金秋区块致密气微生物腐蚀控制措施研究及应用

金秋区块致密气是采取加砂压裂工艺进行开采的,在产出水中存在硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和铁细菌(FB)等微生物,研究并证明其存在微生物腐蚀风险,并针对该现象开展了微生物来源和微生物腐蚀控制措施的研究。自从采取控制措施后,截止目前各平台井井筒及集输系统均未发生微生物腐蚀失效现象。

油气田中常见微生物腐蚀研究进展

在油气田注-采-输过程中,管材微生物腐蚀(MIC)问题频发。基于油气田的微生物腐蚀现状,简述了油气田中常见的微生物种类及其腐蚀危害,对微生物与其他腐蚀性因素(CO_(2)、H_(2)S、Cl^(-)和温度)间的交互作用进行了综述,重点探讨了油气田微生物腐蚀机理,并对物理法、生物法和化学法等微生物腐蚀防护技术进行了概述。分析发现,除不同菌种间存在交互作用外,腐蚀性离子与细菌分泌的胞外聚合物(EPS)会共同促进电子跨膜运输速度,加速管材的腐蚀。在有氧条件下,微生物的生命活动会引起金属表面的氧浓差,加剧金属表面的点蚀和缝隙腐蚀;而在无氧条件下,电子载体的不同会导致电子传递方式产生差异,进而影响腐蚀机理。除抗菌耐蚀管材(或涂层)、细菌间竞争、阴极保护等腐蚀防护方法外,复配型杀菌剂和从天然动植物提取物中加工获得的缓蚀剂,可有效地抑制MIC。最后,对MIC过程中发生的生物电化学行为进行了展望,以期为油气田管材的腐蚀防护提供理论指导与技术支持。

致密气油水共存条件下L360N管线钢的微生物腐蚀行为研究

目的通过实验模拟L360N管线钢在致密气油水共存条件下的微生物腐蚀(MIC)行为,探究凝析油对MIC行为的影响。方法模拟6组凝析油体积占比不同的腐蚀环境,结合失重测试和电化学实验分析了凝析油对腐蚀速率的影响规律。通过最大可能计数法(MPN法)计数试片表面的细菌固着量。采用激光显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、光电子能谱仪(XPS)表征分析腐蚀形态和产物形貌、成分。结果凝析油溶于水中会直接影响微生物腐蚀行为。水中存在的凝析油可显著降低L360N管线钢的均匀腐蚀速率,但不同条件下浸泡的试片表面均有明显的点蚀。所有试片表面的细菌固着量都不低于10^(4)cells/cm^(2),且都有生物膜形成,主要化学成分是Fe_(2)O_(3)和FeS。另外,在高凝析油体积占比条件下,膜内的硫化物更倾向于局部沉积,使得生物膜结构更加不均匀。电化学测试表明,随着时间的延长,各条件下的电荷转移电阻(R_(ct))和腐蚀电流密度(J_(corr))都变化至相近水平,凝析油含量升高不能长期抑制膜下固着菌的代谢活性。结论L360N管线钢在不同凝析油体积占比的油水介质中均有MIC发生。其原因在于凝析油含量升高不能完全抑制生物膜的形成,还促使生物膜结构更加不均匀,为固着菌代谢提供了适宜的环境,有利于点蚀的发生。

硫酸盐还原菌在顶空体积变化条件下所致镍的微生物腐蚀研究

目的通过改变厌氧瓶内顶空体积,研究硫酸盐还原菌(SRB)对金属镍的微生物腐蚀(MIC)机理,进而为镍基合金的腐蚀防护提供依据。方法通过生物学检测技术、表面分析技术和电化学技术,评估了金属镍的MIC行为。结果随着顶空体积的增大,更多的H2S以气体的形式析出到顶空,液相中硫化物浓度越低,SRB浮游和固着细胞数越高,点蚀坑越深,镍的腐蚀速率越高。在200mL的固定培养基体积下,顶空体积为90 mL和450 mL的镍试样失重分别是10 mL时的1.1倍和1.4倍,相应的点蚀坑深度分别增加了1.6倍、2.3倍。在孵育7 d后,顶空体积为450 mL时低频阻抗模值最低,同时获得最大的腐蚀电流密度,达到7.64×10^(-6) A·cm^(-2)。结论利用细胞外镍氧化释放的电子在SRB细胞质中进行硫酸盐还原在热力学上是有利的,SRB所导致的镍的腐蚀属于EET-MIC。

