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随着经济发展和人口增长，世界能源需求自21世纪以来迅速加剧. 为了满足日益增长的能源需求并保障能源供应的安全，许多国家近年来开始勘探开发非常规油气资源. 页岩气作为一种重要的非常规天然气，已成为推动全球油气能源发展的中坚力量[1 − 2]. 页岩气是一种来自极低孔渗、以富有机质页岩为主的储集岩系中的一种非常规天然气，可分为生物成因气、热成因气和混合成因气，主要以游离态和吸附态赋存于微纳米级孔隙、裂缝与矿物颗粒表面. 我国对天然气市场的迫切需求（预计到2030年将达到
6000 亿m3）和高度的对外依存度（2022年为40.5%），使得页岩气被认为是常规天然气现实的替代能源[3 − 6].美国早在19世纪初期便钻探了世界上第一口页岩气井，随后便开始了大规模的商业化开发，并掀起了一场“页岩气革命”. 2022年，美国页岩气年产量达到
8070 ×108 m3，占世界页岩气总产量的94.42%，占美国天然气总产量的约73%[7]. 中国是继美国之后的第二大页岩气生产国，自2014年以来，我国将国外成熟的页岩气开采技术与国内常规油气技术结合，实现了页岩气年产量快速增长，2022年产量达到238×108 m3，并计划在2030年产量达到350×108—400×108 m3[8 − 9].随着开采规模的不断扩大，页岩气开发所带来的一系列环境问题也亟需解决，如地表（下）水污染、大气污染、生态环境破坏、固体废弃物处理处置不当、水资源大量消耗等[10]. 腐蚀是油气开采行业中的重要问题，我国每年因腐蚀造成的直接损失占国民生产总值的5%左右，页岩气开采中腐蚀问题也同样突出. 页岩气管道腐蚀可分为冲刷腐蚀、CO2腐蚀和微生物腐蚀，微生物腐蚀在页岩气管道腐蚀中的占比已超过20%，所造成的损失占比达15%—30%，且70%是由硫酸盐还原菌引起的. 微生物腐蚀产生的H2S可使页岩气气体变酸并导致气体质量下降，微生物腐蚀还能导致页岩气管道发生严重的局部腐蚀并引发页岩气管道腐蚀穿孔，从而对气井的正常生产和站场的稳定运行造成重大威胁[11]. 此外，页岩气管道腐蚀穿孔还会引发天然气泄漏，增加火灾和爆炸风险，对站场工作人员和周围居民的生命安全产生巨大威胁，并对周围的生态环境产生长期的负面影响[12 − 13].
本综述以页岩气管道微生物腐蚀为主要关注点，总结目前页岩气开采中微生物的腐蚀过程与腐蚀机理，并分析微生物腐蚀常用的防控策略，为页岩气绿色安全高效开发提供基础.
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页岩气管道腐蚀在其开采过程中普遍存在，腐蚀一般发生于阀门、弯头、三通、除砂器、分离器、管线积液积砂环境等位置，现场腐蚀情况如图1所示[14 − 15]. 例如威荣页岩气田在投运后三个月内就发生页岩气泄漏，2021年泄漏事件达到128起，泄漏位置主要位于阀门和管道，其中管道泄漏部位主要包括弯头、三通和焊缝[16]. 2019年以来，南川页岩气田发生70余次冲刷、腐蚀穿孔现象，其中腐蚀穿孔多出现在三通、弯头等部位[17]. 黄祥峰[18]统计发现川渝页岩气田某区块站内四年间累计穿孔
1000 余次，其中集气站的穿孔部位集中发生在水平管段和弯管处.页岩气管道中的腐蚀微生物主要来自于压裂液及随返排液一同返回到地面的页岩地层中的微生物. 由于单口页岩气井水力压裂会消耗大量水资源，故通常将返排液大量回用以减少用水量，其中的腐蚀性微生物也会一同被注入页岩地层中，又会对页岩气管道造成微生物腐蚀并随着开采过程不断循环[19]. 由于页岩气管道腐蚀微生物的循环特征，其主要受到返排液的水质和地层两方面因素的影响.
