我國西部蘊藏著豐富的石油、天然氣資源，是西氣東輸的主要氣源產地。但是，天然氣開采面臨著超深、超高溫、超高壓和超高腐蝕性的工況環境，這是在世界范圍內極為罕見的深地苛刻油氣環境。現場調研結果表明，30 %的油管在使用的初期就會發生嚴重的穿孔甚至斷裂，造成了巨大的經濟損失（圖1）。

圖1. 我國西部苛刻油氣環境的特點及油井管腐蝕狀態

因此，合理的選材至關重要，那么“能否發生腐蝕”，“多久會腐蝕”成為制約西部油氣資源開發的關鍵科學問題，也是“卡脖子”問題之一。針對上述問題，本項目結合腐蝕熱力學和腐蝕動力學研究，構建了“溶解-電離-沉積”模型，建立了E-pH圖，并開發了點蝕壽命預測技術。

（1） 構建“溶解-電離-沉積”關系圖指導苛刻油氣環境下油井的合理選材。 將腐蝕過程繪制成“溶解-電離-沉積”關系圖。揭示了苛刻油氣環境下不銹鋼耐蝕性差的根本原因：Cr3+水解導致界面pH快速下降，不銹鋼鈍化膜成膜困難。3Cr低合金鋼在常溫條件下耐蝕性較差，但是高溫下卻能生成穩定的保護膜，耐蝕性能優于HP-13Cr不銹鋼（圖2）。因此，超深井底部（>7000米，>160 ℃）應選材3Cr低合金鋼，而非不銹鋼。中石化西北局對此進行了實井掛片實驗，證實了我們的結論。

圖2. 不同Cr含量合金鋼在苛刻油氣環境下的“金屬-溶液”界面沉積圖

（2）構建苛刻油氣環境下材料的“E-pH”圖和點蝕壽命預測模型，指導我國西部超深地層油井的腐蝕壽命評估。E-pH圖是金屬腐蝕的熱力學相圖，對于腐蝕研究的重要性不言而喻。申請者通過校正高溫高壓條件下的熱力學參數，綜合考慮合金各組元與H2O、Cl-、CO32-的共同作用，建立了系列性的“Fe-Cr-Cl--CO2-H2O”五元E-pH圖（圖3（a））。從熱力學角度，對苛刻油氣環境下材料腐蝕的預測。建立了“壓力-溫度-流體-應力”四自由度的腐蝕壽命預測模型，實現復雜耦合環境下腐蝕壽命的預測。與油氣工業通用的NACE TM0169-2000標準相比，該腐蝕壽命預測模型具有更高的精確度。預測結果與塔里木油田7000米深、運行了6年的迪那201井現場數據具有很好的一致性（圖3（b））。

圖3. (a) “Fe-Cr-Cl--CO2-H2O”五元E-pH圖; (b)腐蝕壽命預測模型及現場數據驗證

上述研究系統回答了“材料在苛刻油氣環境下會不會腐蝕？多久會發生腐蝕？”，這兩個長期困擾我國西部油氣資源開發過程中的腐蝕問題。本項目在國家自然科學基金委和中石化西北油田分公司等單位的支持下開展，發表論文23篇，授權發明專利授權3項，實用新型專利2項。成果應用于中石油塔里木油田和中石化塔河油田的超深油氣井，應用單位節約建設和維護費用4.48億元，新增利潤3472萬。