油井套管表面高性能防腐耐磨层高效绿色制备技术与装备

一、成果概述： 

随着我国大部分油田进入开采中后期，油井中的油套管长期承受拉伸、压缩、管柱内液体的压力，并且长期处于腐蚀性液体中，工作条件非常恶劣，由于磨损腐蚀造成的失效越来越严重，我国各油田每年因油套管磨损腐蚀所造成的直接经济损失超过 700 亿人民币。此外，油套管因磨损腐蚀失效后还会造成油井频繁作业，正常工作时间缩短，维修费用上升，综合效益低。中国石油大学（华东）组织技术团队，研发出具有自主知识产权的复合阳极喷射电沉积制备油套管表面防腐耐磨层的新技术与装备，开发出绿色环保复合溶液，具有制备效率高、成本低、无污染等优势，可以替代油田现有的油套管表面处理技术。该成果成功转化后还可广泛应用于石油化工、船舶、建筑、汽车等行业中的防腐耐磨处理领域，能极大减少腐蚀和磨损带来的经济损失，市场前景及其广阔。该技术已在胜利油田进行了现场试验。结果表明，和油田现场应用的油套管相比，该技术处理的油套管，其耐磨性提升约 33%，耐腐蚀性提升约 65%，处理成本降低约 40%，且处理过程中能耗可降低约 45%，对环境无污染。依托项目组自主开发的油井套管表面高性能防腐耐磨层高效绿色制备技术与装备，批量生产、销售、推广装备具有极大的市场潜力。我们的主要优势在于：一是自主研发的技术；二是产品性能更好，价格更低；三是自主开发技术，无卡脖子风险，同时技术产品可持续迭代升级。总体来说，如推广得当，我们的市场规模利润可观。

农作物秸秆快速热解创制靶向腐植酸环境材料及应用

成果概述：

针对我国年产约 13.5 亿吨的农林废弃物缺乏大宗高值化利用技术、高达 55 亿亩退化土壤缺乏绿色修复材料的两大世界难题，提出快速热解控氧的新理念，发明农林废弃物自混合下行床快速热解制腐植酸原创技术与成套装备，破解了油中控灰、异重流化与返料、钾离子导致结焦死床等十大生物质热解工程难题。目前国际上工业化的万吨级生物质快速热解装置不到 10 套，其中本技术为 5 套，并建成世界单套规模最大的 20 万吨/年装置(国外最大为加拿大 3.6 万吨/年)，首次实现农林废弃物快速热解制腐植酸的工业化，液体收率提高 15%以上，含灰由≥10%降至≤0.1%；生物腐植酸纯度≥96%，活性官能团比土壤腐植酸高≥3 倍，无易致癌多环芳烃，成本不到现有腐植酸的 1/3。针对不同污染退化土壤复杂体系的修复需求，将生物腐植酸通过可控化交联聚合反应创制了系列高值靶向腐植酸环境材料，发明了生物腐植酸可控交联聚合反应工艺和装备，实现了靶向腐植酸环境材料的工业化连续生产；系列靶向腐植酸环境材料已在 20 多个省市示范和推广应用，现场应用效果表明靶向腐植酸环境材料能够改善土壤性能，提高作物品质与产量，实现退化土壤可持续修复，社会和环境效益显著。

原油重油分级气相催化裂解制化学品成套技术

成果概述：

针对国内外炼油业由“以燃料为主”向“以化工原料为主”转型的重大需求，基于原油分级分质转化理念以及“宜烯则烯，宜芳则芳”目标化工产品的需求，通过“理论-催化剂-工艺-设备”的一体化协同研发，创建简明、普适性的自由基调控新反应机理，首创低成本、短流程、普适性的原油/重油分级气相催化裂解制化学品工艺，创制以碱性活性位为主的催化脱氢裂解新催化剂体系，发明分区调控的原油自混合下行床分级气相催化裂解装备技术，原始创新性强；四位一体形成了原油分级气相催化裂解制化学品成套颠覆性变革技术，建成了百吨级原油自混合下行循环流化床分级气相催化裂解制化学品工业中试评价装置，大庆原油分级气相催化裂解中试单程结果为化学品收率 62.6%(三烯 46.3%、三苯 16.3%)、生焦 2.1%、甲烷 4.9%，远优于目前全馏分催化裂解化学品 58%、甲烷 10%以上和生焦 7%以上的报道值。

