耐微生物腐蚀含Cu抗菌石油套管钢的研究进展

刘子轩1，贾丽慧2,高云哲1，赵林林1，王娇娇1，刘月姣1（1.河北河钢材料技术研究院有限公司；2.河钢股份有限公司唐山分公司）

摘要：当前微生物腐蚀对油气开采安全构成了严重威胁，传统石油套管防护技术存在一定环境风险和成本高的问题。含Cu抗菌石油套管钢通过合金化设计，利用纳米ε-Cu析出相的多重机制（ 如细胞膜损伤、酶活性抑制和DNA氧化损伤）实现长效抗菌，为解决微生物腐蚀问题提供了创新方向。分析了硫酸盐还原菌、铁氧化菌及腐生菌等细菌的腐蚀机理，阐述了含Cu抗菌石油套管钢中Cu元素的抗菌作用原理，抗菌性能主要源于纳米ε-Cu相的Cu2+缓释及其与微生物的多重作用机制。总结了含Cu抗菌石油套管钢中合金化元素对耐蚀性能的影响，指出抗菌元素和耐蚀元素的合理搭配与含量控制对提高抗菌石油套管钢的耐蚀性能具有重要意义。提出了含Cu抗菌石油套管钢的设计思路和多尺度调控方案，以实现抗菌性能与力学性能的协同优化。同时，探明了含Cu抗菌石油套管钢抗氢致开裂性能源于CuS/FeS 复合膜的氢渗透抑制及纳米ε-Cu析出相的氢捕获作用。总结了含Cu抗菌石油套管钢的研究瓶颈，包括焊接性能、铜脆问题和长周期抗菌性能失效问题，并展望了其未来发展方向应聚焦于成分优化、工艺优化、表面改性及绿色智能化等，旨在为油气工业领域耐微生物腐蚀油套管钢的应用提供指导。

关键词：含Cu抗菌石油套管钢； 微生物腐蚀； 纳米ε-Cu析出相； 合金设计； 氢致开裂