垢下细菌的监测与腐蚀规律

李 羽 陆 原 刘言霞 张 霖

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300450）

0 引言

油气田采出液往往会导致腐蚀和结垢问题。电解质溶液中的酸性溶解气体，导致管线和设备发生以氢去极化阴极过程为主的电化学腐蚀，进而也会形成腐蚀产物垢；水体中无机离子的不配伍，导致一定温度、压力、流体状态的变化下，发生无机结垢，进而部分附着于金属表面，与产物垢一起，可能导致复杂的垢下腐蚀。而现场生产过程中，往往有一定的细菌菌种，密闭无氧体系滋生了细菌。细菌往往附着于金属表面和垢下，加速繁殖导致产生大量H2S，加速了垢下腐蚀。

在初始细菌含量条件下，垢下细菌的生长速率如何？腐蚀情况如何？这些问题，对于有效指导现场生产具有重要的理论和实践价值。

因此，有鉴于此，本文研究了不同含量细菌存在下，垢下细菌的生长和腐蚀情况，以期为现场生产过程的细菌抑制和腐蚀控制提供有益参考。

1 材料与水质

钢材尺寸为化学成分如表1所示，钢片通过逐级打磨至1500目后，用乙醇清洗后，冷风吹干，放入干燥器中干燥4h后，用分析天平称重后待用。实验使用的分析天平为德国赛多利斯有限公司生产的BSA224S型分析天平。现场水质分析结果如表2所示。

表1 钢成分表（wt%）

表2 现场水组成（mg/L）

2 试验方法

2.1 垢下细菌渗透和成长监测

以如图1所示的实验装置展开垢下腐蚀细菌的生长。图1中左右两端为L型玻璃管，中间以类似于法兰连接的方式连接在一起。连接处设计为三明治结构的滤膜，用压实的CaCO3/FeCO3膜作为渗透介质。连接处采用密封紧固件+防漏密封胶的方式。

图1 细菌在垢下渗透的测量方法

开展实验时，将两端模拟液除氧，左侧加入一定浓度的细菌（初始SRB含量分别采用SRB含量＜25个/mL、25-103个/mL、103-106个/mL、＞106个/mL），CaCO3/FeCO3膜采用不同的厚度。由此可以得到细菌渗透和生长情况。

2.2 垢下细菌腐蚀实验

将准备好的钢片表面进行阴极极化，在相对于OCP-0.1V的阴极电位下，持续阴极极化成垢2h，形成较为致密的垢层，然后将垢覆膜的挂片放入右侧介质中，14天后取出挂片，除去表面垢样和腐蚀产物，观测表面腐蚀情况。

3 结果与讨论

对垢下细菌的成长情况进行监测

表3为不同起始浓度下细菌和扩散渗透垢下细菌14天生长情况，具体细菌测量方法严格按照SY/T 0532-2012 《油田注入水细菌分析方法绝迹稀释法标准》 标准方法执行。由表3中测试结果可知，起始SRB含量为0时，14天后溶液中细菌含量为0，垢下扩散也为0，这与实际情况较为相符合。而低细菌浓度下（＜25 个/mL），溶液中细菌含量随着时间延长而增加，这是由于细菌繁殖的结果。而垢下细菌则是变化不大，这是由于通过垢下扩散到达另一侧较难，图1右侧溶液中菌种浓度有限，因此14天后细菌含量仍很小。起始细菌含量2,000个/mL以内，14天后溶液中细菌含量随着初始细菌含量的增加而持续显著上升，这与文献报道的细菌生长规律一致。然而，垢下的细菌含量随初始细菌增加却变化很小，菌含量一直处于较低的浓度水平。起始细菌含量大于2,000个/mL以上时，垢下细菌含量剧增。这是由于高浓度菌种加大了在垢下的扩散过程，导致大量细菌渗透至垢下的右侧溶液，导致菌种浓度增加，因此细菌在14天内迅速扩散生长。

图2和图3为采用垢下腐蚀评价方法获得的20#钢腐蚀状况，图片为腐蚀后去除垢物和腐蚀产物后的形貌。可以看到，不同细菌含量下，金属垢下腐蚀差异较大，细菌影响增大了金属表面的小孔腐蚀，小孔腐蚀程度与细菌含量关联较大。低细菌浓度下，小孔腐蚀显著，且随着细菌浓度增加，腐蚀后样品颜色加深，孔密度加大。

图2 不同细菌含量下，20#钢的腐蚀速率

图3 不同起始细菌含量时20#钢表面垢下腐蚀（从左到右为0、25、6000、10000、100000个/mL）

图4和图5为1Cr腐蚀状况，及腐蚀后去除垢物和腐蚀产物后的形貌。可以看到，不同细菌含量下，金属垢下腐蚀差异较大，但垢下腐蚀主要为局部的小孔腐蚀破坏，全面腐蚀较为轻微。尤其是细菌浓度较低时，钢片腐蚀后表面较为光亮，腐蚀产物较少。从腐蚀后金属表面小孔分布情况来看，小孔腐蚀与细菌含量关联较大。低细菌浓度下，小孔腐蚀显著，且随着细菌浓度增加，孔密度加大。高细菌浓度的情况下，由于细菌在垢下浓度较大，导致形成了局部闭塞区，酸度过大而破坏不锈钢的表面钝化膜，进而加速破坏金属，导致腐蚀后钢片颜色较深，发生活性溶解较多，局部小孔腐蚀反而降低。

图5 不同起始细菌含量时20#钢表面垢下腐蚀（从左到右为0、25、6000、10000、100000个/mL）

4 结语

（1）起始细菌含量2,000个/mL以内，14天后溶液中细菌含量随着初始细菌含量的增加而持续显著上升，但垢下的细菌含量一直处于较低的浓度水平。起始细菌含量大于2,000个/mL以上时，垢下细菌含量剧增；

（2）不同细菌含量下，碳钢垢下腐蚀主要为局部的小孔腐蚀破坏；

（3）细菌浓度较低时，1Cr钢垢下腐蚀主要为局部的小孔腐蚀破坏；高细菌浓度的情况下，不锈钢的表面发生活性溶解较多，局部小孔腐蚀反而降低。