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极端苛刻环境油气田腐蚀防护团队:戈壁滩上,她们撬开沉默的管道

2024-04-28 来源: 搜狐 原文链接 评论0条

编者按

“中国青年女科学家奖”是欧莱雅和联合国教科文组织“为投身于科学的女性”计划在中国的发展和延伸,由中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会以及欧莱雅中国于2004年联合设立,已成为专门面向广大女科技工作者的全国性奖项。截止第19届,共有204位女科学家脱颖而出,她们弘扬科学家精神,矢志科技报国。女科学家,一代耀一代。

果壳采访了第十九届“中国青年女科学家奖”的部分获奖女科学家,让我们一起听听她们与科学的故事。

被采访者:

高秋英 极端苛刻环境油气田腐蚀防护团队/负责人

一份神奇的邀请

“我建议你们夏天有机会去新疆转转,体验一下——”高秋英说。

我们还以为是要体验新疆的风光或者美食。

不是,这位脑回路清奇的科学家高秋英邀请我们去体验蚊子。据她描述,新疆的蚊子特别热情。“它们也不给你‘唱小曲儿’,直接上嘴,我们每次去,都顶着一身一脸的包回来。”

她讲的是新疆塔里木河沿岸的情况。这里水域丰富,有河道,也有农田,是蚊子繁育的绝佳地点。在河道和农田旁边,是中国石化西北油田分公司采油三厂的输油管道,而高秋英就是公司防腐蚀团队中研究管道腐蚀的专家。

要治理有隐患的管道,出现场是家常便饭。新疆大部分油田都在戈壁滩上,环境艰苦是“从头到尾”的,蚊子只是现场的小挑战。

先说去现场的路,别奢望有平坦的柏油路,都是石子路,车子在坑坑洼洼的道路上颠簸不已,去偏远点的油井,一坐就得几个小时。夏天太阳直晒,戈壁滩上从五六月起就暑热难耐,团队中不少人第一次中暑就是在现场。风沙更是戈壁滩上的常客。现场的工作人员都全副武装,飞巾、墨镜、安全帽,一套穿戴齐全,脸上只剩鼻孔露在外面。有一次,高秋英忘了带飞巾,等回到宿舍洗澡,发现头发上冲下来的沙子,在浴室地上能铺一层。

但环境艰苦中,也有一种独属于西北的粗砺的美。金色灿烂的胡杨,一簇簇红柳林,在茫茫戈壁之上万里不见人烟,但天地之间,总有一种温暖明亮的颜色。

茫茫戈壁,万里不见人烟,但天地之间,总有一种温暖明亮的颜色 | Pixabay

这是高秋英读书时,在作家三毛的书里看到的一种沙漠里的生活。她喜欢、羡慕,也决心把它变为现实。毕业后,她放弃了留校的工作机会,与同是研究生的男友杨祖国扯了结婚证,奔赴新疆,来到了位于中国第一流动沙漠——塔克拉玛干沙漠的西北油田。

到了新疆,那真是广阔天地,尽情撒欢。团队的同事形容高秋英,她心里好像住着一个汹涌的小怪兽,她风风火火,仿佛不知疲倦。他们在塔克拉玛干腹地的顺北油气田出现场,刮大风的时候,别人都紧缩着,高秋英手一举,让风吹着她走,像个风筝似的,沿着沙丘就吹上去了。她还挺高兴,平时爬个坡多累,风吹上去就轻松多了。

细菌藏在细节里

平时虽然幽默欢实,但一说到工作,高秋英身上的气场就沉下来了。

跟她聊天,你会惊叹于她对现场细节的掌控。因为只有将各种细节融会贯通,她的工作才能有的放矢。比如选择运输管道的材料,她不仅要知道材质,还要懂周边地质环境。像玻璃钢材质虽然不容易腐蚀,但它很脆,在新疆就不是最佳之选,因为新疆的油田大多在地震带,又地处沙漠,地质比较软,一旦有地震再下点雨,容易发生沉降。如果有的地方沉,有的地方不沉,玻璃钢管道就容易折断。

高秋英在现场查看加热炉封头表面积垢情况

高秋英最主要的工作是研究管道腐蚀的机理,这不仅要求她掌握细节,还要有侦探般的敏锐和坚持。

2011年,高秋英发现塔河油田的一些管道里出现了圆点状的腐蚀。一般来说,这是细菌腐蚀的特征,但塔河油田是古生界海相地层,上亿年前这里本是汪洋大海,地层中含盐量很高,按理说细菌根本不可能存活。

