的西北油田。

     

    到了新疆,那真是廣闊天地,盡情撒歡。團隊的同事形容高秋英,她心里好像住著一個洶涌的小怪獸,她風風火火,仿佛不知疲倦。他們在塔克拉瑪干腹地的順北油氣田出現場,刮大風的時候,別人都緊縮著,高秋英手一舉,讓風吹著她走,像個風箏似的,沿著沙丘就吹上去了。她還挺高興,平時爬個坡多累,風吹上去就輕松多了。

     

    細菌藏在細節里

     

    平時雖然幽默歡實,但一說到工作,高秋英身上的氣場就沉下來了。

     

    跟她聊天,你會驚嘆于她對現場細節的掌控。因為只有將各種細節融會貫通,她的工作才能有的放矢。比如選擇運輸管道的材料,她不僅要知道材質,還要懂周邊地質環境。像玻璃鋼材質雖然不容易腐蝕,但它很脆,在新疆就不是最佳之選,因為新疆的油田大多在地震帶,又地處沙漠,地質比較軟,一旦有地震再下點雨,容易發生沉降。如果有的地方沉,有的地方不沉,玻璃鋼管道就容易折斷。

     

    高秋英在現場查看加熱爐封頭表面積垢情況

     

    高秋英最主要的工作是研究管道腐蝕的機理,這不僅要求她掌握細節,還要有偵探般的敏銳和堅持。

     

    2011年,高秋英發現塔河油田的一些管道里出現了圓點狀的腐蝕。一般來說,這是細菌腐蝕的特征,但塔河油田是古生界海相地層,上億年前這里本是汪洋大海,地層中含鹽量很高,按理說細菌根本不可能存活。

     

    有人推測,圓點腐蝕是外界的雜散電流造成的,但高秋英認為,雜散電流造成的腐蝕應該出現在管道外層,而不是內側。也有人說,這就是原油造成的電化學腐蝕,這么高的鹽度,不可能是細菌腐蝕。但看著典型的“圓點”腐蝕,高秋英覺得還是細菌,可她和同事翻遍了油井和管道,都沒檢測出來細菌。

     

    調查暫時擱置了,圓點狀的腐蝕卻越來越嚴重。有一天,高秋英突然靈光一閃,最近油田改變了生產工藝,采用注水開采,細菌會不會藏在水里?她開始全流程跟蹤注水狀態,發現當時注水管網還不健全,偏遠地區的油井用水,要用大罐車裝水拉過去。她就在現場跟蹤大罐車,采水樣、做菌培養,干了一個月,采了27口注水井,最終在23口井里都發現了細菌。

     

    高秋英有了一個推測:細菌就在生產系統里,隨著水進入了管道。在管道的前端水溫很高,但細菌沒死,只是進入了休眠期,等被輸送到了管道末端,溫度降到三四十度,它就復活了。這也能解釋,為什么管道末端的圓點腐蝕特別多。

     

    她把自己的數據和推測說給別人聽,好多人還是不信,那么多專家都斷言過了。但高秋英有自己的堅持,她輾轉找到中國石油大學的陳長風教授合作,把有圓點狀腐蝕的管道樣品寄到北京檢測。但很可惜,檢測了兩次,樣品中都沒有找到細菌,卻顯示有很多氧腐蝕。

     

    也許周折如此,一般人就該放棄了,可高秋英還在想一個問題:管道平時都處在密閉的環境中,怎么會有氧腐蝕呢?很快,她分析出問題在寄送上,新疆到北京那么遠,運輸過程中,樣品一直暴露在空氣里,發生了氧腐蝕。她改變了樣品的包裝,密封寄送。終于,這一次檢測人員從腐蝕的圓孔中,成功找到了細菌。

     

    證據交叉驗證,一切終于塵埃落定。

     

    因為她的發現,團隊研發了抗菌的緩蝕劑,防止或減緩材料的細菌腐蝕,又聯合寶鋼集團研發抗細菌腐蝕的管道。

     