页岩气压裂返排液与其它工业废水相比，具有可生物降解性差、有机物成分复杂、细菌含量大幅超标等特点[20 − 21]. 返排液中的有机物可用总有机碳（total organic carbon, TOC）和化学需氧量（chemical oxygen demand, COD）进行表征，其中TOC浓度大约为1.2—
1530 mg·L−1，COD浓度可达195—36600 mg·L−1，不同地区之间有机物浓度因开采方式、地理位置等因素存在较大差异[22]. 返排液中的有机物不仅浓度高，成分也较复杂，其主要类型包括烷烃、芳烃、卤代烃、醇类、酯类和酮类等，主要来源于压裂液中的添加剂及其转化产物[23 − 25]. 此外，总溶解固体（total dissolved solids, TDS）也是返排液的特征污染物，其浓度约为680—445020 mg·L−1，其中Cl−含量约占50%左右，能促进页岩气管道腐蚀. 以川南某页岩气田部分页岩气井返排液为例，Cl−含量最高可达31557 mg·L−1，平均Cl−含量为20479 mg·L−1，极大增加了页岩气管道发生腐蚀的风险[22].页岩气来自于深地页岩层，一般位于地下
3000 —6000 m处[26]. 我国深层页岩气资源十分丰富，深层页岩气藏占页岩气资源的70%以上，是中国页岩气勘探开发的主要接替领域. 与3500 m以浅页岩气相比，深层页岩埋深接近或超过4000 m，具有高温、高压、高应力等“三高”特点[27]. 以我国四川盆地为例，深层页岩地层温度普遍大于80 ℃，地层压力一般大于70 MPa[28].综上可以看出，页岩气管道微生物腐蚀现状严重，但由于高盐高复杂的返排液和高温高压的地层条件，使得页岩气的管道腐蚀可能与常规的金属管道腐蚀相比具有一定的特异性.
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目前页岩气行业微生物腐蚀严重[12]，但关于页岩气管道微生物腐蚀的针对性研究还较少，本综述从微生物腐蚀的基本原理，借鉴传统油气开采中管道微生物腐蚀过程，进行了总结分析. 值得注意的是，页岩气特殊的环境与工艺条件使其与常规微生物腐蚀可能有一定的差异. 页岩地层高温高压、集输管道中H2S和CO2、返排液中的高浓度Cl−等，这些腐蚀因素联合作用于页岩气集输管道，使得腐蚀环境愈发恶劣[29]. 此外，返排液中硫酸盐还原菌、铁细菌与腐生菌数量均大幅超标，而这些腐蚀微生物可以相互促进代谢生长，使得所发生的腐蚀过程更加复杂[30]. 最后，返排液的反复回用可能使得腐蚀微生物产生抗性，同样会影响页岩气管道微生物腐蚀过程[31].
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电化学腐蚀是一种通过微生物与金属管道之间直接或间接的作用，形成局部原电池所导致的腐蚀过程.
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1934年，Kuhr[32]根据金属腐蚀的电化学观点提出了经典的阴极去极化理论. 该理论认为，在厌氧条件下金属阴极表面能够生成氢，但由于氢的电位较高，电化学过程并不能使氢原子变为氢分子逸出，相反会在金属表面形成一层保护膜. 而硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria, SRB）可在将SO42−还原为H2S的同时，将金属表面生成的氢消耗而降低局部氢分压，使阴极发生去极化，继而导致腐蚀电位正移，加速金属的腐蚀[33 − 34]. 阴极去极化反应过程如图2所示[33]. 后来Booth等[35]通过实验证明了SRB体内存在的氢化酶和产物H2S都可以促进去极化作用并加速金属腐蚀，从而完善并丰富了传统的阴极去极化理论. 相关反应方程式见式（1—4）.
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浓差极化也是微生物电化学腐蚀的一个重要途径. 微生物形成的生物膜或由其他腐蚀过程产生的腐蚀产物不均匀地覆盖在金属表面，由于氧气的非均匀扩散导致被覆盖的金属管道表面氧含量较低，此外附着于金属表面的生物膜微生物通过消耗氧气同样会使金属管道处于贫氧状态[36 − 37]. 金属管道不同位点氧气浓度的差异会形成氧浓差电池，进而产生电位差. 在生物膜和腐蚀产物膜下的贫氧区由于电位较负而作为阳极，未被生物膜和腐蚀产物膜覆盖的富氧区由于电位较正则作为阴极，所形成的局部原电池会加速管道的腐蚀，具体腐蚀过程如图3所示[38].