精确模拟焊接接头的模块化阵列电极及其制备方法

一、成果概述：

本成果提出了一种精确模拟焊接接头的模块化阵列电极及其制备方法。模块化阵列电极包括母材模块、焊接热影响区模块和焊缝金属模块三种微电极模块，焊接热影响区模块位于母材模块和焊缝金属模块之间。本成果采用对母材区、焊接热影响区、熔合区和焊缝区分别制样并按照焊接接头的结构特点重新组合、复原的方法制备得到的阵列电极，在结构和性能上都非常接近一个实际的焊接接头，模拟精确，面积比可调；通过模块化的组合和制备方式，既可实现对某一个模块中某一个微电极的单独测试，也可实现对某一模块或所有模块的耦合测试和扫描测试，特别适合于多电极体系的电偶腐蚀测试。

二、技术特点及技术指标：

本成果的优势在于：

（1）模拟精确。采用对母材区、焊接热影响区、熔合区和焊缝区分别制样并按照焊接接头的结构特点重新组合、复原的方法制备得到的阵列电极，在结构和性能上都非常接近一个实际的焊接接头；焊接热影响区微电极通过焊接热模拟机获得，从而避免了在焊接接头上直接取材时，因焊缝金属和母材之间界面不明显而出现混合电极的情况；熔合区微电极通过焊材与母材混合、重熔、热处理获得，避免了因该区微小而无法辨认、难以切割取样的难题；在实际的焊接接头上，沿与焊缝平行的方向将其垂直切割成薄片状电极，在很大程度上保持了焊接接头的纵向应力。

（2）面积比可调。实际焊接接头可能会因焊接参数、坡口形式等因素的影响，导致母材、焊接热影响区、熔合区以及焊缝金属四者之间面积比的不同，本发明可根据实际焊接工艺参数调整母材模块、焊接热影响区模块、熔合区模块和焊缝金属模块中微电极的数量，即可改变焊接接头不同组成部分的面积比；本发明可以根据测试需要调整焊接热影响区模块的种类及其微电极数量，即可改变焊接接头的构成；本发明可以根据测试需要调整微电极的厚度及微电极之间的绝缘间距，即可改变焊接接头局部腐蚀测量的精度和空间分辨率。

（3）测试方便。通过模块化的组合和制备方式，即可实现对某一个模块中某一个微电极的单独测试，也可实现对某一模块或所有模块的耦合测试和扫描测试，特别适合于多电极体系的电偶腐蚀

测试。

三、应用领域：

压力容器和管道在安装过程中大都需要通过焊接进行连接，以组成一个具有明确使用功能的工程系统。而在压力容器和管道内部的工艺腐蚀环境中，由于焊接导致的材料的组织、成分以及应力状态的不均一性，往往使得由焊缝金属、焊接热影响区及母材共同组成的焊接接头成为流程工业和管线工程最为薄弱的环节。国内外由于焊接接头的局部腐蚀而导致的失效事故屡见不鲜、不胜枚举。针对这一腐蚀问题，国内外大量卓有成效的研究工作表明，焊接接头的腐蚀大多是由其不同组成部分之间的电偶腐蚀引发的严重局部腐蚀。由于焊接接头是一个典型的非均相多电极系统，腐蚀过程高度局部化并随时间而变化和转移，迄今为止，这种多电极耦合条件下的电偶腐蚀效应对局部腐蚀的加速机制还很少得到深入研究，也缺乏一些直接的电化学证据。传统的极化曲线、电化学阻抗谱等经典电化学测试技术仅能获得焊接接头某一组成部分的统计和面积平均的电极-溶液界面信息，无法做到定域测量或扫描电极表面不同位置的电化学特性，更难以直接、准确地表征这种具有多相、多界面、高度局部化的腐蚀过程的电化学信息差异、分布及其动态变化，而焊缝金属、焊接热影响区、熔合区和母材的多相共存也给焊接接头的电偶腐蚀测试带来很大挑战，因此，对焊接接头的局部腐蚀演化过程仍缺乏深入、有效

的研究，对其电化学机制的认识也十分有限，有必要发展新的思路和方法来克服和突破焊接接头局部腐蚀研究中的障碍和壁垒，深刻认识和解答焊缝金属/熔合区/焊接热影响区/母材电偶腐蚀效应及