    不過,管道腐蝕絕不是由單一因素造成,尤其是塔河油田的管道腐蝕,可能是全中國、甚至全世界都最復雜的。常見的二氧化碳、硫化氫腐蝕,這里都有,不常見的有地層帶來的高鹽度,以及原油帶來的挑戰。塔河油田的原油是超稠油,不夸張地說,往地面一放都能直接站上去,為了讓這么稠的油在管道里能順利運輸,要把它加熱到80度以上,就又給管道了施加了高溫、高壓。隨著生產工況的改變,還新增了細菌腐蝕。

     

    過去,大家都是圍繞單一腐蝕因素做研究,但這么多因素糅合在一起,會不會產生疊加的影響?高秋英和團隊決定在實驗室建一個大反應釜,加上模擬管路的腐蝕模擬模型。除了上述的各種腐蝕因素外,他們還考慮到了生產時最細微的特性,比如開采設備帶上來的微量泥沙,還有管道運行時的狀態。“開采時,管道都一定不是滿管,有時上層是氣體,中層是油,最下層是水,我們把這種三層界面都模擬出來,觀察這會如何影響腐蝕。”

     

    在這樣一個大的模擬世界中,團隊做了更系統、更深刻的研究。他們的成果,揭示了多種因素耦合作用下的腐蝕機理,并且研發了相應的復合緩蝕劑。只了解機理還不夠,團隊還找到外部的人工智能專家,合作開發了一套腐蝕監測系統,可以提前預測管道哪里會發生腐蝕,給一線工作者時間提前采取措施,成功降低損失近十億元。

     

    隨著工況環境越來越復雜,他們的模擬裝置也隨之換代升級,但每一次升級背后,可能都是一次“發現細菌腐蝕”的過程,要細心觀察、大膽推測,要對生產全局認識深刻,還要打破砂鍋問到底,最重要的是,當面對質疑,要能堅持自己的判斷。

     

    高秋英和同事在實驗室評價緩蝕劑效果

     

    叫醒她的人

     

    高秋英的颯爽果斷,是在工作里磨練出來的。

     

    那是2007年,塔河區域的油氣管道腐蝕嚴重,為了解決這個問題,西北油田分公司決定建立防腐中心,高秋英就是第一批進入中心的人。

     

    工作伊始,高秋英去現場實習,管道刺漏了,現場的工作人員只有簡單一句“這是腐蝕造成的”。具體原因,誰也說不清楚,也沒有合適的解決辦法,只能給管道“打卡子”,就是在漏的管道外面包裹一層三公分的鋼帶。但這治標不治本,時間一長,外層鋼帶也開始滲漏。高秋英剛參加工作,不太敢說話,但她心里并不認可這種粗淺的處理方式。有心想學,卻遇不到合適的領路人。

     

    改變是因為遇見了一位女師傅,羊東明。

     

    羊東明本不是防腐中心的人,她是剛從采油廠借調上來的,相當于從南疆的戈壁灘回到了烏魯木齊。很多跟她一樣的人會覺得,這把年紀調回烏魯木齊就是養老的,但她不這樣想。她經常出現場,從舒適的烏魯木齊又跑回戈壁灘上,有時天氣不好,飛機火車停運,她就搭單位南北疆倒班的汽車,從早上七點坐到下午五點,到了繼續干活。

     

    在現場,她快50歲的人,帶著年輕人下操作坑,教他們測量管道厚度、檢查焊縫,又帶著他們翻看施工圖,確認漏的地方是低洼點還是爬坡點,用盡各種辦法,一定要弄清楚管道為什么會泄露。即使在烏魯木齊辦公室,高秋英也經常會發現羊東明在加班,統計數據、做圖紙。

     

    為什么這么拼?