不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响

针对油田复杂环境下管材发生腐蚀失效问题,采用SEM、EDS及XRD对试样在不同Cl^(-)浓度下(0 g/L、20 g/L、40 g/L、80 g/L和120 g/L)腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析,通过电化学测试,研究了不同Cl^(-)浓度下SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响。结果发现,Cl^(-)浓度为20 g/L时最适宜SRB生长,但此时SRB对抗微生物腐蚀管材的腐蚀性最小,此后随着Cl^(-)浓度升高,生物膜减少,腐蚀速率增大;当Cl^(-)浓度分别为0 g/L、20 g/L时,在腐蚀产物中检测出FeS和Fe_(3)(PO_(4))_(2),且腐蚀均受阴极反应控制。因此,在不同Cl^(-)浓度下,SRB对抗微生物腐蚀管材性能的影响与试样表面形成的生物膜有关,随着Cl^(-)浓度的增加,SRB对抗微生物腐蚀管材腐蚀作用减小。

石油天然气工业微生物腐蚀的标准化现状

在油气田注水、水力压裂、油气集输与污水处理中,微生物腐蚀已经成为导致石油管材和设备腐蚀失效的主要原因之一。与常见的CO_(2)、H_(2)S和O_(2)等所造成的电化学腐蚀相比,微生物腐蚀具有独特性,它涉及到微生物的生命活动或代谢产物与金属的相互作用。从微生物来源、微生物腐蚀失效和微生物腐蚀标准化3个方面系统综述了石油天然气工业中微生物腐蚀的标准化现状。现有的微生物分析和杀菌剂评价方法和传统的腐蚀试验方法已然不能满足油气行业中微生物腐蚀控制的需求。在微生物及其生物作用的精准识别、微生物腐蚀试验流程的统一和杀菌剂对生物膜的使用效能评价方面存在较多问题。因此,建立微生物腐蚀失效分析程序和微生物腐蚀试验方法、开发微生物腐蚀控制用杀菌剂产品及其效能评价方法是石油天然气工业微生物腐蚀标准化的主要研究方向。

模拟冷却水中不同抑菌方法对不锈钢微生物腐蚀的抑制作用

通过电化学测试和表面分析研究了抑菌剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)和电磁处理对含硫酸盐还原菌(SRB)的模拟冷却水中不锈钢微生物腐蚀的影响。结果表明:抑菌剂1227具有较好的抑菌性能,其质量浓度为20mg/L时抑菌率达100%,添加抑菌剂后不锈钢阻抗模值显著提高,钝态电流密度明显下降,抑菌剂可以起到较好的抑制微生物腐蚀作用;电磁处理对SRB的抑菌作用不佳,最大抑菌率为42.46%,但其对微生物腐蚀的抑制作用与抑菌剂1227相当;模拟冷却水溶液经抑菌剂1227或电磁处理后,浸泡其中的不锈钢的表面生物膜附着量均明显减少。

石油对杀菌剂THPS耐受条件下微生物腐蚀的影响

杀菌剂是海洋油气开采行业防治微生物腐蚀(Microbiologically influenced corrosion,MIC)的常用方法。然而,杀菌剂可能导致微生物腐蚀行为发生改变,同时石油的存在也会对杀菌剂的使用效果造成一定的影响。通过细胞计数、腐蚀失重、表面分析和电化学分析等方法,研究了石油存在下杀菌剂四羟甲基硫酸磷(Tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium sulfate,THPS)对硫酸盐还原菌Desulfobaculum bizertense(简称D.bizertensis)腐蚀行为的影响。结果表明,THPS虽然可以抑制D.bizertensis的生长,但会加剧D.bizertensis对X70管线钢的腐蚀。同时石油的加入,使腐蚀电位进一步升高,表明即便添加了杀菌剂,石油仍会促进D.bizertensis对X70的腐蚀。该结果为海洋含油环境中杀菌剂的合理使用提供了参考。

ZnO纳米粒子的抑菌性能及其对不锈钢微生物腐蚀的影响

采用微生物培养与检测、电化学测试及表面分析等方法研究了ZnO纳米粒子对硫酸盐还原菌(SRB)的抑菌性能及对304不锈钢的微生物腐蚀行为影响。结果表明:ZnO纳米粒子能够通过接触杀菌作用和催化生成活性氧物质(ROS)从而抑制SRB的活性,抑菌率随ZnO纳米粒子含量的增加而增大,当ZnO纳米粒子质量浓度为100 mg·L^(-1)时,抑菌率达到89.3%;通过ZnO纳米粒子对SRB的抑菌作用,减少了SRB的代谢产物以及在不锈钢表面黏附而形成的微生物膜,降低了不锈钢的钝态电流密度,抑制了不锈钢的微生物腐蚀。

