量子化学论文

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量子化学论文范文第1篇

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

量子化学论文范文第2篇

英文名称：Journal of Molecular Science

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：中国化学会

出版周期：双月刊

出版地址：吉林省长春市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1000-9035

国内刊号：22-1662/O4

邮发代号：12-82

发行范围：

创刊时间：1981

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

期刊荣誉：

Caj-cd规范获奖期刊

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量子化学论文范文第3篇

化学前沿科学研究对象

化学科学是研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。随着新世纪脚步的不断加快，作为物质科学组成之一的化学科学将愈来愈引起世界各国的关注。化学中的前沿科学也将成为化学工作者关注的焦点。

从一定意义上讲，科学论文的发表是科学成果被人们承认的唯一形式。一定频次的引用反映了某篇论文重要性的程度，超高频次的引用，常可认为其研究成果引发了科学研究的热点或在科学研究中取得突破。因此，近期化学科研论文的引用情况也体现了化学学科前沿的科学研究成果，以及当前国际化学前沿的特点和变化趋势和研究方向。据中科院文献情报中心的报道，90年代的化学研究前沿领域有：

（1）富勒烯C60的研究导致发现了自然界一类新的物质――碳的另一种存在形式，并对宇宙内碳循环和经典芳香性的关系这一理论化学的关键问题有了全新的认识，开辟了新的化学研究领域。

（2）模拟程序和密度泛函理论的发展引起整个化学领域的革命，使量子化学成为成千上万化学家手中的工具，可用以预测和阐明物质的化学性质。

（3）对不同管径和缠绕角的单壁碳纳米管的结构和导电性质的研究展示了单壁碳纳米管在纳米分子电子学领域的应用前景。

（4）人工合成新药的发展：天然抗癌药物的人工合成以及用以开发新药的组合化学方法。

（5）组合化学新研究领域的发展打破了传统药物开发的模式，可同时合成和筛选大批生物活性物质，大大缩短了新药开发的时间。组合化学技术还被广泛应用于催化剂的筛选、手性化合物合成等材料科学领域。

（6）仿生聚合物是一种先进材料，它的人工合成向模仿机体功能的“目标”迈进了一步。

（7）分析化学在这一阶段已不再仅仅是化学家手中的工具，它已发展为一门分析科学。它一方面为人们提供关于物质，特别是构成生命的基本物质的组成和结构甚至生命过程的信息；另一方面，在精密分析仪器本身的研制上不断获得进展。

（8）计算机技术的飞速发展使化学家的研究手段产生巨大变革。有关生物大分子（如蛋白质、核酸）多维结构图像实现和精细结构表达的程序及软件包的研究受到化学界的极大关注。

（9）有机反应、不对称合成及催化是90年代以来的持续热点。这是一个有工业应用前景和巨大市场潜力的、一直很活跃的研究领域。

在经历了20世纪的空前繁荣发展后，进入21世纪，化学学科面临着四大难题。第一，合成化学难题――化学反应理论；第二，功能结构化学难题――结构和性能的定量关系；第三，生命现象的化学机制――生命化学难题；第四，纳米尺度难题。徐光宪院士等科学家认为21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪，化学的微观方法和宏观方法相互结合，相互渗透这一潮流将进一步向前发展，并提出了新世纪的化学科学包含了对下列八个层次的物质对象的研究：

（1）原子层次的化学：其中包括核化学、放射化学、同位素化学、sp区元素化学、d区元素化学、4p区元素化学、5f区元素化学、超5f区元素化学、单原子操纵和检测化学等。

（2）分子层次的化学：现已合成的2000余万种分子和化合物，通常分为无机、有机和高分子化合物。但近30余年来合成的众多化合物，如金属有机化合物、元素有机化合物、原子簇化合物、金属酶、金属硫蛋白、富勒烯、团簇、配位高分子等很难适应老的分类法。21世纪将研究分子的多元分类法，如按照分子片结合方式和生成的分子结构类型分类，可分为0维、1维、2维、3维分子等。

（3）分子片层次的化学：原子只有110余种，但分子数目已超过2000万种，因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次，在21世纪应该开展分子片化学的研究。

（4）超分子层次的化学：其中包括受体和给体的化学、锁和钥匙的化学、分子间的非共价作用力、范德华引力、各种不同类型的氢键、疏水-疏水基团相互作用、疏水-亲水基团相互作用、亲水-亲水基团相互作用、分子的堆积组装、位阻和各种空间效应等。