有人推测,圆点腐蚀是外界的杂散电流造成的,但高秋英认为,杂散电流造成的腐蚀应该出现在管道外层,而不是内侧。也有人说,这就是原油造成的电化学腐蚀,这么高的盐度,不可能是细菌腐蚀。但看着典型的“圆点”腐蚀,高秋英觉得还是细菌,可她和同事翻遍了油井和管道,都没检测出来细菌。

调查暂时搁置了,圆点状的腐蚀却越来越严重。有一天,高秋英突然灵光一闪,最近油田改变了生产工艺,采用注水开采,细菌会不会藏在水里?她开始全流程跟踪注水状态,发现当时注水管网还不健全,偏远地区的油井用水,要用大罐车装水拉过去。她就在现场跟踪大罐车,采水样、做菌培养,干了一个月,采了27口注水井,最终在23口井里都发现了细菌。

高秋英有了一个推测:细菌就在生产系统里,随着水进入了管道。在管道的前端水温很高,但细菌没死,只是进入了休眠期,等被输送到了管道末端,温度降到三四十度,它就复活了。这也能解释,为什么管道末端的圆点腐蚀特别多。

她把自己的数据和推测说给别人听,好多人还是不信,那么多专家都断言过了。但高秋英有自己的坚持,她辗转找到中国石油大学的陈长风教授合作,把有圆点状腐蚀的管道样品寄到北京检测。但很可惜,检测了两次,样品中都没有找到细菌,却显示有很多氧腐蚀。

也许周折如此,一般人就该放弃了,可高秋英还在想一个问题:管道平时都处在密闭的环境中,怎么会有氧腐蚀呢?很快,她分析出问题在寄送上,新疆到北京那么远,运输过程中,样品一直暴露在空气里,发生了氧腐蚀。她改变了样品的包装,密封寄送。终于,这一次检测人员从腐蚀的圆孔中,成功找到了细菌。

证据交叉验证,一切终于尘埃落定。

因为她的发现,团队研发了抗菌的缓蚀剂,防止或减缓材料的细菌腐蚀,又联合宝钢集团研发抗细菌腐蚀的管道。

不过,管道腐蚀绝不是由单一因素造成,尤其是塔河油田的管道腐蚀,可能是全中国、甚至全世界都最复杂的。常见的二氧化碳、硫化氢腐蚀,这里都有,不常见的有地层带来的高盐度,以及原油带来的挑战。塔河油田的原油是超稠油,不夸张地说,往地面一放都能直接站上去,为了让这么稠的油在管道里能顺利运输,要把它加热到80度以上,就又给管道了施加了高温、高压。随着生产工况的改变,还新增了细菌腐蚀。

过去,大家都是围绕单一腐蚀因素做研究,但这么多因素糅合在一起,会不会产生叠加的影响?高秋英和团队决定在实验室建一个大反应釜,加上模拟管路的腐蚀模拟模型。除了上述的各种腐蚀因素外,他们还考虑到了生产时最细微的特性,比如开采设备带上来的微量泥沙,还有管道运行时的状态。“开采时,管道都一定不是满管,有时上层是气体,中层是油,最下层是水,我们把这种三层界面都模拟出来,观察这会如何影响腐蚀。”

在这样一个大的模拟世界中,团队做了更系统、更深刻的研究。他们的成果,揭示了多种因素耦合作用下的腐蚀机理,并且研发了相应的复合缓蚀剂。只了解机理还不够,团队还找到外部的人工智能专家,合作开发了一套腐蚀监测系统,可以提前预测管道哪里会发生腐蚀,给一线工作者时间提前采取措施,成功降低损失近十亿元。

随着工况环境越来越复杂,他们的模拟装置也随之换代升级,但每一次升级背后,可能都是一次“发现细菌腐蚀”的过程,要细心观察、大胆推测,要对生产全局认识深刻,还要打破砂锅问到底,最重要的是,当面对质疑,要能坚持自己的判断。

高秋英和同事在实验室评价缓蚀剂效果

叫醒她的人

高秋英的飒爽果断,是在工作里磨练出来的。

那是2007年,塔河区域的油气管道腐蚀严重,为了解决这个问题,西北油田分公司决定建立防腐中心,高秋英就是第一批进入中心的人。

工作伊始,高秋英去现场实习,管道刺漏了,现场的工作人员只有简单一句“这是腐蚀造成的”。具体原因,谁也说不清楚,也没有合适的解决办法,只能给管道“打卡子”,就是在漏的管道外面包裹一层三公分的钢带。但这治标不治本,时间一长,外层钢带也开始渗漏。高秋英刚参加工作,不太敢说话,但她心里并不认可这种粗浅的处理方式。有心想学,却遇不到合适的领路人。

