垢下細菌的監測與腐蝕規律

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導致腐蝕和結垢問題。電解質溶液中的酸性溶解氣體，導致管線和設備發生以氫去極化陰極過程為主的電化學腐蝕，進而也會形成腐蝕產物垢；水體中無機離子的不配伍，導致一定溫度、壓力、流體狀態的變化下，發生無機結垢，進而部分附著于金屬表面，與產物垢一起，可能導致復雜的垢下腐蝕。而現場生產過程中，往往有一定的細菌菌種，密閉無氧體系滋生了細菌。細菌往往附著于金屬表面和垢下，加速繁殖導致產生大量H2S，加速了垢下腐蝕。

在初始細菌含量條件下，垢下細菌的生長速率如何？腐蝕情況如何？這些問題，對于有效指導現場生產具有重要的理論和實踐價值。

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

1 材料與水質

鋼材尺寸為化學成分如表1所示，鋼片通過逐級打磨至1500目后，用乙醇清洗后，冷風吹干，放入干燥器中干燥4h后，用分析天平稱重后待用。實驗使用的分析天平為德國賽多利斯有限公司生產的BSA224S型分析天平。現場水質分析結果如表2所示。

表1 鋼成分表（wt%）

表2 現場水組成（mg/L）

2 試驗方法

2.1 垢下細菌滲透和成長監測

以如圖1所示的實驗裝置展開垢下腐蝕細菌的生長。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。連接處設計為三明治結構的濾膜，用壓實的CaCO3/FeCO3膜作為滲透介質。連接處采用密封緊固件+防漏密封膠的方式。

圖1 細菌在垢下滲透的測量方法

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

2.2 垢下細菌腐蝕實驗

將準備好的鋼片表面進行陰極極化，在相對于OCP-0.1V的陰極電位下，持續陰極極化成垢2h，形成較為致密的垢層，然后將垢覆膜的掛片放入右側介質中，14天后取出掛片，除去表面垢樣和腐蝕產物，觀測表面腐蝕情況。

3 結果與討論

對垢下細菌的成長情況進行監測

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

圖2和圖3為采用垢下腐蝕評價方法獲得的20#鋼腐蝕狀況，圖片為腐蝕后去除垢物和腐蝕產物后的形貌。可以看到，不同細菌含量下，金屬垢下腐蝕差異較大，細菌影響增大了金屬表面的小孔腐蝕，小孔腐蝕程度與細菌含量關聯較大。低細菌濃度下，小孔腐蝕顯著，且隨著細菌濃度增加，腐蝕后樣品顏色加深，孔密度加大。

圖2 不同細菌含量下，20#鋼的腐蝕速率

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

圖4和圖5為1Cr腐蝕狀況，及腐蝕后去除垢物和腐蝕產物后的形貌。可以看到，不同細菌含量下，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。尤其是細菌濃度較低時，鋼片腐蝕后表面較為光亮，腐蝕產物較少。從腐蝕后金屬表面小孔分布情況來看，小孔腐蝕與細菌含量關聯較大。低細菌濃度下，小孔腐蝕顯著，且隨著細菌濃度增加，孔密度加大。高細菌濃度的情況下，由于細菌在垢下濃度較大，導致形成了局部閉塞區，酸度過大而破壞不銹鋼的表面鈍化膜，進而加速破壞金屬，導致腐蝕后鋼片顏色較深，發生活性溶解較多，局部小孔腐蝕反而降低。

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

4 結語

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

（2）不同細菌含量下，碳鋼垢下腐蝕主要為局部的小孔腐蝕破壞；

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