（5）宏观聚集态化学：其中包括固体化学、晶体化学、非晶态化学、流体和溶液化学、等离子体化学、胶体化学和界面化学等。

（6）介观聚集态化学：包括纳米化学、微乳化学、溶胶-凝胶化学、软物质化学、胶团-胶束化学和气溶胶化学等。

（7）生物分子层次的化学：包括生物化学、分子生物学、化学生物学、酶化学、脑化学、神经化学、基团化学、生命调控化学、药物化学、手性化学、环境化学、生命起源、认知化学和从生物分子到分子生物的飞跃等。

（8）复杂分子体系的化学。从以上分类可以看出，新世纪化学别值得关注的有化学信息学、分子片化学、超分子化学、生命化学、纳米化学、理论化学和复杂分子体系的化学等。

随着化学分支学科的重组及其它学科的交叉、融合和不断渗透，21世纪初化学学科的前沿方向与优先领域有：绿色化学与环境化学中的基本化学问题、材料科学中的基本化学问题、合成化学、化学反应动态学、分子聚集体化学、理论化学、分析化学测试原理和检测技术新方法建立、生命体系中的化学过程、能源中的基本化学问题、化学工程的发展与化学基础等。

参考文献：

[1]刘春万.研讨我国理论化学跨入新千年发展的一次盛会[J].化学进展，2000， 36（2）： 230-232.

[2] G. P. Haight Jr. Bringing undergraduates to the chemical frontier[J]. J.Chem. Educ.，1967，44（12），766-775.

量子化学论文范文第4篇

既然本科生做研究有这么多好处，那怎样才能拥有做研究的机会，又该如何利用这个机会提升自己呢？本文将通过两位同学的亲身经历以及我对华盛顿大学本科生研究项目中心主任的访谈，为大家揭开迷雾。

吴文璧：本科研究助她走进MIT

吴文璧同学是华盛顿大学的本科生，毕业后赴麻省理工学院攻读化学博士并获得全额奖学金。从大一起，她就在华盛顿大学化学系做研究。她热爱研究，也从中获益匪浅，因此希望更多的国际学生能够了解这样的机会并参与其中。

其实，在来美国之前，文璧对于本科生做研究这件事一无所知，也从来没想过要做科学家。大一刚到美国时，她了解到本科生可以进入教授的实验室做研究，于是抱着试一试的想法去沟通。谈到一开始时遇到的困难，她说：

“（本科生做研究）这件事听起来很酷，但我却不知道如何下手，首先是不知道自己喜欢做怎样的研究。从小到大我都是偏理科，所以至少文科的研究就排除在外了，可是理科的研究范围太广了，再加上华盛顿大学研究方面的资源丰富，几乎每个教授都有自己的独立实验室，所以我挑花了眼。这也算是我做研究遇到的第一个难题――做什么。

于是我去见了学校里这方面的专家――Undergraduate Research Program adviser （本科生研究项目顾问）。他们给我展示了专门的数据库，也告诉我可以直接找上课的教授。当时我正在上General Chemistry （通识化学）的honor series （荣誉课程），与一般的General Chemistry不同，这种课堂要小很多，当时课堂上只有四五十个人（一般课上有四五百人），这大大增加了教授可以认识我的机会。那个时候我们接触到quantum chemistry （量子化学），提到了一种叫作quantum dot （量子点）的东西。教授展示给我们看如何靠改变粒子的大小来改变它的颜色。因为很喜欢这个教授的教学风格，我登录了他实验室的网站， 发现他有一部分研究就是关于这个quantum dot的。抱着好玩儿想试一试的想法，我决定试着进入这个教授的实验室。首先，我要努力把这门课学好;其次，根据顾问给我的建议，要‘刷存在感’，要让教授认识我，于是每个星期教授的office hour我一定会去跟他交流，没问题也得想出问题来，问的问题还不能特别简单，要让教授觉得这是个值得思考的问题。”

后来，文璧给教授发邮件表示对实验很感兴趣，教授在回复邮件中要了她的简历和个人陈述，又邀请她面谈，面谈时问的第一个问题就是有没有读过他的论文。得到肯定的答复后，教授很开心，因为努力读他的论文就说明这个学生是真的对他的研究感兴趣。教授带文璧参观了实验室，把她交给了一个研究生指导。于是在大一的春季学期，文璧就正式开始了以本科生身份做研究的日子。而进入实验室之后，她很快发现有新的困难需要克服：

