SEW N80油套管在油田采出液中的SRB腐蚀分量

毕宗岳，赵 俊，赵 晶

（1.宝鸡石油钢管公司 钢管研究院 国家石油天然所管材工程技术研究中心，宝鸡721008；2.中国石油装备制造分公司，北京100027）

硫酸盐还原菌（SRB），广泛存在于油气井缺氧环境中，并会对油气井中的金属造成严重腐蚀［1］。据报道，美国每年77%的油井管腐蚀是由SRB造成［2］。也有统计表明，英国每年由SRB腐蚀造成的经济损失是0.8亿美元，美国是1亿美元［3-5］。N80油套管是长庆油田大量使用的油套管之一［6-7］，截止2010年底，长庆油田累计套损油水井1500多口，约占总井数的5%，其中不乏由SRB腐蚀所引起［8-10］。本工作以长庆油田庆二联采出水为试验溶液，从中分离培养出SRB细菌来研究SEW N80油套管的SRB腐蚀分量。

1 试验

1.1 试验材料

试验材料选用SEW N80油套管，其化学成分见表1。腐蚀介质为长庆油田庆二联采出液，其水质分析按SY／T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和SY／T 5523-2006《油田水分析方法》规定进行。SRB按SY／T 0532-2012《油田注入水细菌分析方法 绝迹稀释法》进行分析测试。

1.2 SRB富集

SRB的富集培养基：磷酸氢二钾0.25g，氯化铵0.5g，硫酸钠0.25g，氯化钙0.05g，硫酸镁1.0g，乳酸钠（液体）1.75g，酵母汁0.5g；蒸馏水500mL，调节pH至7.0～7.4。在0.1MPa，121℃条件下灭菌20min。培养前在培养基中加入用紫外灯照射除菌的3%的硫酸亚铁铵溶液5mL和1%的维生素C溶液5mL。

表1 SEW N80油套管钢化学成分Tab.1 Chemical composition of SEW N80oil casing%

将配好的SRB液体富集培养基倒入250mL锥形瓶100mL，在其上方倒入50mL液体石蜡进行密封隔氧，在0.1MPa，121℃灭菌20min，然后在超净工作台进行接种。将长庆油田庆二联采出液按5%的接种量接于液体富集培养基内，37℃厌氧培养5～7d。待培养基变成墨汁色且瓶口处散发出臭鸡蛋味时，表明富集液中已有大量SRB繁殖。

1.3 SRB分离、纯化

SRB分离、纯化固体培养基：磷酸氢二钾0.25g，氯 化 铵0.5g，硫 酸 钠0.25g，氯 化 钙0.05g，硫酸镁1.0g，乳酸钠（液体）1.75g，酵母汁0.5g；蒸馏水500mL，调节pH至7.0～7.4。加入2%的琼脂粉，煮沸至透明状态封装，在0.1MPa，121℃灭菌20min。培养前在培养基中加入用紫外灯照射除菌的3%的硫酸亚铁铵溶液5mL和1%的维生素C溶液5mL。

从已有大量SRB繁殖的富集培养中吸取0.1mL菌液均匀涂布于SRB固体培养基表面。同时在真空干燥器的底部放一培养皿，培养皿中放入足量的焦性没食子酸。在超净工作台接种好固体培养基后，向干燥器底部培养皿中迅速加入过量的10%NaOH溶液，将固体培养基放置于隔板上，用抽真空水泵将真空干燥器中的空气抽出后将干燥器置于恒温培养箱37℃培养4～5d。观察固体平板上菌落生长状况，将长出的黑色单菌落在SRB固体培养基平板上继续划线分离进行纯化，连续进行5～6次即可获得纯的菌株。

1.4 腐蚀测试

腐蚀测试包括失重和电化学极化，测试温度为原水样温度，失重试样尺寸为50mm×10mm×3mm，将试样整体置入腐蚀液体中，浸泡7d。电化学试样尺寸为φ10mm×3mm。将长庆油田庆二联采出液制备成以下四种介质进行测量：①原采出液；②灭菌的采出液；③灭菌采出液＋SRB的生长营养液；④灭菌采出水＋SRB的生长营养液＋SRB。失重测试时间为7d。电化学极化测试介质与失重相同，浸泡时间为3d，参比电极为饱合甘汞电极（SCE），辅助电极为铂电极，扫描范围为-1.0～-0.4V。

2 结果与讨论

2.1 水质分析及SRB培养

长庆油田庆二联采出液水质分析结果见表2。由表2可知，庆二联采出液的SO42-，S2-，Cl-，Ca2＋和Mg2＋等离子质量浓度分别达到490.6mg／L，4.2mg／L，137.5.8mg／L，490.6mg／L和145.9mg／L，SRB含量超过103个／mL，其矿化度高达49 277.5mg／L，该水质容易引起腐蚀。