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除了微生物直接参与的电化学腐蚀过程外，微生物通过自身代谢反应的产物同样会导致腐蚀的发生.
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SRB在利用硫酸盐进行呼吸时会生成大量的H2S，导致管网内局部腐蚀穿孔，这是由于H2S溶于水后会使金属管道附近呈现局部酸性，导致腐蚀速度加快. SRB腐蚀金属时生成的Fe2+能够与扩散到金属管道表面的H2S反应生成FeS. 当Fe2+浓度较低时，所形成的硫化物薄膜对金属的腐蚀起抑制作用；但当Fe2+浓度较高时，SRB与Fe2+反应生成大量的FeS会在金属表面沉积，进而形成电位不同的电偶对，从而加速氢气的析出和金属的腐蚀[37,39].
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除了硫酸盐还原菌之外，还有其他多种微生物可以通过产生有机酸和无机酸等酸性代谢物参与腐蚀过程. 例如在高浓度氧气条件下，好氧微生物会产生短链脂肪酸等有机酸，而生物膜阻碍了有机酸向外溶液扩散，导致生物膜内形成酸性环境，从而促进金属表面的腐蚀. 而在缺氧的环境条件下，产酸菌（acid producing bacteria, APB）可以通过厌氧发酵生成有机酸，当APB生物膜下的pH值足够低时，质子还原可以与铁氧化相结合，从而在热力学上促进腐蚀过程的进行[40 − 41].
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除了传统意义上的微生物通过无机离子或溶解态金属离子参与到金属腐蚀过程之外，近些年研究发现微生物还可以直接从金属表面获取电子，从而造成金属腐蚀[42 − 43]. 这种微生物与金属之间的电子传递过程，又被称为胞外电子传递（extracellular electron transfer, EET）. 胞外电子传递的概念最先提出于微生物燃料电池中，后来也被引入到微生物腐蚀的相关研究，其主要包括直接电子传递和间接电子传递两种途径[44 − 45].
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可溶性氧化还原介体（electron transfer mediators, ETMs）的电子穿梭是主要的间接传递电子的方式. Lojou等[46]的研究表明，ETMs能显著降低反应活化能，从而有效提高微生物胞外电子传递速率. ETMs包括外源性电子载体和内源性电子载体两种形式. 外源性电子载体是指从外部加入系统的电子载体，主要包括醌类、半胱氨酸、腐殖质等，而内源性电子载体则由细菌自身产生，主要包括吩嗪类物质、醌类物质、黄素类物质等，典型的ETMs如表1所示[47 − 48]. 这些电子载体在间接电子传递过程中起着中间电子受体和中间电子供体的作用，即将金属氧化释放的电子传递给细胞膜上的酶，电子转移示意图如图4所示[49]. ETMs在金属管道腐蚀中广泛存在. Von Canstein等[50]首次证实了Shewanella菌自身分泌的FMN和核黄素能作为内源性电子载体，从而加速铁氧化物的微生物还原过程. Zhang等[51]通过研究发现，向培养基中加入FMN和核黄素会增强SRB的电子传递. 当细胞质中缺乏可利用的有机碳时，SRB通过利用这些外源性电子载体使更多的胞外电子用于硫酸盐还原，促进了金属的腐蚀. Li等[52]通过测量C1018碳钢的失重量和观察其表面形态，证明低浓度（10 mg·L−1）的核黄素和FAD均能增强电子传递，促进微生物腐蚀.
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微生物胞外直接电子传递可分为两种情况：（1）微生物细胞膜表面直接与金属接触，通过细胞色素c等蛋白将金属中的电子转移至细胞内；（2）微生物形成纳米导线连接至金属表面促进电子的转移. 直接电子传递示意图如图4所示[53].