其时空演化过程对焊接接头局部腐蚀的影响这一关键科学问题。本成果提出的模块化阵列电极及其制备方法，可以有效地解决上述问题，具有良好的应用前景。

四、投入需求：

成果的产业化应用需要制备不同的焊接接头的阵列电极模拟试样，所需设备包括焊机、线切割机、热模拟机、封样设备，预计投入资金 100 万元，需要场地 500 平方米。

耐溴腐蚀涂层

一、成果概述：

溴化丁基橡胶产品在国际市场上受到美国埃克森美孚（Exxon）和德国拜尔（Bayer）两家公司的垄断，我国首条溴化丁基橡胶生产线在中石化燕山石化分公司实现量产，溴化丁基橡胶处于严重的供不应求状态。然而，燕山石化的溴胶混合器运行 20 天就发生穿孔，严重制约了生产效率。申请人及课题组采用防溴腐蚀钽材料及焊接技术制备出了新型复合钽溴胶混合器。与国外专利技术相比，本混合器在材质制造方面进行了创新，采用特种耐腐蚀的复合钽材料，并采用爆炸复合焊接技术制备出复合钽溴胶混合器，这彻底解决了反应系统中溴腐蚀的问题。燕山石化采用了复合钽溴胶防腐新技术后，溴胶混合器使用寿命由 20 天延长到 5 年以上，溴化丁基橡胶产品合格率由投用前的 78.84%提高到 91.02%，当年为燕山石化减少经济损失 886.19 万元，取得了较好的经济和社会效益，我们因此荣获中国石化集团科技进步三等奖。

二、技术特点及技术指标：

涂层耐液溴腐蚀

三、应用领域：

石油化工 lingyu

四、投入需求：

固定资产资金投入大约需要 5 千万左右，主要用于厂房和设备。

复合硫化物固体自润滑膜层制备技术

一、成果概述：

本技术涉及一种多元复合硫化物固体润滑膜制备技术，所述多元复合硫化物膜是在镍基或高熵合金熔覆层上低温离子渗硫制备的，多种硫化物固体润滑相复合起到更优异的减摩润滑效果。

二、技术特点及技术指标：

本技术在自制镍基熔覆层或高熵合金熔覆层上制备多元复合硫化物固体润滑膜，得到的多元复合硫化物固体润滑膜由 FeS、WS2、MoS2、Cu2S 等润滑相中两种以上组成，厚度为 0.2~0.5 mm，结合力为 40~50N。经过摩擦磨损试验测试，该技术将大幅降低表面摩擦系数 50%~300%，磨痕深度、宽度，磨损失重等都大幅下降，有效延长摩擦副在干摩擦、油润滑及水润滑条件下的服役寿命。

三、应用领域：

本成果有望在石油装备、机械装备、表面改性及修复企业推广应用，该技术强化的关键零部件表面硬度、减摩耐磨性、耐蚀性将显著提高，零件服役寿命将大幅提高，大大降低成本。本成果主要面向石油、机械等重要装备行业关键零部件表面的强化。本成果的核心技术为镍基、高熵合金成分配方及相匹配的离子渗硫工艺参数库，适用于多种工况的装备及零部件表面改性或修复，不受零件形状及表面状态限制，推广应用前景十分广阔。

四、投入需求：

本成果产业化应用主要需要激光熔覆设备及离子渗硫炉，根据实际情况可配备粗加工及精加工机床等，需投入的资金、场地、设施等条件，从 100 万人民币、200 平方米厂房、单台激光熔覆设备与离子渗硫炉起，根据情况和规模有很大的选择空间。

激光淬火-化学热处理复合制备耐磨耐蚀自润滑膜层技术

一、成果概述：

本技术涉及一种复合耐磨耐蚀自润滑膜层制备技术，是对钢铁材料表面激光相变硬化，然后对相变硬化层进行低温离子渗氮、离子渗硫处理，有效提高零件表面减摩、耐磨耐蚀性。

二、技术特点及技术指标：

本技术得到的激光相变硬化层厚度为 0.3~0.7 mm，渗氮层厚度为 0.1~0.4 mm，渗硫层厚度为0.001~0.01 mm。经过摩擦磨损试验测试，该复合改性层表面摩擦系数、磨痕深度等都较小，具有良好的抗摩擦及减摩润滑的作用，可以用于较高载荷的干摩擦及有水或油润滑条件下的摩擦副。经过电化学腐蚀试验，该复合改性层自腐蚀电位明显提高，自腐蚀电流密度大幅下降，表面耐腐蚀能力提升显著。

三、应用领域：

本成果有望在石油装备、机械装备、表面改性及修复企业推广应用，该技术强化的关键零部件表面硬度、减摩耐磨性、耐蚀性将显著提高，零件服役寿命将大幅提高，大大降低成本。本成果主要面向石油、机械等重要装备行业关键零部件表面的强化。本成果的核心技术为激光相变硬化、离子渗氮、离子渗硫综合匹配工艺参数库，适用于多种工况的装备及零部件表面改性或修复，不受零件形状及表面状态限制，推广应用前景十分广阔。