“我遇到的一个困难是如何fit in your lab （融入你所在的实验室中）。身边的人都是你的同事，而且基本都是PhD students （博士生）和Post-docs （博士后），如何和他们相处其实也算是一门学问。作为国际学生，文化差异本身就已是一个困难，而要和不同年龄层的人相处又是另外一个难点。我从中学到的是，不懂一定要问，问得越多说明你想学得越多，没有人指望你可以自学所有的东西。另外就是要有最起码的尊重。这一点看上去很简单，做到真的很难。其实就是，答应别人的事情就要做到，说好的见面时间你要准时。验室里人人都很忙，人家愿意教你，你应存有感恩之心。当然，这一点其实适用于所有人。”

在做研究的过程中，文璧发现做实验和自己原来想的很不一样――采集数据的时间大概只占不到20%，剩下的时间要么是在读文献，要么就是实验失败。实验失败是一个需要面对的大问题，而在实验室待的时间越长，便越能体会到实验失败是一件最平常不过的事情。她常常一边上课一边做实验，经常做到晚上十一二点，有时花了两个星期做出来的东西，测试后发现根本不可行，就只能从头再来。在这样的情况下，她努力调整心态，告诉自己实验失败很平常，要冷静下来分析哪里可能出了问题，从失败的实验中学习。

说到本科生做研究的好处，文璧认为实在太多。首先，这帮助她确定了以后的发展方向――申请攻读化学博士。此外，她在实验室找到了家一般的感觉，在一个关系很融洽的课题组里，大家互相关心、互相帮助，一起参加团队活动，有时还一起出去玩。另外，做研究还给她带来很多参加学术会议、做学术报告的机会，在学校、区域还有全国的会议上，她可以接触到很多做类似研究的人，大家一起讨论交流，这样对自己的实验也很有帮助。最后，做研究还帮她拿到了很多奖学金，减轻了学费的负担……真的是好处多多。

Tina：独立研究让她学得更好、更快乐

Tina是我博士论文的研究对象之一，在我做论文课题的那个学期，她正在一位人类学教授的指导下做independent study （独立研究）。独立研究是由学生选择自己感兴趣的研究主题及指导老师，在得到老师的认可之后选修一定学分，制订目标计划，开展自己的课题研究。在这个过程中，学生要定期向指导老师汇报研究进展，接受老师的个性化指导，最后在期末交一份总报告并由指导老师给出最终成绩。这是一种根据学生个人的兴趣和目标有计划、有指导地开展的个性化学习，需要学生有较强的主动性和探索精神。

Tina的独立研究课题是有关环境治理的，这个课题结合了她的经济学背景以及人类学课上的训练。她的指导教授曾经给她上过人类学课程，Tina很佩服这位教授的博学和严谨的治学精神，想从他那里学到更多，于是在课后主动找教授说出了想要独立做课题的想法。经过细致的沟通，教授在思考权衡之后同意Tina在他的指导下做这个与环境、经济和人文相关的独立研究，历时一个学期，完成之后可获得五个学分。

在那个学期里，Tina与教授每两周见一次面讨论她的课题。见面前几天，Tina会把最近新写好的文章内容发给教授，教授看完后通过邮件回复，提出建议或意见;见面时，他们会对那些需要修改、调整的地方进行讨论，并讨论文章下一步的进展;见面之后，Tina会把两人取得共识的地方进行修改，并把修改版本发给教授，然后继续写新的部分。在这样的模式下，他们两人都很有效率，课题进行得也十分顺利。

采访时，Tina回顾说自己的文章修改过三次，从原来设想的20页写到了41页。研究初期，她想写空气净化口罩的制造，比较偏环境工程方面，但是在研究过程中她对人类学和经济学方面的内容有了更多兴趣，比如人口、死亡率、中国环境发展史、美国和英国环境发展史等。在和教授协商之后，她对研究内容做了一些调整。在最后的报告中，她引用了30多篇文献，圆满完成了这次独立研究任务。其指导教授最后给出了满分4.0的成绩和很高的评价。

谈到做独立研究的收获时，Tina说：

“首先是明白了真正的‘做学问’可以把自己喜欢的东西研究得很深、很透。本科的教学比较广，但是这种independent study就像是研究生在选一个自己喜欢的领域，由面及点。我现在就比较着重于这个‘点’――经济和环境的联系，而且觉得我以后也会做这方面的工作，所以我觉得这个研究对我以后的工作有帮助。