细胞色素c是发现最早且最简单的微生物直接电子传递蛋白，通常依次分布在微生物的细胞内膜、周质和外膜上，其中位于细胞外膜的细胞色素c被认为是胞外电子传递的关键. 在金属腐蚀过程中，微生物与金属表面直接接触，细胞外膜的细胞色素c可作为电子通道直接传递电子，将胞外电子转移至胞内，有利于电子的高效传递并促进金属的腐蚀[54 − 55]. 希瓦氏菌和地杆菌中基于细胞色素c的直接电子传递途径有着广泛的研究，目前已知地杆菌中细胞色素c的种类高达106个；希瓦氏菌属也含有多达63个编码细胞色素c的基因，表明其在胞外电子传递过程中的重要作用[56].
除了通过直接接触传递电子外，微生物还可通过细胞表面具有导电能力的纤维状附着物进行电子传递，这些纤维状附着物的直径往往只有纳米级别，但其长度可达微米级别，具有对电子进行“长距离”传输的能力，其被命名为纳米导线[57]. 研究表明，在缺乏有机碳源或可溶性电子受体受限的情况下，微生物可通过纳米导线将金属溶解释放的电子传递至细胞内部以获取代谢所需能量[58 − 59]. Sherar等[60]发现在缺乏可溶性碳源的培养基中，SRB被大量的有机细丝包裹并牢固地附着在碳钢表面，于是推测在缺乏有机碳源的情况下，为了从碳钢中摄取营养物质，SRB在其细胞表面形成了一种具有导电能力的纳米导线，利用纳米导线从碳钢表面获取电子产生能量，从而促进碳钢的腐蚀.
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硫酸盐还原菌是一类可以利用异化作用将SO42−、SO32−、S2O32−等硫氧化物还原为硫化物的细菌. 目前已报道的SRB超过60个属、220个种，包括脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、脱硫杆菌属（Desulfobacterium）、脱硫细菌属（Desulfobacter）、脱硫肠菌属（Desulfotomaculum）、脱硫叶菌属（Desulfobubus）、脱硫球菌-脱硫线菌脱硫八叠菌属（Desulfococcus-Desulfonema-Desulfosarcina）等，其中引起微生物腐蚀的多为脱硫弧菌属[61]. SRB在自然界中分布广泛，普遍存在于土壤、河水、海洋沉积物、污泥、地下管道、油井、锈层等厌氧环境中，但也有的种属可以在低氧环境中生存[62]. SRB普遍能在pH值5—9.5条件下存活，其最适pH值为7.0—8.0，某些SRB具有嗜盐性，能适应盐度较高的盐湖和死海. SRB生长温度范围较广，可以在-5—75 ℃下生存，最适生长温度为37 ℃[63].
SRB通过一系列的酶促反应将硫酸盐还原为硫化物. 此过程中主要包括硫酸盐运输、硫酸盐激活、腺嘌呤磷酰硫酸盐（adenosine phosphosulphate, APS）还原和亚硫酸盐还原四步. 由于硫酸盐还原酶为胞内酶，故第一步需将硫酸盐从外环境运输到细胞内，这步主要依靠硫酸盐转运体（SulT）完成[64]. 在SRB细胞内部，由于硫酸盐的氧化还原电位较低，因此需要在硫酸腺苷转移酶（由Sat编码）的作用下，通过消耗三磷酸腺苷（ATP）激活硫酸盐为APS；APS继而由apsAB编码的APS还原酶催化生成SO32−和磷酸腺苷（adenosine monophosphate, AMP），或者被同化生成3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸（3′-phosphoadenosine-5′-phosphosulfate, PAPS），PAPS后续与NADPH2反应生成SO32−和AMP；最后由Dsr编码的亚硫酸盐还原酶将SO32−还原为H2S（图5）[65 − 67]. 相关反应见式（5—7）：
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除了硫酸盐还原菌之外，铁氧化菌（iron-oxidizing bacteria, IOB）也是一类常见的腐蚀微生物. IOB以Fe2+为电子供体，O2、SO42−、NO3−为电子受体，无机碳为碳源，通过氧化Fe2+到Fe3+获得能量. 代表性的IOB的种属包括嘉利翁氏铁柄杆菌属（Gallionella ferruginea）、纤发菌属（Leptothrix）、球衣菌属（Sphaerotilus）和海杆菌属（Marinobacter）等. IOB依据其生存环境的不同，展现出广泛的代谢多样性. 根据对氧气和pH的需求，可以将IOB分为嗜酸需氧菌、嗜中性需氧菌、嗜中性光合厌氧菌、嗜中性硝酸盐/硫酸盐/氯酸盐还原厌氧菌四类，但大多IOB为兼性、专性厌氧，可以在中性甚至极酸的环境条件下生长[68 − 70].