长庆油田庆二联采出液SRB培养情况见图1。其生长曲线见图2，透射电镜照片见图3。由SRB生长曲线可知，SRB的生长周期大约为6～7d，生长峰值在第3天，因此，对于腐蚀失重试验，设定试验时间为7d，对于腐蚀电化学试验，设定浸泡时间为3d。从SRB的透射电镜照片可以看到长庆油田庆二联采出液中的SRB呈棒状，身长大约2.5μm，无端生鞭毛，属不带鞭毛的杆状菌（Bacillus）。

表2 长庆油田庆二联采出液水质分析结果Tab.2 Water analysis results of Qingerlian produced water in Chnagqing oil field

2.2 失重试验

表3是SEW N80管在长庆油田庆二联采出液中失重测试结果。由表3可见，SEW N80母材与焊缝腐蚀速率基本相同，均在0.063mm／a左右；SRB生长营养液不具有腐蚀性且对原采出液的腐蚀性不造成影响；SEW N80母材和焊缝在长庆油田庆二联采出液中由SRB引起的腐蚀速率占总的腐蚀速率百分比分别为4.99%和2.34%，说明长庆油田庆二联采出液中由SRB引起的腐蚀对总腐蚀速率有一定的贡献，但贡献值不大。

图1 长庆油田庆二联采出液SRB培养情况Fig.1 Conditions of culturing SRB bacteria in Qingerlian produced water of Changqing oilfield：（a） solid culture （b） purification culture

图2 长庆油田庆二联采出液SRB生长曲线Fig.2 Growth curve of SRB in Qingerlian produced water of Changqing oilfield

图3 长庆油田庆二联采出液SRB透射电镜照片Fig.3 TEM image of SRB in Qingerlian produced water of Changqing oilfield

2.3 电化学极化曲线

图4和表4分别是SEW N80油套管在长庆油田庆二联采出液中的极化曲线和电化学极化参数。从图4和表4可知，SEW N80油套管母材与焊缝的耐蚀性能相当，长庆油田庆二联采出液中由SRB引起的腐蚀对总腐蚀速率有一定的贡献，但贡献值也不大，与失重试验结果一致。加入SRB后，极化曲线的阴极斜率增大明显，阳极斜率几乎不变，说明SRB腐蚀主要是增大了阴极反应速率，具有阴极去极化作用。

图4 SEW N80油套管在四种溶液中的极化曲线Fig.4 Polarization curves of SEW N80oil casing in four kinds of media：（a） base metal （b） HFW weld

2.4 腐蚀形貌

图5 是SEW N80油套管在长庆油田庆二联采出液四种介质中的腐蚀扫描电镜照片及能谱分析结果。从图中可以看到，在长庆油田庆二联采出液四种介质中，都呈现出不同程度的局部腐蚀，且腐蚀产物以铁的氧化物为主。

表3 SEW N80油套管在长庆油田庆二联采出液中的失重测试结果Tab.3 Results of weight loss of SEW N80oil casing in Qingerlian produced water of Changqing oilfield

表4 SEW N80油套管在长庆油田庆二联采出液中的电化学参数Tab.4 Electrochemical parameters of SEW N80oil casing in Qingerlian produced water of Changqing oilfield

图5 SEW N80套管在四种介质中的腐蚀形貌和腐蚀产物元素组成Fig.5 Corrosion morphology and element component of product of SEW N80oil casing in four solutions：（a） water （b） sterile water（c） sterile water＋nutrient solution（d） sterile water＋nutrient solution＋SRB

3 结论

（1）长庆油田庆二联采出液中SRB为103个／mL，生长周期大约为6～7d，生长峰值在第3d，身长大约2.5μm，呈棒状，无端生鞭毛，属不带鞭毛的杆状菌。

（2）SEW N80母材与焊缝在长庆油田庆二联采出液中的腐蚀速率基本相同，均在0.063mm／a左右；SEW N80管在长庆油田庆二联采出液中由SRB引起的腐蚀速率占总的腐蚀速率百分比为4.99%，说明长庆油田庆二联采出液中由SRB引起的腐蚀对总腐蚀速率有一定贡献，但贡献值不大。

（3）加入SRB后，电化学极化曲线的阴极斜率增大明显，阳极斜率几乎不变，说明SRB腐蚀主要是增大了阴极反应速率，具有阴极去极化作用。

（4）SEW N80管在长庆油田庆二联采出液四种介质中都呈现出不同程度的局部腐蚀，且腐蚀产物以铁的氧化物为主。

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