垢下細(xì)菌的監(jiān)測(cè)與腐蝕規(guī)律

李 羽 陸 原 劉言霞 張 霖

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300450）

0 引言

油氣田采出液往往會(huì)導(dǎo)致腐蝕和結(jié)垢問題。電解質(zhì)溶液中的酸性溶解氣體，導(dǎo)致管線和設(shè)備發(fā)生以氫去極化陰極過程為主的電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而也會(huì)形成腐蝕產(chǎn)物垢；水體中無機(jī)離子的不配伍，導(dǎo)致一定溫度、壓力、流體狀態(tài)的變化下，發(fā)生無機(jī)結(jié)垢，進(jìn)而部分附著于金屬表面，與產(chǎn)物垢一起，可能導(dǎo)致復(fù)雜的垢下腐蝕。而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中，往往有一定的細(xì)菌菌種，密閉無氧體系滋生了細(xì)菌。細(xì)菌往往附著于金屬表面和垢下，加速繁殖導(dǎo)致產(chǎn)生大量H2S，加速了垢下腐蝕。

在初始細(xì)菌含量條件下，垢下細(xì)菌的生長速率如何？腐蝕情況如何？這些問題，對(duì)于有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

因此，有鑒于此，本文研究了不同含量細(xì)菌存在下，垢下細(xì)菌的生長和腐蝕情況，以期為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的細(xì)菌抑制和腐蝕控制提供有益參考。

1 材料與水質(zhì)

鋼材尺寸為化學(xué)成分如表1所示，鋼片通過逐級(jí)打磨至1500目后，用乙醇清洗后，冷風(fēng)吹干，放入干燥器中干燥4h后，用分析天平稱重后待用。實(shí)驗(yàn)使用的分析天平為德國賽多利斯有限公司生產(chǎn)的BSA224S型分析天平。現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)分析結(jié)果如表2所示。

表1 鋼成分表（wt%）

表2 現(xiàn)場(chǎng)水組成（mg/L）

2 試驗(yàn)方法

2.1 垢下細(xì)菌滲透和成長監(jiān)測(cè)

以如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置展開垢下腐蝕細(xì)菌的生長。圖1中左右兩端為L型玻璃管，中間以類似于法蘭連接的方式連接在一起。連接處設(shè)計(jì)為三明治結(jié)構(gòu)的濾膜，用壓實(shí)的CaCO3/FeCO3膜作為滲透介質(zhì)。連接處采用密封緊固件+防漏密封膠的方式。

圖1 細(xì)菌在垢下滲透的測(cè)量方法

開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩端模擬液除氧，左側(cè)加入一定濃度的細(xì)菌（初始SRB含量分別采用SRB含量＜25個(gè)/mL、25-103個(gè)/mL、103-106個(gè)/mL、＞106個(gè)/mL），CaCO3/FeCO3膜采用不同的厚度。由此可以得到細(xì)菌滲透和生長情況。

2.2 垢下細(xì)菌腐蝕實(shí)驗(yàn)

將準(zhǔn)備好的鋼片表面進(jìn)行陰極極化，在相對(duì)于OCP-0.1V的陰極電位下，持續(xù)陰極極化成垢2h，形成較為致密的垢層，然后將垢覆膜的掛片放入右側(cè)介質(zhì)中，14天后取出掛片，除去表面垢樣和腐蝕產(chǎn)物，觀測(cè)表面腐蝕情況。

3 結(jié)果與討論

對(duì)垢下細(xì)菌的成長情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)