以上四类IOB的氧化途径各不相同，以目前研究较多的嗜酸性铁氧化菌Acidithiobacillus ferrooxidans为例. 金属在其表面形成较小的阳极区，电子从Fe0转移到阴极区的氧中形成羟基，羟基将Fe0氧化成Fe2+，随后A. ferrooxidans氧化Fe2+为Fe3+并形成Fe（OH）3沉淀，降低局部pH. A.ferrooxidans通过氧化Fe2+产生的Fe3+和低pH环境会加速Fe0向Fe2+的转化，促进了金属表面的腐蚀[71 − 72]. 当以NO3−为电子受体时，IOB的代谢机制可能为甲基萘醌氧化还原酶蛋白或蛋白复合物氧化位于细胞表面或周质空间中的铁，并还原醌，为下游氮氧化物的还原提供当量，并产生质子动力势（图6）[73].
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除了目前研究最多的腐蚀微生物SRB和IOB之外，其它的腐蚀微生物还包括硫氧化细菌、铁还原菌、硝酸盐还原菌、产酸细菌、产粘液细菌、产甲烷菌等[74]. 其中硫氧化细菌的作用与SRB相反，能够将各种还原态的硫化物氧化为H2SO4，且硫氧化细菌与SRB的协同作用能导致更严重的金属腐蚀[75]. 产酸菌在其生长代谢过程中生成多种有机酸和无机酸使得周围pH值下降，促进了金属腐蚀[76]. 产甲烷菌能利用金属表面的阴极氢作为电子供体，还原CO2的同时生成甲烷，从而解除了氢对金属表面的保护促进了腐蚀的发生[77 − 78].
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页岩气管道腐蚀是微生物、环境、金属材料三者作用的结果. 因此，本节从微生物、微生物生长环境条件和管道材料三个角度出发，总结目前页岩气管道微生物腐蚀的防控策略.
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投加杀菌剂或抑菌剂是目前抑制金属管道微生物腐蚀最常用的方式[79]. 杀菌剂可以有效抑制细菌的生长，防止金属发生微生物腐蚀[80]. 根据功能和作用机理的不同，杀菌剂一般分为氧化型和非氧化型两种. 氧化型杀菌剂利用其强氧化性，与细菌体内的酶发生氧化作用，将细胞氧化分解生成二氧化碳和水，从而实现腐蚀微生物灭活的作用. 目前使用较多的氧化型杀菌剂包括氯气、二氧化氯、臭氧等[81]. 非氧化型杀菌剂则对微生物的某些特殊部位产生毒性作用，主要包括戊二醛等有机醛类、季铵盐类和季磷盐类等. 戊二醛等有机醛类对细菌的杀灭作用主要依靠醛基作用于微生物蛋白的疏基、羟基、羧基和氨基使之烷基化，引起蛋白质变性而导致细菌死亡. 季铵盐和季磷盐类杀菌剂吸附到菌体表面，将其疏水基插入微生物细胞膜类脂层，通过改变细胞膜的通透性破坏细胞结构，并使酶发生变性，最后导致细菌死亡[82]. 杀菌剂具有经济高效、管理简单等优点，但长期使用容易使细菌产生耐药性，导致杀菌效果下降，且杀菌剂的使用会对环境产生二次污染[83].
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除了直接利用杀菌剂对腐蚀微生物抑制外，通过营造不适于腐蚀微生物生长代谢的环境条件也可达到减缓或消除微生物腐蚀的目的，常用控制的环境条件包括pH值、盐度、氧气浓度、温度等[84]. Du等[85]研究N80钢在10%HCl+8%HBF4溶液中的缓蚀行为，结果表明酸性条件下N80钢的腐蚀速率为：8%HBF4>10%HCl>10%HCl+8%HBF4. Qian等[86]研究了不同浓度NaCl条件下，嗜盐古菌Tibetense对Q235碳钢微生物腐蚀的影响. 发现NaCl浓度从0 g·L−1增加到200 g·L−1时促进了碳钢的溶解，并出现微生物腐蚀. 当NaCl浓度达到300 g·L−1时，高浓度的氯离子极大地干扰了溶解氧的吸附和Tibetense细胞对碳钢表面的附着，从而降低了碳钢的腐蚀速率，抑制了微生物腐蚀.