第二个收获是和教授的交流。我之前]有和一位美国教授进行过这样深入的交流，但是（现在）觉得他特别关心我，生活、学习各个方面都为我出谋划策。我觉得留学生在异国他乡，交朋友是一方面，但还是应该有一个人生导师给出很深刻的意见。我的指导教授为我以后的发展方向提供建议，给予我跟他一起做研究的机会，还向他的朋友――比如西雅图一位著名的翻译家――引荐了我。

第三个方面的收获是自信。最开始我觉得做独立研究这个想法很不靠谱，我英语不太好，对相关的知识也不那么了解。虽然我有兴趣，但是我能做好这个课题吗？后来经过这一个学期的磨合、历练，我把自己推到了一个没有想到的高度……我对于最后交出的研究报告还是很满意的。”

Jennifer：本科生做研究应知道的事

针对本科生做研究的话题，我采访了华盛顿大学本科生研究项目中心的主任Jennifer Harris，请她介绍本科生做研究的好处、可能存在的误区以及具体的实践方法。

Jennifer说，在普通的课堂里，学生一般是知识的接受者，但是通过做研究，学生可以成为知识的共同创造者，这是更为高级的学习阶段。在这个过程中，学生把课堂里学到的东西运用到真实的生活中，从而更加清楚他们想做什么、想就读什么专业。同时，做研究也有助于他们增强解决问题的能力，训练批判性思维，收获个人的成长。对本科生来说，很多课都是大课，教授分给每个学生的精力有限，而通过做研究，比如在实验室和教授、博士后、研究生、职工等一起工作，学生会更加有归属感和集体意识。这样，偌大的校园便变小了，他们会得到关注他们成长的老师们的指导，在以后申请研究生或者找工作时更容易获得好的推荐信和意见参考。

此外，Jennifer提到了本科生对于做研究存在认识误区。一个误区是认为只有理工科才有实验。其实很多专业都有实验项目，而且表现形式非常不一样：也许是在医院里观察有自闭症的孩子，也许是去小学统计学生的举手发言情况，也许是评析艺术项目……不光是发生在实验室里的才是实验，各个学科、各个专业都可以有实验，形式五花八门。第二个误区是认为要掌握很多知识才能申请做研究。虽然有些实验室的职位需要学生有一定的基础知识，但更多的时候，学生的热情和兴趣才是最被看重的品质。如果你对某个实验方向很感兴趣，并且勤学好问、愿意动手、为人可靠，哪怕专业知识上稍有欠缺也是有可能被选中的。

那么，本科生如果有兴趣做研究，应该怎样行动呢？

Jennifer首先推荐大家到学校的本科生研究项目中心去拜访询问。那里有专门的、经过专业培训的工作人员提供一对一的咨询辅导，服务内容广泛，包括怎样搜索机会、撰写联系邮件、修改简历、准备面试等，他们能够带着学生一步一步通过申请流程，引荐学生获取正确的资源。

其次，大家可以在网站上搜索实验室职位空缺，或是搜索合适的专业、教授来询问，每次可以发出3～5个申请，然后耐心等待回复。

量子化学论文范文第5篇

【关键词】油田硫化氢，腐蚀机理，防护，现状，发展

中图分类号：R142文献标识码： A

一、前言

油田硫化氢的腐蚀已经对人们的生活造成了一定程度的破坏，如何对油田进行安全且合理的开采，已成为专业人士所重视的课题。

二、油田硫化氢腐蚀概况

油气井开发过程中，从钻杆到套管、油管、井口装置、井下工具、输气管道，都存在不同情况的腐蚀。研究如何安全高效地防止硫化氢腐蚀成为勘探和开发硫化氢气藏的一个重要课题。

1.对金属的腐蚀

在绝大多数油田井腐蚀中，产出液含水量及其组成对腐蚀起着决定性作用。油田开发初期含水率较低，腐蚀并不严重。但随着含水率的升高，井下管柱的腐蚀变得日益严重。

2.对水泥环的腐蚀

硫化氢能破坏水泥石的所有成分，水泥石所有水化产物都呈碱性，硫化氢与水泥石水化产物反应生成CaS、FeS、Al2S3，硫化氢 含量大时生成Ca（HS）2，其中FeS、Al2S3等是没有胶结性的物质。如果水泥环耐硫化氢腐蚀，则可以阻挡硫化氢对套管的腐蚀。而溶于潮气中的硫化氢腐蚀性更强。