不同参数电沉积混凝土抗微生物腐蚀性能研究

针对污水管道混凝土结构受微生物腐蚀问题,利用电化学技术将铜复合物沉积到混凝土表面,赋予其抗腐蚀性;通过电沉积试验、微生物抑制试验,使用平板菌落计数法,分析沉积时间和电流密度对复合铜膜沉积效果和混凝土抑菌性能的影响。结果表明,混凝土经过电沉积技术处理具有良好的杀菌能力,样本抑菌率均超过70%。抑菌效果随沉积时间及电流密度的增加而提升,当电流密度为5 A/m^(2)、沉积时间为5 d时试件的抑菌率可达89.5%。

抗微生物腐蚀管材在SRB/CO_(2)环境中膜特征及其腐蚀行为

目的通过试验观察硫酸盐还原菌(SRB)/饱和CO_(2)对抗微生物腐蚀管材的腐蚀特征,探究SRB对CO_(2)腐蚀的影响。方法通过细菌计数得到有、无饱和CO_(2)环境中浮游SRB的生长曲线。通过浸泡试验,获得SRB、饱和CO_(2)、SRB+饱和CO_(2)(3种不同环境)对腐蚀速率的影响。采用SEM、EDS及XRD对试样在3种不同环境中腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析。通过腐蚀电化学测试,研究3种不同环境中对抗微生物腐蚀管材腐蚀的影响。结果CO_(2)腐蚀和SRB腐蚀相互抑制,同时CO_(2)作为SRB生长的迟效碳源,为SRB的二次生长提供能量。整个腐蚀过程受CO_(2)腐蚀、细菌正常生长代谢形成生物膜、膜层易开裂和脱落等影响。浸泡15 d后,极化电阻呈现Rp(SRB)>Rp(SRB+饱和CO_(2))>Rp(CO_(2))规律。在含SRB环境中,由于SRB参与腐蚀反应后,将硫酸盐还原产生H2S,H2S与Fe2+反应生成FeS,少许FeS与空气接触会生成单质S,使得该环境中检测出的S元素比无菌环境中高。结论SRB+饱和CO_(2)环境中,生物膜的形成提高了腐蚀产物膜的结合力,导致穿越膜层的腐蚀性离子减少,减缓了腐蚀,所以SRB的存在对抗微生物腐蚀管材的CO_(2)腐蚀具有明显抑制作用。

工业循环水电解处理抑制微生物腐蚀研究

选取工业循环水中3种典型的细菌作为研究对象,系统研究了电解在高效除垢的同时所附带的杀菌效果及对微生物腐蚀的影响。结果表明,电解可有效抑制微生物腐蚀进程。经电解后,异养菌、硫酸盐还原菌和铁细菌的数量分别由5.4×10^(5)CFU/mL、170个/mL和400个/mL降至4.3×10^(4)CFU/mL、50个/mL和95个/mL。腐蚀挂片实验中,3种细菌的增殖速度大幅减慢,挂片上的生物黏泥湿重量由0.117 g/cm^(2)降至0.038 g/cm^(2),黏泥中胞外聚合物湿重量由1245.52μg/cm^(2)降至457.84μg/cm^(2),碳钢挂片的腐蚀速率由0.613 mm/a降至0.325 mm/a。

J55套管钢CO_(2)和微生物腐蚀行为的研究

通过模拟井下环境的均匀和局部腐蚀试验,结合电化学测试分析,研究了J55套管钢的腐蚀行为和腐蚀机理。结果表明:随着温度的升高,J55套管钢的CO_(2)均匀腐蚀速率逐渐增大,当温度达到60℃时,其腐蚀速率达到最大值,即1.017 5 mm/a,并且局部腐蚀最为严重。SRB、TGB导致J55套管钢的均匀腐蚀速率明显增大,局部腐蚀程度显著增强。在单独CO_(2)腐蚀环境中,J55套管钢的阴极和阳极均表现为活化反应,自腐蚀电位下的腐蚀电流密度为阴极反应过程所控制。随着温度的升高,其电化学腐蚀热力学趋势增强,当温度达到60℃时,J55套管钢动力学阻力达到极小值点,自腐蚀电流密度最大。SRB、TGB使J55钢在CO_(2)腐蚀环境中的自腐蚀电位明显降低,并显著促进了CO_(2)腐蚀的阴极氢去极化过程,导致J55钢的阳极溶解加速。

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高Ni Ti合金的耐腐蚀性能。方法利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后Ni Ti合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO_(2)、β相以及少量的Ti O相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni2+浓度下降了约1/3。结论以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。

