近年来，我国在油气勘探与开发方面取得了一系列重大成果和进展，然而石油行业高温高压、连续生产、点多线长等特点，决定了在其勘探、开发、运输过程中的不确定性和危险性。随着我国油气井的开采大多进入中晚期，含水越来越高，CO2回注强化采油工艺技术普遍推广以及高含硫酸性气田的开发，材料的腐蚀问题日益突出，现有钢铁材料无法满足石油天然气开采和储运对腐蚀性能的要求，成为严重制约我国油气工业发展的瓶颈。为了科普石油行业在开采过程中的相关腐蚀知识，让更多的人了解、重视油气开采、输送和储运过程中的材料腐蚀问题，加强防控意识、创新防控技术，国家材料腐蚀与防护科学数据中心记者特邀请到北京化工大学赵景茂教授做相关解读……

赵景茂教授与柯伟院士合影（左：赵景茂教授 右：柯伟院士）

  赵景茂，北京化工大学教授、博士生导师，主要从事材料腐蚀与防护方面的科研与教学工作。现任北京化工大学金属表面工程系主任，中国腐蚀与防护学会常务理事，缓蚀剂专业委员会副主任，材料电化学过程与技术北京市重点实验室副主任，为Corrosion Science等多家业内知名期刊的审稿人。曾在中原油田设计研究院和中原油田化学技术研究所腐蚀研究室工作，任室主任、高级工程师；主持和参与过原中国石油天然气总公司、中石化股份公司、国家973及国家自然科学基金等多个项目，以及多个企业的技术开发项目，并取得了许多丰硕的成果。赵教授谦虚和蔼，他表示国内从事石油石化行业防腐研究的科研工作者有很多，自己只是其中的一员，对于石油、天然气开采过程中遇到的材料腐蚀与防护技术方面提几点自己的看法和见解。

  前车之鉴 油气开采腐蚀不容忽视

  众所周知，陆地和海上油气田的开发是我国重要的能源战略。但随着油气开采工业的发展，腐蚀问题成为限制石油业可持续发展的绊脚石，因管道、设备等腐蚀问题造成的惨痛事故早有前车之鉴。

  石油天然气行业涉及到的都是油气高危品，一旦出现泄漏等问题，往往酿出重大事故和巨大经济损失，这方面的案例颇多。比如华北油田采油三厂留58断块富含CO2气体，自1984年4月开采到1985年7月短短14个月就有3口高产油气井因油套管严重腐蚀而报废，造成直接经济损失达1500万元；新疆某气井，在服役10个月后，由于CO2腐蚀和冲刷腐蚀的交互作用而造成油管腐蚀断落，发生井下高压油气窜漏、井口地坪塌陷，井喷，着火76天，直接经济损失达3000多万元，间接损失数倍于此数。

  谈及石油、天然气开采过程中的腐蚀状况及后果，赵教授表示石油天然气开采过程中用到了大量的钢材，腐蚀环境苛刻，钢材管线，设备的腐蚀严重，事故多发，造成的社会影响较大。

  在石油天然气开采过程中，我们使用了许多的碳钢材料。从钻井、完井、地面集输、以及油水气处理，采用了大量的碳钢材料，在腐蚀苛刻的环境中也采用了一些高等级耐蚀合金材料。在石油开采过程中，高温高压、含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体，以及含有高浓度氯离子的产出水，在地面污水处理过程中，由于系统不密闭，又会带来的氧腐蚀等，此外，还有细菌的腐蚀；管线在外腐蚀方面，主要是埋地管线所处的土壤，以及海洋石油开发时的海水的腐蚀。所以石油行业的材料腐蚀是很严重的，影响腐蚀的因素诸多。

  据了解，中海油最近共统计38条海管事故，发现第三方破坏（渔业活动、抛锚、挖沙、船舶碰撞等）15条，占比39.5%；内腐蚀11条，占比28.9%；外腐蚀3条，占比7.9%；内外腐蚀加在一起共计36.8%，可以看出，海管漏油的一个主因是腐蚀。

  谈到油气开采过程中的腐蚀损失，赵教授表示油气开采过程中的腐蚀的损失占多大的比重，还没有完整的数据。根据1999年国家石油和化学工业局统计表明，我国每年因腐蚀造成的直接经济损失约为2800亿人民币，其中在石油和化学工业造成的损失每年就达400亿元，占15%左右。由于这个统计数据中还包含了化学工业，所以无法得出准确的数据，但从已经报道的而各种数据看，我国石油工业腐蚀是非常严重的。也有文章说，石油与石化行业的腐蚀约占到其产值的6%左右。最近侯保荣院士负责的全国腐蚀调查这一重要项目，期待着有这方面详实的数据。