改变是因为遇见了一位女师傅,羊东明。

羊东明本不是防腐中心的人,她是刚从采油厂借调上来的,相当于从南疆的戈壁滩回到了乌鲁木齐。很多跟她一样的人会觉得,这把年纪调回乌鲁木齐就是养老的,但她不这样想。她经常出现场,从舒适的乌鲁木齐又跑回戈壁滩上,有时天气不好,飞机火车停运,她就搭单位南北疆倒班的汽车,从早上七点坐到下午五点,到了继续干活。

在现场,她快50岁的人,带着年轻人下操作坑,教他们测量管道厚度、检查焊缝,又带着他们翻看施工图,确认漏的地方是低洼点还是爬坡点,用尽各种办法,一定要弄清楚管道为什么会泄露。即使在乌鲁木齐办公室,高秋英也经常会发现羊东明在加班,统计数据、做图纸。

为什么这么拼?

“做了这份工作,就不要去应付,一定要把问题弄清楚了,东西是学到你身上的,别人是拿不走的。”高秋英记住了羊东明的回答。

一个无法回避的事实是,在油田这样以男性为主导的领域工作,女性很难获得尊重。人们不不相信女性能凭实力升职,不觉得她们能掌握专业知识。即使工作努力,也会有人当面调侃,让你老公干呀,你不要这么拼,回家带孩子去就行。

但是,在羊东明身上,高秋英和团队中的女性学会了一件事:闲言碎语不必听,事实会说话。在工作的30年中,羊东明在专业期刊上发表了多篇论文,科研成果获奖无数,还拥有专利14项。退休后,因为技术过硬,她成为了单位里唯一一个被返聘的女性技术工作者。

其实,高秋英和羊东明的故事,只是她们团队很多女性科研工作者的一个缩影。团队中,几乎所有女性都被羊东明感召过,在她的带领下,她们也迅速地打磨着自身的专业技术。她们跟男性一样,在茫茫的戈壁滩上翻越沙丘、调查管道情况。她们挖掘地层的特质,了解上亿年前的海洋,如何塑造今天的世界。她们撬开上万公里管线的沉默,让管道“开口说话”。她们也有孩子,实在没人帮忙照顾时,就带去现场,母亲在戈壁滩上工作,孩子就在戈壁滩上玩耍。在她们的努力下,几年之间,将近2万公里的油田管道穿孔次数降到了原本的十分之一。

女性成员们慢慢发现,当你掌握了实在的技术,当你才是那个最了解细节的人,你开口说话,别人会听,你的发现,你敢于坚持。

高秋英还有一个小秘密:她对羊东明师傅的向往,早就开始了。

那是2007年的一个午后,高秋英去旁听一次防腐蚀技术的交流会。她刚参加工作不久,只能坐在最后一排,台上大部分报告声音小,又正值午后,她听得迷迷糊糊。正昏昏欲睡之际,一个洪亮的声音传来,抬头一看,一位四五十岁的女性上了台,她戴着眼镜、披着波浪卷头发。当时高秋英并不知道她是谁,只知道是来自采油厂的专家,只记得她报告讲得清晰又深刻,眼神坚定又锐利。当时高秋英心想,这才是她想要的样子——在自己的工作岗位上,足够专业、足够自信,指点江山、挥斥方遒。

两年后,当高秋英休完产假回到办公室,突然遇见了那个昏沉沉的午后叫醒她的人。这一次,高秋英知道了她的名字,羊东明。

治理管道腐蚀,要治“未病”

高秋英曾读过扁鹊三兄弟的故事。

扁鹊三兄弟的医术,大哥最好,二哥次之,扁鹊的医术最差。有人疑惑,为什么你大哥二哥却名不见经传?扁鹊说,那是因为大哥治病,在病人发作前就根除了病灶,二哥擅长在疾病初发,症状较轻时治疗,大家以为他只能治小病。而我,每次都是在大厦将倾时,挽救病人于生死之间,久而久之,大家都认为我医术神奇。

一个念头在高秋英的脑海中浮现了,治理管道腐蚀,正如治疗疾病,最上等的医家应该要治“未病”。如何从最源头处防腐蚀?那就要从管道的材料入手。

2013年,羊东明和高秋英带着团队从新疆出发了,她们先去了四川,然后开始北上,到了河北,又去辽宁、哈尔滨,再南下去了浙江、江苏,一个半月的时间,跑遍了大江南北。

她们在寻找新的材料。“我们跑遍了中国做非金属管材的厂家,调研他们的用料、制作工艺,又去调研了海上油田的管道,因为海上的腐蚀环境也很严苛。”