表3為不同起始濃度下細(xì)菌和擴(kuò)散滲透垢下細(xì)菌14天生長情況，具體細(xì)菌測(cè)量方法嚴(yán)格按照SY/T 0532-2012 《油田注入水細(xì)菌分析方法絕跡稀釋法標(biāo)準(zhǔn)》 標(biāo)準(zhǔn)方法執(zhí)行。由表3中測(cè)試結(jié)果可知，起始SRB含量為0時(shí)，14天后溶液中細(xì)菌含量為0，垢下擴(kuò)散也為0，這與實(shí)際情況較為相符合。而低細(xì)菌濃度下（＜25 個(gè)/mL），溶液中細(xì)菌含量隨著時(shí)間延長而增加，這是由于細(xì)菌繁殖的結(jié)果。而垢下細(xì)菌則是變化不大，這是由于通過垢下擴(kuò)散到達(dá)另一側(cè)較難，圖1右側(cè)溶液中菌種濃度有限，因此14天后細(xì)菌含量仍很小。起始細(xì)菌含量2,000個(gè)/mL以內(nèi)，14天后溶液中細(xì)菌含量隨著初始細(xì)菌含量的增加而持續(xù)顯著上升，這與文獻(xiàn)報(bào)道的細(xì)菌生長規(guī)律一致。然而，垢下的細(xì)菌含量隨初始細(xì)菌增加卻變化很小，菌含量一直處于較低的濃度水平。起始細(xì)菌含量大于2,000個(gè)/mL以上時(shí)，垢下細(xì)菌含量劇增。這是由于高濃度菌種加大了在垢下的擴(kuò)散過程，導(dǎo)致大量細(xì)菌滲透至垢下的右側(cè)溶液，導(dǎo)致菌種濃度增加，因此細(xì)菌在14天內(nèi)迅速擴(kuò)散生長。

圖2和圖3為采用垢下腐蝕評(píng)價(jià)方法獲得的20#鋼腐蝕狀況，圖片為腐蝕后去除垢物和腐蝕產(chǎn)物后的形貌?？梢钥吹?，不同細(xì)菌含量下，金屬垢下腐蝕差異較大，細(xì)菌影響增大了金屬表面的小孔腐蝕，小孔腐蝕程度與細(xì)菌含量關(guān)聯(lián)較大。低細(xì)菌濃度下，小孔腐蝕顯著，且隨著細(xì)菌濃度增加，腐蝕后樣品顏色加深，孔密度加大。

圖2 不同細(xì)菌含量下，20#鋼的腐蝕速率

圖3 不同起始細(xì)菌含量時(shí)20#鋼表面垢下腐蝕（從左到右為0、25、6000、10000、100000個(gè)/mL）

圖4和圖5為1Cr腐蝕狀況，及腐蝕后去除垢物和腐蝕產(chǎn)物后的形貌?？梢钥吹剑煌?xì)菌含量下，金屬垢下腐蝕差異較大，但垢下腐蝕主要為局部的小孔腐蝕破壞，全面腐蝕較為輕微。尤其是細(xì)菌濃度較低時(shí)，鋼片腐蝕后表面較為光亮，腐蝕產(chǎn)物較少。從腐蝕后金屬表面小孔分布情況來看，小孔腐蝕與細(xì)菌含量關(guān)聯(lián)較大。低細(xì)菌濃度下，小孔腐蝕顯著，且隨著細(xì)菌濃度增加，孔密度加大。高細(xì)菌濃度的情況下，由于細(xì)菌在垢下濃度較大，導(dǎo)致形成了局部閉塞區(qū)，酸度過大而破壞不銹鋼的表面鈍化膜，進(jìn)而加速破壞金屬，導(dǎo)致腐蝕后鋼片顏色較深，發(fā)生活性溶解較多，局部小孔腐蝕反而降低。

圖5 不同起始細(xì)菌含量時(shí)20#鋼表面垢下腐蝕（從左到右為0、25、6000、10000、100000個(gè)/mL）

4 結(jié)語

（1）起始細(xì)菌含量2,000個(gè)/mL以內(nèi)，14天后溶液中細(xì)菌含量隨著初始細(xì)菌含量的增加而持續(xù)顯著上升，但垢下的細(xì)菌含量一直處于較低的濃度水平。起始細(xì)菌含量大于2,000個(gè)/mL以上時(shí)，垢下細(xì)菌含量劇增；

（2）不同細(xì)菌含量下，碳鋼垢下腐蝕主要為局部的小孔腐蝕破壞；

（3）細(xì)菌濃度較低時(shí)，1Cr鋼垢下腐蝕主要為局部的小孔腐蝕破壞；高細(xì)菌濃度的情況下，不銹鋼的表面發(fā)生活性溶解較多，局部小孔腐蝕反而降低。