我国西部蕴藏着丰富的石油、天然气资源，是西气东输的主要气源产地。但是，天然气开采面临着超深、超高温、超高压和超高腐蚀性的工况环境，这是在世界范围内极为罕见的深地苛刻油气环境。现场调研结果表明，30 %的油管在使用的初期就会发生严重的穿孔甚至断裂，造成了巨大的经济损失（图1）。

图1. 我国西部苛刻油气环境的特点及油井管腐蚀状态

因此，合理的选材至关重要，那么“能否发生腐蚀”，“多久会腐蚀”成为制约西部油气资源开发的关键科学问题，也是“卡脖子”问题之一。针对上述问题，本项目结合腐蚀热力学和腐蚀动力学研究，构建了“溶解-电离-沉积”模型，建立了E-pH图，并开发了点蚀寿命预测技术。

（1） 构建“溶解-电离-沉积”关系图指导苛刻油气环境下油井的合理选材。 将腐蚀过程绘制成“溶解-电离-沉积”关系图。揭示了苛刻油气环境下不锈钢耐蚀性差的根本原因：Cr3+水解导致界面pH快速下降，不锈钢钝化膜成膜困难。3Cr低合金钢在常温条件下耐蚀性较差，但是高温下却能生成稳定的保护膜，耐蚀性能优于HP-13Cr不锈钢（图2）。因此，超深井底部（>7000米，>160 ℃）应选材3Cr低合金钢，而非不锈钢。中石化西北局对此进行了实井挂片实验，证实了我们的结论。

图2. 不同Cr含量合金钢在苛刻油气环境下的“金属-溶液”界面沉积图

（2）构建苛刻油气环境下材料的“E-pH”图和点蚀寿命预测模型，指导我国西部超深地层油井的腐蚀寿命评估。E-pH图是金属腐蚀的热力学相图，对于腐蚀研究的重要性不言而喻。申请者通过校正高温高压条件下的热力学参数，综合考虑合金各组元与H2O、Cl-、CO32-的共同作用，建立了系列性的“Fe-Cr-Cl--CO2-H2O”五元E-pH图（图3（a））。从热力学角度，对苛刻油气环境下材料腐蚀的预测。建立了“压力-温度-流体-应力”四自由度的腐蚀寿命预测模型，实现复杂耦合环境下腐蚀寿命的预测。与油气工业通用的NACE TM0169-2000标准相比，该腐蚀寿命预测模型具有更高的精确度。预测结果与塔里木油田7000米深、运行了6年的迪那201井现场数据具有很好的一致性（图3（b））。

图3. (a) “Fe-Cr-Cl--CO2-H2O”五元E-pH图; (b)腐蚀寿命预测模型及现场数据验证

上述研究系统回答了“材料在苛刻油气环境下会不会腐蚀？多久会发生腐蚀？”，这两个长期困扰我国西部油气资源开发过程中的腐蚀问题。本项目在国家自然科学基金委和中石化西北油田分公司等单位的支持下开展，发表论文23篇，授权发明专利授权3项，实用新型专利2项。成果应用于中石油塔里木油田和中石化塔河油田的超深油气井，应用单位节约建设和维护费用4.48亿元，新增利润3472万。