随着海上石油开采不断向条件更严苛的环境推进，作业方在维护资产完整性方面面临着前所未有的挑战。高温、极端压力及复杂的流体化学性质共同造就了恶劣环境，这些环境可能加速腐蚀与结垢的发生，进而威胁开采的可靠性与安全性。
 
要应对这些挑战，就需要创新化学解决方案——这类方案需能在传统处理方法失效的环境中发挥作用。创新化学技术与定制化方案能够攻克各类关键挑战——无论是高应力环境下的严重腐蚀问题，还是高温“干井”开采中突发的、难以预料的结垢现象。即便在最恶劣的环境中，这些方案仍能延长设备使用寿命，并保障开采作业的可靠性。
 
 
海上开采环境的复杂性日益加剧
 
如今的海上开采作业常面临各类极端条件，这些条件已超出传统化学处理方法的能力范畴。深水油气资源、高温储层以及复杂的开采流体化学性质，对常规缓蚀剂等化学处理剂提出了更高要求。而当这些挑战出现在干预手段有限的偏远海上区域时，化学处理失效的后果可能极为严重 —— 从开采量减少到毁灭性的设备故障，不一而足。
 
应对这类极端场景，需要从根本上转变化学处理理念。成功的关键不在于提高通用化学解决方案的浓度，而在于研发专为这些恶劣环境设计的专用化学品，同时结合应用专业知识，确保化学品以最优方式投入使用。
 
应对水下注水系统中的高剪切腐蚀问题
 
亚太地区某大型作业商在其水下注水系统中发现了严重的完整性威胁——该系统出现了令人担忧的腐蚀速率。在未采取缓蚀措施的情况下，系统腐蚀速率超过5毫米/年；且通过超声波检测发现，“鹅颈管”等高剪切区域已出现明显的管壁减薄现象。工程师预测，若不采取有效缓解措施，该系统仅12个月内就会发生管壁穿透失效。
 
 
该情况带来了多项常规处理方法无法应对的挑战：极端剪切应力环境（100~130帕斯卡）会破坏传统缓蚀剂形成的保护膜；该海上作业区域地处偏远，甲板空间与大宗储存能力有限；在等待耐腐蚀合金（CRA）短管更换期间，存在9至12个月的关键处理窗口期；严苛的性能要求，包括在高剪切条件下需将缓蚀后的腐蚀速率控制在0.5毫米/年以下。
 
 
图1 经75ppm（百万分之一浓度）CORRTREAT 17557处理后的HP-RCA挂片表面轮廓仪成像图。
 
经过一套全面的 “行业最佳” 评估流程（见表1），CORRTREAT 17557成为唯一能满足所有关键性能指标的解决方案。实验室测试采用多种方法验证其性能，包括：用于低剪切环境筛选的旋转圆柱电极法、评估产品在可变高剪切条件下持久性的射流冲击法，以及模拟现场温度与压力条件、用于性能评估的高压旋转笼式高压釜法（见图1）。
 
该解决方案的突出优势在于，即便在传统缓蚀剂会被冲刷失效的极高剪切应力环境下，仍能维持保护膜的完整性。在射流冲击测试中（见表2），当剪切应力达到130帕斯卡时，该产品在仅75ppm（百万分之一浓度）的添加量下，防护效率就达到了96%，腐蚀速率仅为0.15毫米/年——远低于0.5毫米/年的合格标准。
 
这款专用配方还解决了海上平台的物流限制问题。作为一款高活性产品，它兼具高闪点、优异的材料相容性与低黏度特性，这不仅大幅减少了海上运输和储存所需的缓蚀剂用量，还降低了储罐租赁成本，并减少了起重机吊装作业的频次。
 
 
高温白垩岩层中的结垢治理
 
结垢对生产完整性构成了一种独特且同样具有挑战性的威胁。在某高温白垩岩层区块，尽管生产环境理论上处于酸性 pH 值范围，但作业者仍在井口节流阀处发现了意外的碳酸钙结垢现象。该情况尤为令人困惑 —— 毕竟此前十年的生产过程中从未出现过结垢问题。
 
调查发现，现场存在以下复杂情况：天然气中二氧化碳含量极高（超过45摩尔百分比），且含有大量硫化氢；前10年生产期间含水率极低（低于1%），之后含水率出现快速上升；地层水矿化度低，且相关分析数据样本稀少、质量欠佳；目前仍在进行产出水回注（PWRI）与产出气回注（PGRI）作业，且回注用水采用混合水源。
 
结垢现象的突然出现与产水量增加的时间相吻合，但测试样本中始终未检测到游离水，这为诊断与处理工作增添了难度。当结垢问题从地面设备蔓延至井下环境时，作业者亟需一套快速解决方案，以避免产量损失。
 
由于情况紧急，传统的结垢治理方案设计方法均被排除，具体包括：耗时冗长的地层伤害岩心驱替实验；利用现场历史数据进行的挤注处理模拟；大规模的油藏描述研究。
 
取而代之的是，科莱恩与作业方合作开发了一套挤注方案设计方法：在数月时间里，双方通过严谨的多轮问答研讨，对每一项参数进行了精细优化。该流程无需借助传统测试方法，便成功制定出一套能够应对该区块独特挑战的概念性方案。
 