回来之后,她们把调研的成果,用半年的时间跟很多高校和科研机构交流、探讨,其中包括中石油集团下属的西安石油管材研究所。终于,在大家的合力之下,研发了一种多层的非金属管材,能耐高温、高压,强酸性的环境,适合新疆油田复杂的情况。

团队成员们现场调研

当然,在实际应用中想要预防腐蚀,管道的材料是一方面,管道的设计也很重要。

一般来说,很深的井下管道使用的是螺纹接口,就像水杯的连接处,一拧就严丝合缝了。但是,运输石油的管道距离地面只有一两米,使用螺纹管道有漏气风险。油田中的硫化氢是一种剧毒气体,一旦在戈壁滩上泄露,会造成严重的安全事故。“几十公里的戈壁滩上都没什么人影,还有红柳丛、胡杨林,这种环境下,人进去放牧,如果被硫化氢放倒了你是看不到的,非常危险。”为了防止这类事故,管道接口改成了焊接方式。但焊接又涉及到应力问题,如果不能很好地释放应力,在弯头处的焊接缝就很容易泄露。

这些具体的困难,都被纳入了团队的考量之中,她们改进管材、改良设计,最终形成了在源头就能防护腐蚀的一套方案。现在,她们的方案不只应用在新疆沙漠里的油田,也推广到了类似工况的兄弟油田,甚至走向了国际,为沙特的某些管道提供技术支持,真正做到了治疗管道于“未病”。

隐性的工作

高秋英未曾预料到的是,当治疗管道于“未病”逐渐实现,扁鹊大哥的命运,也在她和团队身上重演了。

去评奖,专家们觉得你的数据虚,什么预计会降低多少损失,什么减少了可能的腐蚀,谁能证明?再看看那些油田里的核心技术团队,比如采油、钻井,有激动人心的增油多少万吨的数据,有明确的钻井速度提升,这才是大团队的核心效益。

相比他们,你做的工作是隐性的。逐渐地,很多男性离开了。他们要么有更好的晋升机会,要么转去了别的团队,到最后,团队中留下的大部分都是女性。

而对于做着隐性工作的团队来说,她们的种种努力,要经历更漫长的路途,才能被看见。

如何面对这样的处境?要不要选择更好走的路,甚至要不要偶尔让自己隐性的工作变得不再那么“隐性”,比如,少做一点,允许管道时不时泄漏一点?

这是属于一个经济学范畴中“理性人”的答案,但理想主义者会做出不同的解答。答案就是多年前羊东明对高秋英他们说的那句话:“做了这份工作,就不要去应付,一定要把问题弄清楚了,东西是学到你身上的,别人是拿不走的。”

即使他们不是被选中的人,是被留下的人,但留到最后的人,有时可以交出最好的答案。

2021年,团队被评为“全国五一巾帼标兵岗”;2024年,团队获得“中国青年女科学家奖”的团队奖项。多年来,她们共获得省部级及以上科技奖励21项,授权专利40余项,编写国标4项、行标5项。

她们的努力和坚持,最终被看见了。

团队荣获巾帼创新奖

最近,团队开始深挖更多腐蚀的问题,地面管道治理了,还有井下的管道,还有站场里的设备呢?比如一个除油器,内部有很多构件,只要设备不穿孔,很难知道里面发生了什么样的腐蚀。往往是运行了一两年,打开检修时才发现,内部构件都被腐蚀“吞噬”了。

团队想用非金属的材料制作一个除油器,从源头起就解决腐蚀的问题。这是一个全新的挑战,罐体哪里受力最大,结构怎么设计,用什么工艺制作,选用什么材料,怎么做神经元的模拟计算,都需要团队成员、高校合作者,还有厂家之间反复沟通。

当时正值疫情,大家都封控在家,他们只能经常开电话会议。高秋英的孩子也在家里,听了将近几个月的电话会议,这个刚满五岁的孩子俨然成为了一个小专家,他时常会问,妈妈你们又要讨论哪个除油器了吗?如果用金属的会腐蚀,用316L的不锈钢行吗?

经过漫长论证,非金属除油器终于建成了,它直径3米6,长16米,是个庞然大物。那天,高秋英的孩子也去现场了,或许,潜移默化之中,羊东明那句“一定把问题弄清楚”,也以某种形式传递到了这个小小的孩子身上,他看着这个糅杂了无数人心血的除油器,发出了一个天真又质朴的疑问:“妈妈,我能爬进去看看吗?我想看看你们做的设备,到底是什么样的。”

团队合影

采访/撰文:程观

编辑:游识猷

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