     

    “做了這份工作,就不要去應付,一定要把問題弄清楚了,東西是學到你身上的,別人是拿不走的。”高秋英記住了羊東明的回答。

     

    一個無法回避的事實是,在油田這樣以男性為主導的領域工作,女性很難獲得尊重。人們不不相信女性能憑實力升職,不覺得她們能掌握專業知識。即使工作努力,也會有人當面調侃,讓你老公干呀,你不要這么拼,回家帶孩子去就行。

     

    但是,在羊東明身上,高秋英和團隊中的女性學會了一件事:閑言碎語不必聽,事實會說話。在工作的30年中,羊東明在專業期刊上發表了多篇論文,科研成果獲獎無數,還擁有專利14項。退休后,因為技術過硬,她成為了單位里唯一一個被返聘的女性技術工作者。

     

    其實,高秋英和羊東明的故事,只是她們團隊很多女性科研工作者的一個縮影。團隊中,幾乎所有女性都被羊東明感召過,在她的帶領下,她們也迅速地打磨著自身的專業技術。她們跟男性一樣,在茫茫的戈壁灘上翻越沙丘、調查管道情況。她們挖掘地層的特質,了解上億年前的海洋,如何塑造今天的世界。她們撬開上萬公里管線的沉默,讓管道“開口說話”。她們也有孩子,實在沒人幫忙照顧時,就帶去現場,母親在戈壁灘上工作,孩子就在戈壁灘上玩耍。在她們的努力下,幾年之間,將近2萬公里的油田管道穿孔次數降到了原本的十分之一。

     

    女性成員們慢慢發現,當你掌握了實在的技術,當你才是那個最了解細節的人,你開口說話,別人會聽,你的發現,你敢于堅持。

     

    高秋英還有一個小秘密:她對羊東明師傅的向往,早就開始了。

     

    那是2007年的一個午后,高秋英去旁聽一次防腐蝕技術的交流會。她剛參加工作不久,只能坐在最后一排,臺上大部分報告聲音小,又正值午后,她聽得迷迷糊糊。正昏昏欲睡之際,一個洪亮的聲音傳來,抬頭一看,一位四五十歲的女性上了臺,她戴著眼鏡、披著波浪卷頭發。當時高秋英并不知道她是誰,只知道是來自采油廠的專家,只記得她報告講得清晰又深刻,眼神堅定又銳利。當時高秋英心想,這才是她想要的樣子——在自己的工作崗位上,足夠專業、足夠自信,指點江山、揮斥方遒。

     

    兩年后,當高秋英休完產假回到辦公室,突然遇見了那個昏沉沉的午后叫醒她的人。這一次,高秋英知道了她的名字,羊東明。

     

    治理管道腐蝕,要治“未病”

     

    高秋英曾讀過扁鵲三兄弟的故事。

     

    扁鵲三兄弟的醫術,大哥最好,二哥次之,扁鵲的醫術最差。有人疑惑,為什么你大哥二哥卻名不見經傳?扁鵲說,那是因為大哥治病,在病人發作前就根除了病灶,二哥擅長在疾病初發,癥狀較輕時治療,大家以為他只能治小病。而我,每次都是在大廈將傾時,挽救病人于生死之間,久而久之,大家都認為我醫術神奇。

     

    一個念頭在高秋英的腦海中浮現了,治理管道腐蝕,正如治療疾病,最上等的醫家應該要治“未病”。如何從最源頭處防腐蝕?那就要從管道的材料入手。

     

    2013年,羊東明和高秋英帶著團隊從新疆出發了,她們先去了四川,然后開始北上,到了河北,又去遼寧、哈爾濱,再南下去了浙江、江蘇,一個半月的時間,跑遍了大江南北。

     

    她們在尋找新的材料。“我們跑遍了中國做非金屬管材的廠家,調研他們的用料、制作工藝,又去調研了海上油田的管道,因為海上的腐蝕環境也很嚴苛。”

     

    回來之后,她們把調研的成果,用半年的時間跟很多高校和科研機構交流、探討,其中包括中石油集團下屬的西安石油管材研究所。終于,在大家的合力之下,研發了一種多層的非金屬管材,能耐高溫、高壓,強酸性的環境,適合新疆油田復雜的情況。

     

    團隊成員們現場調研

     

    當然,在實際應用中想要預防腐蝕,管道的材料是一方面,管道的設計也很重要。

     

