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技術(shù)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(shù)行業(yè)檢測重點是檢測美國頁巖基礎(chǔ)設(shè)施中用作腐蝕劑的硫酸鹽還原菌（SRB）。不過，幾個主要機構(gòu)的研究人員發(fā)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(xué)基金和美國能源部的資助下，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(huán)。該井位于俄亥俄州法拉盛附近尤蒂卡頁巖地層。

負責(zé)該項研究的是俄亥俄州立大學(xué)環(huán)境微生物學(xué)家、高級研究員Mike Wilkins。他表示“這口井里可以持續(xù)拉上來一些液體，可能已經(jīng)在裂縫中幾個月了，這對于了解井下的化學(xué)和生物情況不失為一個好辦法。”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監(jiān)測和緩解壓裂頁巖中的產(chǎn)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(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(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，“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)硫微生物會給鉆井作業(yè)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(huán)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(zhì)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(jié)果

Wilkins的團隊此前發(fā)現(xiàn)，有一種細菌家族--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。

在開始對井液進行抽水和取樣后的10天內(nèi)，研究人員發(fā)現(xiàn)鹽厭氧菌屬細菌家族在細菌群落中占有近乎 100%的主導(dǎo)，在接下來的100天內(nèi)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(yīng)的酶。過程中，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，如果這兩種酶同時出現(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。

為了證實這一點，研究人員培養(yǎng)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(chǎn)生了兩種酶。在培養(yǎng)物中喂食硫代硫酸鹽時，就會產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(huán)是一個微生物過程，而不是非生物過程，”Wilkins說。

現(xiàn)有微生物腐蝕（MIC）檢測存在的問題

根據(jù)Wilkins的說法，目前大多數(shù)行業(yè)檢測只通過搜索SRB活性來監(jiān)測這些微生物。“硫酸鹽還原菌（SRB）在海水和地下水中十分常見，會將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，”他說。因此，需要努力確保使用低硫酸鹽混合液進行壓裂注入。

不過，在上述案例研究中，并沒有證據(jù)集中發(fā)現(xiàn) SRB。基于此，Wilkins表示，許多現(xiàn)有的行業(yè)測試可能會誤導(dǎo)油井操作員認為沒有產(chǎn)生硫化物。當然，在現(xiàn)實中，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：“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它們有所行動。” 他還補充說，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)了鹽厭氧菌屬細菌家族。

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