  推陈出新 保石化行业运行无忧

  在油气田开采、运输过程所遇到的腐蚀控制方面，赵教授表示一些传统的防腐技术如耐蚀合金、涂层、缓蚀剂等已经得到了广泛应用。近年来，出现了一些较好的、值得关注和推广的新技术且它们发挥着举足轻重的作用。

  （1）非金属管材的应用：与钢管相比，非金属管材具有耐腐蚀，使用寿命长，安装、运输方便，维修费用低，水力摩阻因数低，延缓结蜡结垢等优点，因而被广泛应用于各大苛刻环境油气田。截至目前，仅中国石油各大油田已建非金属管道总长超过2×104 km。中石化西北油田目前已应用各类非金属管材980.77km，约占油田集输管线的15%，且应用量逐年增加。

  非金属管材主要分为两类：一类是以玻璃钢为代表的增强热固性塑料管，另一类是近年来新开发的增强热塑性塑料管（RTP 管）。玻璃钢管材抗冲击性和接头密封性较差，抗冲击能力差，因此主要在一些低压环境中使用。RTP 管是一种具有多层结构的复合材料管道，通常包括内衬层、增强层和外覆层三层结构，内衬材料包括聚乙烯（PE）和聚酰胺（PA）。最近国外在内衬材料的研发方面取得很大进展，针对一些介质环境、温度和气密性要求比较高的应用领域，成功开发了聚苯硫醚（PPS）和以聚偏二氟乙烯（PVDF）为代表的氟塑料等先进材料。另外，通过材料共混改性或结构优化设计等方法提高材料性能、降低使用成本，也是目前开发抗硫非金属管材的重点研究内容。

  （2）耐蚀合金复合管是由两种不同金属材料构成，管层之间通过各种变形和连接技术形成紧密结合，使两种材料结合成一体而成的一种新型金属复合管材。其一般设计原则是：基层满足管道设计允许应力，复层抵抗腐蚀等。耐蚀合金复合管兼有基层和复层的所有优点，相对于整体合金管能有效降低成本，且在应力腐蚀开裂敏感性的氯化物和酸性环境中有较好的安全性和可靠性。耐蚀合金复合管能最大限度地实现材料的优势互补，节省合金材料，降低工程费用，在保证基管各项性能的基础上，提高了管道的耐腐蚀性，延长了管道的使用寿命。因此在含有硫化氢、二氧化碳等酸性介质环境中得到了推广应用。如以316L为内衬的双金属复合管已在塔里木的牙哈气田、吉那气田、吉林的长岭1号、长庆、大庆徐深气田得到了应用，已建各类输气管线里程达到上千公里以上。

  （3）水质改性技术：这项技术是在20年前首先在中原油田进行了成功的应用，现在已经在国内多个油田进行了推广，其实质是通过加入一些碱性物质将水的pH从弱酸性调到弱碱性，腐蚀速度下降，同时将水质的二价铁在空气的作用下（后来有人加入了氧化性的物质，）氧化成三价铁，在碱性环境，产生沉淀，这样水质得到了稳定。通过加入阻垢剂等液可以控制结垢；现在这项技术在许多油田得到了应用，也进行了许多的改良，主要适用于弱酸性的产出水。

油气田设备

  扬长避短 降腐蚀程度至最低

  赵教授表示目前石油行业腐蚀是个普遍而严重的问题，对于腐蚀控制方面的存在一些的弊端，根据自己几十年在此行业腐蚀控制方面的科研和实践经验给予以下几点看法：

  （1）近年来，油气田腐蚀监检测技术发展很快，而且在油气田也得到了广泛的应用，除了传统的腐蚀挂片外，还有电阻、电感等技术，以及非接触式的电指纹技术，还研发了耐高温耐高压的可应用于井下的腐蚀检测技术，这些技术为油气田正常安全运行起到了保驾护航的作用，存在着两个方面的问题：一是有些企业没有全系统、全流程设置腐蚀监测点；二是如何利用监测点得到的这些宝贵的数据，开展数据分析，用来预测管道寿命等。

  （2）随着我们国家高铁的快速建设，以及超高压直流输电线路的建设，有可能产生杂散电流，对周围石油天然气输送管道存在着潜在危害；这方面，已经开始重视，北京科技大学的路民旭老师做了很多很好的工作。