    一般來說,很深的井下管道使用的是螺紋接口,就像水杯的連接處,一擰就嚴絲合縫了。但是,運輸石油的管道距離地面只有一兩米,使用螺紋管道有漏氣風險。油田中的硫化氫是一種劇毒氣體,一旦在戈壁灘上泄露,會造成嚴重的安全事故。“幾十公里的戈壁灘上都沒什么人影,還有紅柳叢、胡楊林,這種環境下,人進去放牧,如果被硫化氫放倒了你是看不到的,非常危險。”為了防止這類事故,管道接口改成了焊接方式。但焊接又涉及到應力問題,如果不能很好地釋放應力,在彎頭處的焊接縫就很容易泄露。

     

    這些具體的困難,都被納入了團隊的考量之中,她們改進管材、改良設計,最終形成了在源頭就能防護腐蝕的一套方案?,F在,她們的方案不只應用在新疆沙漠里的油田,也推廣到了類似工況的兄弟油田,甚至走向了國際,為沙特的某些管道提供技術支持,真正做到了治療管道于“未病”。

     

    隱性的工作

     

    高秋英未曾預料到的是,當治療管道于“未病”逐漸實現,扁鵲大哥的命運,也在她和團隊身上重演了。

     

    去評獎,專家們覺得你的數據虛,什么預計會降低多少損失,什么減少了可能的腐蝕,誰能證明?再看看那些油田里的核心技術團隊,比如采油、鉆井,有激動人心的增油多少萬噸的數據,有明確的鉆井速度提升,這才是大團隊的核心效益。

     

    相比他們,你做的工作是隱性的。逐漸地,很多男性離開了。他們要么有更好的晉升機會,要么轉去了別的團隊,到最后,團隊中留下的大部分都是女性。

     

    而對于做著隱性工作的團隊來說,她們的種種努力,要經歷更漫長的路途,才能被看見。

     

    如何面對這樣的處境?要不要選擇更好走的路,甚至要不要偶爾讓自己隱性的工作變得不再那么“隱性”,比如,少做一點,允許管道時不時泄漏一點?

     

    這是屬于一個經濟學范疇中“理性人”的答案,但理想主義者會做出不同的解答。答案就是多年前羊東明對高秋英他們說的那句話:“做了這份工作,就不要去應付,一定要把問題弄清楚了,東西是學到你身上的,別人是拿不走的。”

     

    即使他們不是被選中的人,是被留下的人,但留到最后的人,有時可以交出最好的答案。

     

    2021年,團隊被評為“全國五一巾幗標兵崗”;2024年,團隊獲得“中國青年女科學家獎”的團隊獎項。多年來,她們共獲得省部級及以上科技獎勵21項,授權專利40余項,編寫國標4項、行標5項。

     

    她們的努力和堅持,最終被看見了。

     

    團隊榮獲巾幗創新獎

     

    最近,團隊開始深挖更多腐蝕的問題,地面管道治理了,還有井下的管道,還有站場里的設備呢?比如一個除油器,內部有很多構件,只要設備不穿孔,很難知道里面發生了什么樣的腐蝕。往往是運行了一兩年,打開檢修時才發現,內部構件都被腐蝕“吞噬”了。

     

    團隊想用非金屬的材料制作一個除油器,從源頭起就解決腐蝕的問題。這是一個全新的挑戰,罐體哪里受力最大,結構怎么設計,用什么工藝制作,選用什么材料,怎么做神經元的模擬計算,都需要團隊成員、高校合作者,還有廠家之間反復溝通。

     

    當時正值疫情,大家都封控在家,他們只能經常開電話會議。高秋英的孩子也在家里,聽了將近幾個月的電話會議,這個剛滿五歲的孩子儼然成為了一個小專家,他時常會問,媽媽你們又要討論哪個除油器了嗎?如果用金屬的會腐蝕,用316L的不銹鋼行嗎?

     

    經過漫長論證,非金屬除油器終于建成了,它直徑3米6,長16米,是個龐然大物。那天,高秋英的孩子也去現場了,或許,潛移默化之中,羊東明那句“一定把問題弄清楚”,也以某種形式傳遞到了這個小小的孩子身上,他看著這個糅雜了無數人心血的除油器,發出了一個天真又質樸的疑問:“媽媽,我能爬進去看看嗎?我想看看你們做的設備,到底是什么樣的。”

     

    團隊合影

     

    采訪/撰文:程觀

    編輯:游識猷

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