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技術(shù)聚焦：壓裂井MIC檢測(cè)需要新方法

2021-05-17 11:13:07 作者：Ben DuBose 來(lái)源：AMPP雜志《材料性能》分享至：

多個(gè)細(xì)菌家族都會(huì)引起微生物腐蝕（MIC）

目前，大多數(shù)行業(yè)檢測(cè)重點(diǎn)是檢測(cè)美國(guó)頁(yè)巖基礎(chǔ)設(shè)施中用作腐蝕劑的硫酸鹽還原菌（SRB）。不過(guò)，幾個(gè)主要機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)表的案例研究顯示，以上檢測(cè)可能漏掉了一個(gè)單獨(dú)的細(xì)菌家族，是硫化物毒性、腐蝕性的“始作俑者”。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金和美國(guó)能源部的資助下，俄亥俄州立大學(xué)、西弗吉尼亞大學(xué)和美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室決定研究一口水力壓裂井中的微生物群催化循環(huán)。該井位于俄亥俄州法拉盛附近尤蒂卡頁(yè)巖地層。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究的是俄亥俄州立大學(xué)環(huán)境微生物學(xué)家、高級(jí)研究員Mike Wilkins。他表示“這口井里可以持續(xù)拉上來(lái)一些液體，可能已經(jīng)在裂縫中幾個(gè)月了，這對(duì)于了解井下的化學(xué)和生物情況不失為一個(gè)好辦法。”研究人員發(fā)現(xiàn)，石油和天然氣行業(yè)可能需要采用新的方法來(lái)監(jiān)測(cè)和緩解壓裂頁(yè)巖中的產(chǎn)硫細(xì)菌。

水力壓裂如何影響微生物腐蝕（MIC）

“水力壓裂 ”過(guò)程中，需要高壓注入水、沙子和化學(xué)品，形成裂縫網(wǎng)，釋放出石油和天然氣，然后將其泵回到地面并進(jìn)行回收。Wilkins表示，由于水力壓裂法也才用了不到十年，因此，對(duì)這些裂縫網(wǎng)中微生物生態(tài)系統(tǒng)的了解還不夠多。

“環(huán)境非常荒涼，高壓、高鹽度，溫度在地下2000米左右。”Wilkins解釋說(shuō)，“相關(guān)行業(yè)已經(jīng)花了很多很多錢，不讓微生物入侵到這些壓裂系統(tǒng)”。

這些產(chǎn)硫微生物會(huì)給鉆井作業(yè)人員帶來(lái)一系列問(wèn)題，包括金屬管道的腐蝕降解問(wèn)題、以及鉆井平臺(tái)上被暴露于有毒的環(huán)境中。Wilkins說(shuō)，硫化氫（H2S）也會(huì)使油井“變酸”，因此必須從油氣中分離出來(lái)，分離的過(guò)程造價(jià)不菲。此外，他補(bǔ)充說(shuō)，微生物會(huì)通過(guò)生物質(zhì)或排泄沉淀物的形式，填充微小的裂縫，對(duì)開采過(guò)程不利。

在金屬管道中，這種微生物腐蝕（MIC）最常見(jiàn)的形式就是局部點(diǎn)蝕。

微生物腐蝕（MIC）和裂縫研究結(jié)果

Wilkins的團(tuán)隊(duì)此前發(fā)現(xiàn)，有一種細(xì)菌家族--鹽厭氧菌屬，尤其出現(xiàn)在壓裂井生態(tài)系統(tǒng)中。這些細(xì)菌可以將井內(nèi)環(huán)境中的硫代硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，這正好與硫酸鹽還原菌（SRB）相反。

在開始對(duì)井液進(jìn)行抽水和取樣后的10天內(nèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)鹽厭氧菌屬細(xì)菌家族在細(xì)菌群落中占有近乎 100%的主導(dǎo)，在接下來(lái)的100天內(nèi)均得以保持。

隨后，研究人員對(duì)基因進(jìn)行了檢查，以尋找可以催化硫反應(yīng)的酶。過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)了硫氰酸酶，這是一種能夠?qū)⒘虼蛩狨ミ€原為亞硫酸鹽和元素硫的酶。他們還發(fā)現(xiàn)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(shuō)，如果這兩種酶同時(shí)出現(xiàn)在油井環(huán)境中，就有可能將硫代硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物。

為了證實(shí)這一點(diǎn)，研究人員培養(yǎng)了從井樣中分離出來(lái)的鹽厭氧菌屬。在他們的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的細(xì)菌產(chǎn)生了兩種酶。在培養(yǎng)物中喂食硫代硫酸鹽時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生硫化物。該團(tuán)隊(duì)還測(cè)量了微生物喜歡消耗的一種特殊硫同位素，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，井樣中的硫同位素減少了。

“這說(shuō)明井中看到的硫循環(huán)是一個(gè)微生物過(guò)程，而不是非生物過(guò)程，”Wilkins說(shuō)。

現(xiàn)有微生物腐蝕（MIC）檢測(cè)存在的問(wèn)題

根據(jù)Wilkins的說(shuō)法，目前大多數(shù)行業(yè)檢測(cè)只通過(guò)搜索SRB活性來(lái)監(jiān)測(cè)這些微生物。“硫酸鹽還原菌（SRB）在海水和地下水中十分常見(jiàn)，會(huì)將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，”他說(shuō)。因此，需要努力確保使用低硫酸鹽混合液進(jìn)行壓裂注入。

不過(guò)，在上述案例研究中，并沒(méi)有證據(jù)集中發(fā)現(xiàn) SRB。基于此，Wilkins表示，許多現(xiàn)有的行業(yè)測(cè)試可能會(huì)誤導(dǎo)油井操作員認(rèn)為沒(méi)有產(chǎn)生硫化物。當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)中，研究人員發(fā)現(xiàn)鹽厭氧菌屬--而不是SRB--導(dǎo)致了硫化物的形成。

威爾金斯說(shuō)：“了解哪些微生物正在造成潛在的損害非常重要，這樣油井操作人員就可以更好地針對(duì)它們有所行動(dòng)。” 他還補(bǔ)充說(shuō)，從德克薩斯州到賓夕法尼亞州的裂縫井生態(tài)系統(tǒng)中都發(fā)現(xiàn)了鹽厭氧菌屬細(xì)菌家族。

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