技术聚焦：压裂井MIC检测需要新方法

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

多个细菌家族都会引起微生物腐蚀（MIC）

目前，大多数行业检测重点是检测美国页岩基础设施中用作腐蚀剂的硫酸盐还原菌（SRB）。不过，几个主要机构的研究人员发表的案例研究显示，以上检测可能漏掉了一个单独的细菌家族，是硫化物毒性、腐蚀性的“始作俑者”。在美国国家科学基金和美国能源部的资助下，俄亥俄州立大学、西弗吉尼亚大学和美国太平洋西北国家实验室决定研究一口水力压裂井中的微生物群催化循环。该井位于俄亥俄州法拉盛附近尤蒂卡页岩地层。

负责该项研究的是俄亥俄州立大学环境微生物学家、高级研究员Mike Wilkins。他表示“这口井里可以持续拉上来一些液体，可能已经在裂缝中几个月了，这对于了解井下的化学和生物情况不失为一个好办法。”研究人员发现，石油和天然气行业可能需要采用新的方法来监测和缓解压裂页岩中的产硫细菌。

水力压裂如何影响微生物腐蚀（MIC）

“水力压裂 ”过程中，需要高压注入水、沙子和化学品，形成裂缝网，释放出石油和天然气，然后将其泵回到地面并进行回收。Wilkins表示，由于水力压裂法也才用了不到十年，因此，对这些裂缝网中微生物生态系统的了解还不够多。

“环境非常荒凉，高压、高盐度，温度在地下2000米左右。”Wilkins解释说，“相关行业已经花了很多很多钱，不让微生物入侵到这些压裂系统”。

这些产硫微生物会给钻井作业人员带来一系列问题，包括金属管道的腐蚀降解问题、以及钻井平台上被暴露于有毒的环境中。Wilkins说，硫化氢（H2S）也会使油井“变酸”，因此必须从油气中分离出来，分离的过程造价不菲。此外，他补充说，微生物会通过生物质或排泄沉淀物的形式，填充微小的裂缝，对开采过程不利。

在金属管道中，这种微生物腐蚀（MIC）最常见的形式就是局部点蚀。

微生物腐蚀（MIC）和裂缝研究结果

Wilkins的团队此前发现，有一种细菌家族--盐厌氧菌属，尤其出现在压裂井生态系统中。这些细菌可以将井内环境中的硫代硫酸盐转化为硫化物，这正好与硫酸盐还原菌（SRB）相反。

在开始对井液进行抽水和取样后的10天内，研究人员发现盐厌氧菌属细菌家族在细菌群落中占有近乎 100%的主导，在接下来的100天内均得以保持。

随后，研究人员对基因进行了检查，以寻找可以催化硫反应的酶。过程中，他们发现了硫氰酸酶，这是一种能够将硫代硫酸酯还原为亚硫酸盐和元素硫的酶。他们还发现了厌氧亚硫酸还原酶，这是一种能将亚硫酸盐还原为硫化物的酶。Wilkins解释说，如果这两种酶同时出现在油井环境中，就有可能将硫代硫酸盐转化为硫化物。

为了证实这一点，研究人员培养了从井样中分离出来的盐厌氧菌属。在他们的实验中，实验室生长的细菌产生了两种酶。在培养物中喂食硫代硫酸盐时，就会产生硫化物。该团队还测量了微生物喜欢消耗的一种特殊硫同位素，发现随着时间的推移，井样中的硫同位素减少了。

“这说明井中看到的硫循环是一个微生物过程，而不是非生物过程，”Wilkins说。