循环冷却水系统中微生物腐蚀的研究进展

综述了金属管道中微生物腐蚀的主要机理、控制策略以及新型缓蚀药剂的研究进展,特别阐述了对以植物或微生物提取物、天然聚合物和氨基酸类衍生物为主的绿色缓蚀剂的最新研究成果,总结了微生物腐蚀控制过程中存在的主要问题,并对今后的研究方向进行了展望。

霉菌对棉织物的生物腐蚀特性

为了研究霉菌对棉织物的腐蚀特性,从真实霉变的棉T恤衫、衬衫和毛巾上分离纯化霉菌微生物。根据形态学和ITS序列分析将分离纯化的5种霉菌鉴定为黑曲霉、土曲霉、桔青霉、芽枝状枝孢霉和杂色曲霉。并将纯化后的霉菌微生物制成孢子悬浮液接种到纯棉漂白织物上,在富集营养培养基上进行霉菌生物腐蚀实验。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对腐蚀前后棉织物的微观形貌、分子结构和结晶度进行表征,讨论5种霉菌微生物对棉织物的生物腐蚀特性。结果表明:5种霉菌均使棉纤维上出现腐蚀造成的纵纹和孔洞,其中桔青霉、土曲霉和芽枝状枝孢霉对棉织物的生物腐蚀较严重。研究结果可为阐明霉菌对棉织物的生物腐蚀机理提供支持,为抑制棉织物生物腐蚀提供参考。

航空燃油系统微生物腐蚀研究进展

微生物腐蚀是当前各工业环境中普遍存在的严重问题,且微生物腐蚀影响范围广、危害大,而目前使用的防治措施的效果不明显。从常见的微生物腐蚀现象切入,以航空燃油系统中存在的微生物对金属材料的腐蚀为背景,主要介绍了航空燃油系统中常见的微生物种类,并综述了这些微生物对航空用材腐蚀行为的影响,以及常见的微生物对其他金属材料的腐蚀机理,以期为不同环境下微生物腐蚀的机理研究、探索新型高效的微生物腐蚀防治措施提供有效参考。

海洋用金属材料的微生物腐蚀研究进展

虽然海洋环境下所使用的金属材料的机械性能和耐蚀性能都较好,但近年来关于海洋工程材料腐蚀失效的报道却越来越多。以海洋环境下金属材料的腐蚀为背景,重点介绍了近年来逐渐引起人们重视的金属材料微生物腐蚀的研究进展。一些经典的腐蚀理论虽然能够解释一些微生物腐蚀现象,但是目前微生物腐蚀逐渐成为很多工业环境下普遍存在的严重问题,这些机理的片面性也就逐渐暴露出来。随着研究的深入,人们对微生物腐蚀机理的认识更加全面、深入。研究者逐步提出了基于生物能量学和生物电化学的微生物腐蚀理论,该理论引入了微生物胞外电子传递过程,解释了微生物为什么和如何腐蚀金属材料,并获得了学术界的普遍认可。为了解决传统抗微生物腐蚀方法的诸多不足,开发新型抗菌材料、研发环保型杀菌剂和杀菌剂增效剂将会为微生物腐蚀防治提供新思路。

中美管道内微生物腐蚀控制标准对比分析

研究表明,管道在电化学腐蚀和微生物腐蚀联合作用下,腐蚀速率和危害性很高。我国在管道微生物腐蚀检测、预测和控制方面还处于初级阶段,特别是输送成品油管道、输送俄罗斯原油管道和输送酸性气体管道,因硫含量较高,具备发生微生物腐蚀的条件。以美国标准NACE TM0212-2012,介绍了美国在管道内微生物腐蚀方面的先进经验,结合我国国家标准和管道工程实践进行了对比分析,分别提出了在管道设计、施工、试压、投产和运行阶段预防、减缓微生物腐蚀的措施和建议。研究成果对于提高我国管道腐蚀防护技术水平具有重要意义。

L245及20#钢的微生物腐蚀行为研究

本研究以L245管线钢和20^(#)碳钢为对象,通过比较实验、电化学测试和金相分析,研究了这两种金属在微生物环境下的电化学腐蚀行为和腐蚀形貌。结果表明,在相同外部环境条件下,硫酸盐还原菌(SRB)的存在会加速L245和20^(#)钢表面的腐蚀破坏。SRB促进了阳极去极化作用,从而加速了腐蚀反应。实验后期,SRB活性减弱,导致腐蚀速度呈先增大后减小的趋势。L245和20^(#)钢表面主要出现点蚀腐蚀形貌,微生物的存在会增加点蚀坑的数量和深度,并且在金属表面形成微生物代谢产物覆盖层,进一步加剧了腐蚀破坏程度。