三、防硫化氢完井工艺现状

1.选择耐腐蚀材质

井下管柱、井下工具以及井口装置,是油井生产的关键设备,若出现腐蚀破坏会危害油井安全生产,不同腐蚀介质对不同材质的腐蚀程度存在很大差异,为了延长设备的使用寿命,保证生产和作业安全,节约成本,需要合理选择材质。井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质；油套管可选用防硫或既抗硫化氢又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管；井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣。主要还是应根据油井腐蚀环境,确定合适的管材。但在耐腐蚀的材质选择上还存在一些不足。

井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质,如使用35CrMo、13Cr、AISI4140(18-22Cr)等或合金钢;油套管可选用防硫或既抗H2S又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管,在管柱结构上,为保证井口安全、减缓套管、油管的腐蚀,一般多采用了封隔器完井。井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣,如FOX 、3SB等气密封性较好的特殊密封扣,以保证气密封性;根据安全开采期投资收益的高低选择适当的抗硫管材。

2.涂层防腐

涂层在金属表面形成一层牢固的薄膜,使金属与腐蚀介质和腐蚀环境隔离,从而达到防腐的目的。此方法简便易行,因此在油田防腐中广泛应用。保护性涂层分为金属涂层与非金属涂层,大多数金属涂层采用电镀或热镀的方法实现,非金属涂层绝大多数是隔离性涂层,其主要作用是把金属材料与腐蚀介质隔开,非金属涂层可分为无机涂层与有机涂层。

为获得良好的涂层防腐效果,一方面金属表面在敷涂层之前应进行处理,达到一定要求;另外涂层材料应具有必要的物理、化学性能,在金属表面应有较强的附着力;具有一定的机械强度,耐磨、耐撞击、耐冲刷和具有一定疲劳强度;涂层对环境的温度、湿度、酸碱度应有一定的耐受性,从而具有优良的防腐性能。使用防腐涂层可以极大提高油管的抗腐蚀性,目前由于油气井作业的复杂性,涂层使用还存在较大的限制。

3.缓蚀剂保护技术

缓蚀剂是用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂,又称腐蚀抑制剂。主要是防止电化学失重腐蚀,对氢脆和硫化物应力腐蚀破裂也有一定的减缓作用。使用缓蚀剂有以下明显的优点:基本上不改变腐蚀环境,就可获得良好的防腐蚀效果;基本不增加设备投资,操作简便,见效快;对于腐蚀环境的变化,可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果;同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。

4.电化学方法防腐

电化学保护就是利用外部电流使金属电位发生改变从而达到减缓或防止金属腐蚀的一种方法。保护法包括阴极保护和阳极保护。阴极保护主要是对套管柱的保护,对于超深井,需要进一步的探讨。阳极保护法是通过控制电压,使阳极电位达到钝化电位,最终达到保护金属的目的,阳极保护作为防腐措施在油气田应用较少

四、油田硫化氢腐蚀及防护重要性及危害

在钻井作业中，硫化氢主要来自于地层。原始有机质转化为石油和天然气的过程中会产生硫化氢。硫化氢贮藏在地层中，当我们进行钻井作业时将地层打开，地层内的硫化氢气体释放出来，进入井眼内，对井眼内的钻头、钻具和套管产生很强的腐蚀作用。同时硫化氢向上运移到达地面，如果没有预防措施或突然发生?喷失控，大量硫化氢从井里喷出，势必造成严重的灾难性事故。因此钻井现场必须有硫化氢预警装置，有预防设施，并且每一位现场职工都清楚硫化氢的危害性及紧急逃生路线，以防发生事故时，能够快速离开危险区域，杜绝事故的发生。

硫化氢的职业危害大部分是由硫化氢对设备腐蚀造成泄漏而引发的，在钻井作业中，硫化氢对油气田设备的腐蚀主要包括电化学腐蚀和硫化物的腐蚀破裂。钻具暴露在空气中或在井内钻井液中，受到硫化氢的腐蚀，发生电化学反应，放了出氢气，渗入钢材内部，体积增大，在金属内部产生很大应力，致使低强度钢和软钢发生鼓泡，高强度钢产生裂纹，使钢材变脆，再受外力断裂，产生“氢脆”现象。硫化氢腐蚀会造成钻具发生氢脆断裂而无法压井，被迫完钻。尤其在含硫油气田钻井中，硫化氢对油管、套管、钻杆腐蚀比较严重，其中由于钻杆受到拉、压、挤、扭、冲等复杂载荷的作用，且工作环境十分恶劣，造成钻杆的硫化氢腐蚀最为严重。