四、投入需求：

本成果产业化应用主要需要激光淬火设备及化学热处理炉，根据实际情况可配备粗加工及精加工机床等，需投入的资金、场地、设施等条件，从 100 万人民币、200 平方米厂房、单台激光淬火设备与化学热处理炉起，根据情况和规模有很大的选择空间。

耐高温缓蚀剂

一、成果概述：

油田注采（输）一体化交替生产模式由于注水和采（输）油过程中井下腐蚀环境温度很高，井筒防腐蚀存在较大困难。课题组研发了一种耐 150℃高温的抗氧/酸化缓蚀剂，并对其理化性能、缓蚀性能以及复配性能达到国内外领先水平。

二、技术特点及技术指标：

抗氧/酸化缓蚀剂耐高温≥150℃。

三、应用领域：

油气田井筒高温环境、酸化压裂环境等。

四、投入需求：

固定资产资金投入大约需要 5 千万左右，主要用于厂房和设备。

污水治理定制策略与核心材料

一、成果概述：

该技术服务是以核心材料制备及虚拟装置为核心，为特定的生产或生活污水提供定制解决方案。根据污水的产量、组分、处理标准以及污水预期处理成本为基础，合理调控不同材料的表界面性质，将不同的处理技术（筛分、聚结、吸附、杀菌等）进行集成化，并根据企业污水处理条件，利用模拟仿真技术构建虚拟装置，为污水处理工艺提供运行参数，从而为企业提供技术支持。该服务可针对特定污水中的多尺度污染物（金属离子、有机染料、表面活性剂、乳化油以及浮油等）含量与处理需求，提供定制污水处理方案。该服务适用于石油、化工、印染、电镀、餐饮、医疗以及生物科技等领域，旨在降低企业的污水处理成本，缓解环境压力。

二、技术特点及技术指标：目前，污水处理方法主要包括化学法（如化学絮凝、中和、氧化还原、离子交换）、物理法（如重力沉降、离心分离、筛分、反渗透）以及生物法（如活性污泥、生物膜法）。这些方法都具有各自不可避免的缺点，如处理效率低、设备占地面积大、普适性差、造成二次污染等。此外，对于含有多尺度污染物的污水，单一的方法难以对该污水进行处理，而多种方法联用又会产生不同工序的匹配性差、污水处理速率低、处理成本高等问题，并且多种方法联用的普适性较差，如企业某一生产部的污水处理系统难以通过重组、调整等方式对其他生产部的废水进行处理。以该技术服务进行污水处理方案设计，可以通过虚拟设备设计一体化污水处理方案，从而解决工序匹配性差的问题，最大地提高污水处理速度，降低污水处理成本。此外，该技术服务可对企业现有的污水处理装置进行重组及调整，使其能够应用到企业新兴的生产部或产线，能够降低企业生产结构调整的成本。

三、应用领域：

该技术面向污水治理领域，可为城镇污水处理厂、石化企业、养殖企业、制药企业等企业提供定制化服务，为目前企业污水治理问题提供定制化服务，也可为计划引进污水治理设备提供定制策略或技术服务。

四、投入需求：

现缺少市场推广团队、核心材料加工基地以及后续核心材料研发资金支持，因此期望寻求新材料制造企业、市场推广企业以及各类风险投资企业机构进行项目合作，合作方式包括联合实施、技术转让及许可等，合作方式也可进一步协商确定。

海上新能源与油气联合开发技术

一、成果概述：

近年来水上光伏不断发展，主要有两种形式：桩基固定式和漂浮式。鉴于装机固定式适用于浅水水域光伏开发。对于深水域，比如抽蓄电站水库，大型水库/湖泊，塌陷区，远海水域，漂浮式光伏显示其独特优势。目前在水面相对静止的水域漂浮式光伏技术成熟发展迅速。对于抽蓄电站上水库，远海水域其水位变幅大，风浪冲击大使得其设计变的复杂。

1、提出适用水位大幅变动下光伏电站的浮体及支架结构形式，通过优化设计达到利用最少浮体在保证漂浮系统稳定性的同时，保障水体对光伏板的最佳冷却效果，最好防腐效果，最大化利用水面，也保证了维护通道的最优设置。水上光伏分为三级形态，其中一级结构为单个浮体结构，二级结构为由浮体组合而成的六边形结构，三级结构为最终结构。浮体结构材料采用纤维增强型塑料（FRP），对水库环境不会产生负面影响。另外浮体，单元，大规模组合三级化设计保障了系统的易扩展性，并应用于试验光伏电站；

