地下金屬因微生物腐蝕引起的損壞約占80%,其中最主要是硫酸鹽還原菌(SRB)引起的腐蝕。SRB是一種以有機物為養料的厭氧型細菌,可以把硫酸鹽還原為硫化物,廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道、油氣井等處。研究發(fā)現，SRB在厭氧條件下會(huì )大量生長(cháng)和繁殖,產(chǎn)生黏液物質(zhì),助長(cháng)垢的形成,造成注水管道堵塞。管線(xiàn)內沉積物及垢下SRB的繁殖,往往會(huì )帶來(lái)嚴重的局部腐蝕，引發(fā)點(diǎn)蝕穿孔，造成很大的經(jīng)濟損失。在美國,77%以上的油井腐蝕是由SRB造成的,其主要特征是點(diǎn)蝕。對于SRB引起的微生物腐蝕，研究者們提出了不同的腐蝕機理用以解釋其誘發(fā)或加速腐蝕的原因，其中較為有名的有陰極去極化理論、局部腐蝕電池理論。但在一些特殊環(huán)境中，SRB引起的腐蝕并未得到深入研究，有研究表明，SRB在高含H2S或高礦化度條件下不能存活，但在高含H2S和高礦化度的油氣田集輸管線(xiàn)以及油井管內也會(huì )發(fā)生嚴重的SRB腐蝕，基于這一現象，本工作對H2S環(huán)境中硫酸鹽還原菌對碳鋼點(diǎn)蝕行為的影響進(jìn)行了研究。

1試驗

1.1試樣

試驗材料為經(jīng)過(guò)冷軋處理的L245NCS管材，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。浸泡試樣尺寸為50 mm×10 mm×3 mm，試驗前用水砂紙(200～800號)逐級打磨；電化學(xué)試樣的工作面積為10 mm×3 mm,背部引出銅導線(xiàn)，非工作面用環(huán)氧樹(shù)脂固封。試驗前，電化學(xué)試樣用水砂紙(200～1 500號)逐級打磨并拋光,丙酮擦洗后用紫外線(xiàn)殺菌備用。

表1 L245NCS鋼的化學(xué)成分

1.2菌種的培養及初步鑒定

試驗菌種來(lái)自勝利油田污水，經(jīng)過(guò)多次劃線(xiàn)法分離、提純培養后獲得。菌種的培養采用API-RP38培養基，培養基組成如下:乳酸鈉3.5 g/L，NH4Cl 1 g/L，CaCl20.1 g/L，K2HPO40.5 g/L，MgSO42 g/L，酵母浸膏1.0 g/L，將上述試劑溶解在去離子水中，定容為1 000 mL。用氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液調節培養基pH至7.2±0.2，并分裝在500 mL廣口瓶(有刻度)中，每瓶不超過(guò)350 mL，瓶口塞上棉塞，用牛皮紙包好，除氧2 h，蒸汽壓力滅菌器(121±1)℃滅菌15 min，將細菌接種于廣口瓶?jì)?于37℃恒溫培養箱中進(jìn)行培養，培養時(shí)間為7 d。剩余菌種在冰箱中0℃保存。

利用SRB測試瓶以及細菌形貌觀(guān)察對SRB進(jìn)行初步確定，SRB生長(cháng)代謝可以產(chǎn)生H2S氣體，判斷SRB是否生長(cháng)的標志是在加有二價(jià)鐵鹽的培養基中,培養基顏色是否變黑。細菌在A(yíng)PI-RP38培養基中培養7 d后，觀(guān)察SRB測試瓶?jì)热芤菏欠褡兒?，同時(shí)，采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察細菌形貌。

SRB觀(guān)察用試樣的制備過(guò)程容下：將試樣浸泡在細菌溶液中20 min→2.5%(質(zhì)量分數)戊二醛固定4 h→磷酸緩沖液洗滌3次→乙醇梯度脫水(質(zhì)量分數為30%、50%、70%、85%、90%的乙醇各1次，100%乙醇2次，15 min/次)→將表面吸附SRB的試樣置于氮氣氛下自然干燥待用。用SEM對吸附在試樣表面的SRB進(jìn)行形貌觀(guān)察。

1.3試驗方法

1.3.1浸泡試驗

腐蝕失重法是將試樣分別浸泡在有、無(wú)SRB的培養基(API-RP38培養基和含油污水培養基)中,然后在恒溫(37±1)℃培養箱中培養，培養3 d后持續通入H2S氣體，使廣口瓶?jì)菻2S一直處于飽和狀態(tài)，每周注入50 mL API-RP38培養基以提供細菌生長(cháng)所需的營(yíng)養物質(zhì)，試驗時(shí)間為30 d。含油污水培養基即在A(yíng)PI-RP38培養基中加入Cl-67 g/L，Ca2+12 g/L。試驗結束后取出試片,在純酒精中浸泡10 min，電吹風(fēng)冷風(fēng)吹干，在掃場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(FEI Quanta 200F)中觀(guān)察試樣表面腐蝕產(chǎn)物形貌，最后經(jīng)常規處理(去除腐蝕產(chǎn)物)后稱(chēng)量。根據式(1)計算腐蝕速率。

式中:A為試樣表面積，cm2；t為腐蝕時(shí)間，h；ρ為試樣密度，g/cm3;w1和w2分別是試樣腐蝕前后的質(zhì)量，g。

1.3.2 SRB檢測

在含油污水培養基中的浸泡試驗結束后，取出試樣，向試驗溶液中通氮氣1 h去除溶液中的H2S(以免影響SRB檢測的陽(yáng)性反應)，之后取1 mL試驗溶液注入提前配好的API-RP38培養基中，此溶液記作1號溶液，培養7 d后，檢測1號溶液中是否含有活性SRB。此外，刮下腐蝕后試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，將腐蝕產(chǎn)物放入提前配好API-RP38培養基中，此溶液記作2號溶液，培養7 d，檢測2號溶液中是否含有活性SRB。因為在自配的API-RP38培養基加入了(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，如果有SRB生長(cháng)，溶液會(huì )變成黑色呈陽(yáng)性反應，通過(guò)觀(guān)察2種溶液是否變色來(lái)檢測反應后溶液和腐蝕產(chǎn)物中是否含有SRB。

1.3.3電化學(xué)試驗

電化學(xué)試驗在CHI660E電化學(xué)工作站上完成，試驗采用三電極體系,參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑片,工作電極為電化學(xué)試樣?；瘜W(xué)阻抗譜(EIS)測試頻率范圍為10 mHz～100 kHz，激勵信號為5 mV正弦波，用ZSimpWin軟件擬合曲線(xiàn)；極化曲線(xiàn)掃描范圍為-500～500 mV(相對于開(kāi)路電位)，掃描速率為0.02 mV/s。試驗時(shí),將電極分別浸泡在有無(wú)SRB的API-RP38培養基中1，12，24 h，在含H2S條件下進(jìn)行電化學(xué)測試。