 
图2  SCALETREAT 19071缓蚀剂的最低有效浓度测定：测试采用部分校正后的挤注前水样，并模拟了井下最恶劣的温度与压力条件。
 
该解决方案以SCALETREAT 19071防垢剂为核心——这是一款专为高温场景研发的专用挤注型防垢剂（见图2）。这种创新性化学药剂在设计上既保证了较长的挤注有效周期，又能最大限度降低对敏感性白垩岩基质的影响。该治理方案实现了“高效防垢”与“最低地层伤害风险”的平衡，这一点对于从未接触过化学药剂的原始油井而言至关重要。
 
方案实施结果验证了这一创新方法的有效性，具体如下：成功抑制了井下碳酸钙结垢的形成；达到了挤注处理有效周期的设计目标；在原始油井环境中实现了安全施工作业与油井产能恢复；基于挤注后水质监测及系统参数分析，确认未对地层造成伤害；对地面井口节流阀已存在的结垢问题产生了积极的辅助改善作用。
 
化学处理理念的演进
 
这些案例研究表明，针对极端环境的化学处理方法已发生根本性转变：不再依赖增加现有化学品的用量，而是转向“整体评估与定制化产品设计相结合”的新模式。这一处理理念的演进包含以下几项核心原则。
 
1. 全面的问题分析。有效的处理方案始于对作业环境及失效机理的深入表征。这不仅需要了解直接显现的问题症状，更要掌握驱动腐蚀或结垢发生的潜在物理与化学过程。在腐蚀案例研究中，这意味着量化水下系统的剪切应力条件，并识别出关键失效点；在结垢处理案例中，则需要明确：尽管处于理论上不利于结垢的pH环境，究竟是哪些特定条件触发了碳酸钙的析出。
 
2. 基于现场代表性条件的实验室验证。传统实验室测试往往无法复现现代海上作业中遇到的极端工况。有效的解决方案需要一套能精准模拟现场条件的测试方案，涵盖温度、压力、流体成分，以及剪切应力等力学因素。例如，在腐蚀抑制剂评估中，研究团队采用了“射流冲击试验”（Jet Impingement）等专用高剪切测试方法，确保抑制剂在水下注入系统的极端条件下仍能发挥性能。
 
3. 定制化的应用策略。即便化学药剂本身性能优异，若应用方式不当，也无法达到预期关键绩效指标（KPIs）。成功的处理方案需要根据特定的资产配置、作业限制及处理目标，量身设计药剂注入策略。以结垢挤注处理案例为例，尽管油藏描述数据有限，团队仍通过创新方法实现了 “有效药剂布放”与“最低地层伤害风险” 的平衡，这正是定制化策略的核心体现。
 
4. 平衡性能与作业限制。海上作业面临独特的物流挑战，这些挑战直接影响化学处理方案的选择。储罐容量有限、运输方式受限、干预作业机会稀缺等约束条件，在方案设计阶段必须纳入考量。正如腐蚀抑制剂案例所展现的：高活性配方可在较低投加量下实现有效防护，既满足了平台的储存限制，又保障了corrosion protection性能，完美平衡了“效果”与“现实约束”。
 
化学处理技术的发展方向
 
随着海上作业不断向更极端的环境推进，化学处理技术也必须随之演进以应对这些挑战。目前，多个具有潜力的发展方向已逐渐显现，具体如下：
1. 多功能配方。下一代处理化学品将越来越多地在单一产品中整合多种功能——这不仅能减少海上作业所需的化学药剂总库存量，还能更高效地应对复杂的生产难题。此类配方将突破传统 “缓蚀-防垢二合一”的局限，可能纳入第三种甚至更多功能组分，例如除垢剂、清除剂（如硫化氢清除剂）及破乳剂等。
 
2. 环境友好型解决方案。全球环境法规持续收紧，推动行业研发更易生物降解、生物累积性更低且毒性更小的处理方案。未来的化学配方需在 “极端环境下的性能表现” 与 “更优的环境特性” 之间实现平衡，对于在敏感海洋环境（如近岸生态保护区、珊瑚礁周边海域）开展的作业而言，这一点尤为关键。
 
3.数字化集成与预测性处理。先进的监测技术与数字孪生技术正推动化学处理实现更精准的应用。通过实时腐蚀与结垢监测，结合预测分析技术，作业者能够优化处理时机与药剂投加量——在最大限度提升处理效果的同时，减少化学药剂的消耗量。科莱恩旗下的ChemVision平台便是此类化学性能监测整体解决方案的典型案例，可实现对药剂效果的全流程数字化管控。
 
4. 缓释技术。对于远程作业及水下作业（此类场景下干预作业机会极为有限），缓释技术展现出广阔的应用前景。这类技术能在更长周期内为设备提供持续防护，从而减少处理作业的频率，延长两次维护窗口期之间的资产保护时长，尤其适配海上偏远平台或深水油气田的长效管理需求。
 
随着油气生产不断向更极端的环境推进，海上作业中腐蚀与结垢治理的挑战持续加剧。传统处理方法在这类工况下的适用性日益不足，因此亟需针对高温、高压、高剪切等特殊场景设计专用解决方案。
 
在极端环境中实现有效治理，仅依靠创新化学药剂远远不够——还需要一套综合方案：将专用配方、应用专业知识与对作业环境的深入理解相结合。本文所呈现的案例研究表明，即便在最具挑战性的工况下，这种一体化方案仍能提供高效的防护效果。
 
随着行业不断突破海上油气生产的边界，化学处理技术始终是关键支撑力量：它帮助作业者在传统方案难以覆盖的环境中，维持资产完整性与生产可靠性。通过在化学药剂与应用方法两方面积极拥抱创新，作业者完全能够攻克海上作业中最严峻的腐蚀与结垢难题。