  （3）细菌腐蚀，许多管线的腐蚀穿孔，尤其是在东部油气田，都有细菌主要是硫酸盐还原菌的影子。他在中原油田工作时，负责调查一条325×7的油气集输管线的腐蚀原因，该管线投产42天后就发生腐蚀穿孔，年腐蚀速率达到 60mm/a，后来发现腐蚀产物中有大量的硫化亚铁和硫酸盐还原细菌，而井口产出水中的硫化氢含量并不高，该管线采取加入缓蚀剂和杀菌剂后，很好控制了腐蚀穿孔。细菌能够产生严重的腐蚀，国外也有这方面的报道，但国内还没有引起足够的重视。

  创新技术 适应行业发展新常态

  谈及当前低油价，并且还可能维持一段时间，油气田企业控制腐蚀方面的投入有减少趋势这一现象时，赵教授表示确实有些令人担忧，低油价对我们国家的油气行业带来了很大的冲击，最近网上也经常有报道，许多企业关停了一些低效井、没有效益的区块停止了开发，一些企业因为效益问题，工人轮流上岗，降薪降酬，影响很大，对防腐方面的投入也大幅减少，该实施的一些措施也跟不上。据了解，一些油气企业在对外招标时，最低价中标；采购防腐材料时，对价格关注度过高，忽视了缓蚀效果，这对今后的管道安全运行留下了隐患！

  不过任何事情都是一分为二的，低油价对科研人员来说，也是一次机会，我们不得不思考如何利用技术创新，来实施技术、产品升级，应对当前的油价低迷状态。

海上石油开采平台

    赵教授说最近他们将已研究的几种效果好、且价格低的缓蚀剂投入到市场应用中，深受企业欢迎！比如赵教授的课题组完成的科研项目“含CO2油气田高效缓蚀剂防腐蚀技术”，该项目也是在长期研究缓蚀剂作用理论的基础上，将科研成果转化应用的一项十分成功的案例。针对这一问题，赵教授多年前就开始研究缓蚀剂作用机理，尤其是深入、系统地研究了咪唑啉衍生物的分子结构与缓蚀效果之间的关系，阐述了烷基链、侧链和液体流速对缓蚀效果的影响，在确定缓蚀剂主体成分的基础上，研究了咪唑啉缓蚀剂与其它物质之间的协同作用机理，发现咪唑啉与苯甲酸钠等其他两种物质具有缓蚀协同效应，并提出了缓蚀剂在金属表面上的双层膜和两步吸附模型。此外，赵教授课题组在此基础上，研制出了两种高效的抑制CO2腐蚀的缓蚀剂，并在大庆油田和海上油田进行了应用。其中大庆油田徐深气田30口气井投加缓蚀剂后，腐蚀速率控制在0.03mm/a左右，缓蚀率可以达到90%以上，有效解决了该气田CO2腐蚀问题，四年来累计为气田减少腐蚀损失近亿元，还有效保证了气田的安全生产。在海上油田生产系统和注水系统的应用表明，其缓蚀效果已超过了国外著名厂商的药剂水平，而其价格比国外的降低了30%左右，每年可节约药剂费用约200万元。

  后记：腐蚀控制也不是一朝一夕的事。石油天然气开采过程中的腐蚀控制，须先摸清腐蚀特点及原因，才能有的放矢地进行腐蚀控制。伴随油田开发建设，长期的系统工程，必须给予高度的重视，进行系统的管理，科技的创新，才能达到良好的效果！

  人物简介

  赵景茂，1965年10月生。北京化工大学金属表面工程系主任、教授、博士生导师、“材料电化学过程与技术”北京市重点实验室副主任。1990-1998年在中原油田设计研究院和中原油田化学技术研究所腐蚀研究室工作，任室主任、高级工程师。2004年-2006年曾挂职于青海省发改委主任助理。自参加工作以来他一直从事金属材料在油气田中的腐蚀与防护工作，曾主持和参与原中国石油天然气总公司、中石化股份公司、国家973及国家自然科学基金等8个项目，以及多个企业的技术开发项目；先后获省、部级科技进步一等奖、二等奖各一项，原中国石油天然气总公司十大科技成果奖一项；中国科学技术发展基金会孙越崎基金“优秀青年科技奖”；中国石油天然气总公司“铁人科技成就奖”；中国石油化工总公司“跨世纪学术带头人”；为Corrosion Science等多家业内知名期刊的审稿人。在《Corrosion Science》、《Corrosion》、《Journal of Applied Electrochemistry》等国内外刊物上发表论文一百余篇，编写著作2部。

  主要研究领域：石油、石化工业中的腐蚀与防护、铝合金的环境失效行为与表面工程、水处理技术和水处理药剂研究。