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技術聚焦：壓裂井MIC檢測需要新方法

2021-05-17 11:13:07 作者：Ben DuBose 來源：AMPP雜志《材料性能》分享至：

多個細菌家族都會引起微生物腐蝕（MIC）

目前，大多數行業檢測重點是檢測美國頁巖基礎設施中用作腐蝕劑的硫酸鹽還原菌（SRB）。不過，幾個主要機構的研究人員發表的案例研究顯示，以上檢測可能漏掉了一個單獨的細菌家族，是硫化物毒性、腐蝕性的“始作俑者”。在美國國家科學基金和美國能源部的資助下，俄亥俄州立大學、西弗吉尼亞大學和美國太平洋西北國家實驗室決定研究一口水力壓裂井中的微生物群催化循環。該井位于俄亥俄州法拉盛附近尤蒂卡頁巖地層。

負責該項研究的是俄亥俄州立大學環境微生物學家、高級研究員Mike Wilkins。他表示“這口井里可以持續拉上來一些液體，可能已經在裂縫中幾個月了，這對于了解井下的化學和生物情況不失為一個好辦法。”研究人員發現，石油和天然氣行業可能需要采用新的方法來監測和緩解壓裂頁巖中的產硫細菌。

水力壓裂如何影響微生物腐蝕（MIC）

“水力壓裂 ”過程中，需要高壓注入水、沙子和化學品，形成裂縫網，釋放出石油和天然氣，然后將其泵回到地面并進行回收。Wilkins表示，由于水力壓裂法也才用了不到十年，因此，對這些裂縫網中微生物生態系統的了解還不夠多。

“環境非常荒涼，高壓、高鹽度，溫度在地下2000米左右。”Wilkins解釋說，“相關行業已經花了很多很多錢，不讓微生物入侵到這些壓裂系統”。

這些產硫微生物會給鉆井作業人員帶來一系列問題，包括金屬管道的腐蝕降解問題、以及鉆井平臺上被暴露于有毒的環境中。Wilkins說，硫化氫（H2S）也會使油井“變酸”，因此必須從油氣中分離出來，分離的過程造價不菲。此外，他補充說，微生物會通過生物質或排泄沉淀物的形式，填充微小的裂縫，對開采過程不利。

在金屬管道中，這種微生物腐蝕（MIC）最常見的形式就是局部點蝕。

微生物腐蝕（MIC）和裂縫研究結果

Wilkins的團隊此前發現，有一種細菌家族--鹽厭氧菌屬，尤其出現在壓裂井生態系統中。這些細菌可以將井內環境中的硫代硫酸鹽轉化為硫化物，這正好與硫酸鹽還原菌（SRB）相反。

在開始對井液進行抽水和取樣后的10天內，研究人員發現鹽厭氧菌屬細菌家族在細菌群落中占有近乎 100%的主導，在接下來的100天內均得以保持。

隨后，研究人員對基因進行了檢查，以尋找可以催化硫反應的酶。過程中，他們發現了硫氰酸酶，這是一種能夠將硫代硫酸酯還原為亞硫酸鹽和元素硫的酶。他們還發現了厭氧亞硫酸還原酶，這是一種能將亞硫酸鹽還原為硫化物的酶。Wilkins解釋說，如果這兩種酶同時出現在油井環境中，就有可能將硫代硫酸鹽轉化為硫化物。

為了證實這一點，研究人員培養了從井樣中分離出來的鹽厭氧菌屬。在他們的實驗中，實驗室生長的細菌產生了兩種酶。在培養物中喂食硫代硫酸鹽時，就會產生硫化物。該團隊還測量了微生物喜歡消耗的一種特殊硫同位素，發現隨著時間的推移，井樣中的硫同位素減少了。

“這說明井中看到的硫循環是一個微生物過程，而不是非生物過程，”Wilkins說。