2、提出了一种适用于抽蓄电站上水库开发光伏的太阳能日追踪方案。该方案充分利用水面摩擦力小的特性提出了水下驱动式的太阳能追踪系统，该系统正常工况下可以实现最大功率追踪，在极端工况下可以配合系泊系统实现防风抗浪功能。

3、申请人首次设计网箱式系泊系统，解决水位大幅变动的问题同时能够实现防风抗浪的作用证系统稳定而且不遮光。该设计在泰山抽蓄电站上水库进行了示范应用，为未来向远海扩展提供了有益参考。该设计解决了漂浮式光伏电站在水位大幅变动下的一系列设计和稳控难题。示范项目被国网新源公司排在其践行“新跨越行动计划”的第一位在其公众号进行宣传报道，并获得国网新源公司科学技术进步二等奖。海洋平台互联电力系统相较于传统电力系统的主要特征有：小机组，小惯性，低阻尼，大负荷，负荷动态变化大，负荷冲击大，弱互联等。实际中海洋环境的多变，导致系统运行状态的初值具有随机性，系统参数具有随机性，外部激励具有随机性，系统各个状态量处在随机运动之中，系统呈现出随机的特性。这些特征从源-网-荷三方面对安全稳定性分析产生了影响： 

（1）提出海上平台综合能源系统的稳态建模及多平衡节点稳态能量流算法海上平台要求电、气能源的自给自足，电采气产出的天然气作为气网的气源，除运输到陆地储存外，还有部分天然气需传输到各个海上平台中以实现燃气轮机发电，满足天然气的顺利开采；电网中的部分负荷为耦合元件的耗电量，且电网的燃气轮机的运行又完全依赖于气网中天然气的供应，气网中的气源（天然气的供应量）来自电网中的电采气系统，故与传统的气-电互联系统相比，（1）电网和气网的相互依赖性大幅度提高；（2）为了提高海上平台的稳定性，实现多平台电力系统的互联，所以在海上多平台气-电互联系统中多个平台中的燃气轮机均为平衡节点；（3）耦合模型方面，海上多平台系统的耦合元件包括燃气轮机、多级压缩机系统和电采气系统，其中，燃气轮机与传统的互联系统相同；压缩机也是起到了提高压力的作用，但是海上多平台系统中为多级压缩过程，与传统压缩机模型相比，较为复杂；而电采气系统是海上多平台气-电互联系统中特有的耦合元件，等效于气源。

（2）提出考虑海上平台设备低电压穿越能力的安全性分析方法海上平台电力系统最终服务于海上油气生产，其安全性分析除了传统电网的安全性分析外更应关注油气是否停产这一本质安全目标。电力系统中的油气开采设备将采集的油气通过管道、压缩机等输送到陆地上，形成简单油气网。同时海上平台气电耦合紧密，电网中发生故障或者电能质量的扰动易使采气设备和压缩机停机，进而引起天然气减产甚至停产。同样油气生产反过来影响电网发电机的出力，进而形成恶性循环。可以说，海上平台电力系统造成的油气停产即可认为电力系统不安全，简单讲：“停产即不安全”。故海上平台电力系统安全分析应该计及油气网。由于海上平台所处环境恶劣导致电力系统故障率高、“小机组、大负荷”的特点，其电力系统电压稳定性差，电压暂降等问题频现；再加上海上平台变频设备应用广泛，使其抗电压暂降能力弱。故提出计及海上平台关键设备低电压穿越能力的安全分析方法。针对海上气-电互联系统中电压缩机系统和电采气系统两大耦合系统，利用安全临界电压和临界切除时间表征低压穿越能力；并提出考虑气网耦合节点低电压穿越能力的运行约束，在安全分析中计及电压暂降影响，分析耦合元件在系统中的重要作用。

二、技术特点及技术指标：

海上风光波浪能一体化能源岛与油气平台联合开发系统规划设计海上风光波浪能一体化能源岛与油气平台联合开发系统电压稳定性调控海上风光波浪能一体化能源岛与油气平台联合开发系统频率稳定性协同调控现有技术在国内处于领先地位。

三、应用领域：

海上油气平台和海上新能源开发，规划设计和稳定控制。

四、投入需求：

是合作情况确定。