五、控制油田硫化氢腐蚀及防护的措施

目前，我国已开发的油气田均不同程度含有硫化氢气体，其中部分油气田含量较高一些。由于现场员工对于其特性及危害性认识程度不高，再加之现场的管理和防范措施不到位，曾经引发了多起硫化氢中毒事故，对职工的生命安全构成了很大威胁。因此，为确保人身安全，杜绝硫化氢中毒事故的发生，加强防硫化氢中毒的这项工作就显得越发重要。因此需要采取有效措施，做好防范工作

1.“培训”：在上岗前首先要接受硫化氢防护技术的培训。对可能接触硫化氢气体的所有作业人员应经过专门机构的培训，使其明确硫化氢的特性及其危害，明确硫化氢存在的地区应采取的安全措施，以及推荐的应急预案和急救程序。另外对于工作人员进行现有防护设备的使用和训练，最终经考试合格后，取得有资质的机构颁发的相应证书后方可上岗。

2.“准入”：培训考核合格取得上岗资质才能够进入含硫化氢现场。对于涉及接触含硫化氢环境作业的本岗位人员和外来人员都要办理准入手续。使其明确自身工作环境中的风险以及遇到该风险时应该采取的安全措施以及推荐的应急救护程序，从而最大限度的避免人身伤亡事件。

3.“防护”：在进入含硫化氢环境作业之前一定要采取防护措施。施工单位应按规定为现场作业人员配备足够数量的正压式空气呼吸器；并且要放在作业人员能迅速取用的方便位置。

4.“警示”：在可能遇有硫化氢的作业井场必须要在井场的入口处设置上明显、清晰的警示标志。

5.“警报”：当空气中硫化氢含量超过阈限值时，现场所有的监测设备应能自动报警。

6.“预案”：制定应急预案，是保证作业安全进行的前提

在进入含硫化氢地区作业前做好应急管理工作，制定一个切实可行、有效的应急预案，是保证作业安全进行的前提。一旦作业场所内有硫化氢气体超标的情况，应急预案将能够控制现场事故的扩大，降低事故后果的严重程度，保证现场人员的生命健康。

六、油田硫化氢腐蚀及防护的发展方向

1.因为高酸性油气田具有高压、高含硫化氢以及高流速等恶劣的腐蚀环境。所以建立一整套高流速、高含硫化氢的试验评价方法以及苛刻环境中油井管的腐蚀评价标准和规范十分必要。

2.由于缓蚀剂体系的复杂性,以往的研究集中在用电化学和表面分析探讨缓蚀剂结构参数与缓蚀性能的关系,而对用量子化学计算缓蚀剂与材料的相互作用研究甚少,将这3种方法结合,能建立更加完善的腐蚀控制机理模型。

3.面向工程的神经网络技术、模糊数学及灰色系统理论发展较快,已运用于腐蚀科学。用这些技术研究缓蚀剂,在预测缓蚀效率、模拟缓蚀现象和建立缓蚀模型方面有广阔的前景。

4.油气井中设备的局部腐蚀(点蚀、应力腐蚀、氢致开裂等)也很严重,而对防止局部腐蚀的缓蚀剂研究相对较少。搞好衡钻井，设计人员要弄清楚可能含硫的层位、深度、含硫量、地层压力，在一次井控上做到衡钻井。在施工过程中进行地层压力监测，发现与设计有出入者立即告知设计单位并要求更改设计。保证全过程的衡钻井，将硫化氢控制在地层内。 在井筒内消除硫化氢。在钻井液中通过调整 pH 和使用硫化氢化学清除剂的方法，使硫化氢在井筒内转化为其他无毒物质。化学药品用得越多,药品间的适配越难。因此, 多功能缓蚀剂,而且应多利用炼油副产品作为原料,降低成本,节约资源。

七、结束语

本文介绍了油田硫化氢的腐蚀原理和防护工艺的现状及发展趋势，相信不久之后，就能够进行危害相对减小的对含硫化氢的油田进行开采，而这一课题将会是我国油田开采的一大进展。

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