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通过利用其它微生物的干扰与竞争作用来抑制腐蚀微生物的生长和繁殖，也是有效减轻微生物腐蚀的方法. 目前的研究主要集中在于抑制SRB方面，主要包括两类方法：一是选择与SRB的生长环境、营养条件相似的微生物和其竞争，以抑制SRB的生长；二是通过微生物代谢产物抑制SRB的生长[87].
反硝化菌（denitrifying bacteria, DNB）的生长环境和营养条件与SRB十分相似. DNB和SRB都可以使用乙酸、乳酸或长链脂肪酸等作为能量来源，故DNB能与SRB竞争电子供体[88 − 89]. 对于相同的电子供体，从硝酸盐还原中获得的能量大于从硫酸盐还原中获得的能量. 因此，在SRB和DNB的共培养物中，DNB更活跃，用于SRB还原硫酸盐的电子优选转移用于硝酸盐还原[87,90]. 此外，由于DNB的反硝化作用，生成的中间代谢产物NO2−能够抑制SRB细胞中亚硫酸还原酶的活性，从而阻碍SRB还原SO42-[91]. 因此，可以向SRB中添加DNB，通过生物防治的方法实现抑制SRB生长的目的.
除了DNB之外，脱氮硫杆菌（thiobacillus denitrificans, TD）也与SRB的生长环境十分相似. TD同样会在其生长代谢过程中与SRB竞争营养物质，从而对SRB的生长产生抑制作用. TD可将无机硫化物或H2S氧化为SO42−，减少SRB还原产物硫化物的积累，缓解硫化物所造成的腐蚀[92]. 此外，TD代谢过程中生成的分泌物具有一定的毒性能够杀死SRB，起到较好的生物防治效果.
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微生物腐蚀的关键在于细菌在金属材料表面形成了生物膜. Cu作为一种天然的抗微生物腐蚀材料，能够抑制细菌、真菌和病毒等病菌的生长[93]. Cu主要通过释放游离的Cu+，Cu2+以及产生Cu的化合物与细胞外膜直接接触并相互作用，使细菌的细胞壁和细胞膜破裂而杀死细菌. 于浩波等[94]将Cu元素添加到L245NCS管线钢中，在实验室条件及页岩气集输现场条件下，含Cu抗菌管线钢腐蚀速率明显降低，具有一定的抑制微生物腐蚀的作用. 史显波等[95]将1.0%Cu合金元素添加到X80级管线钢中，通过调节时效处理，可以在钢基体中形成纳米级的富铜细沉淀物，对SRB和铜绿假单胞菌均表现出优异的抗菌能力.
Cr和Mo也是抑制点蚀的重要元素. 研究表明当添加3%Cr和3%Mo时，低密度钢的抗点蚀性能最好. 在Cr和Mo的协同作用下，可以在低密度钢表面形成一层保护性钝化膜，有利于合金抗点蚀[96]. 但应严格限制Cr的含量，当Cr含量超过8%时，其耐腐蚀性和力学性能会下降[97]. 当Al和Si合金元素存在时，高Al含量和低Si含量抑制了点蚀. Al可能通过形成稳定致密的Al2O3层来促进钝化，从而阻碍阳极反应，减缓管道腐蚀[98].
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页岩气作为目前油气资源中的热门领域已得到世界各国的重视，大力勘探开发页岩气资源已成为大势所趋. 我国页岩气可采资源量居世界第一，开发页岩气为我国能源带来新的机遇，但同时也面临着巨大挑战. 其中，页岩气管道微生物腐蚀带来的巨大经济损失、生产生活的安全问题和生态环境风险亟待解决. 在了解页岩气管道微生物腐蚀过程和生物学机制的基础上，抑制微生物腐蚀是目前的研究重点.
虽然目前对于腐蚀微生物有着广泛的研究，但针对页岩气管道中腐蚀微生物的研究仍然有限. 页岩气高温高盐的条件可能使得其腐蚀过程与传统理论产生差异，微生物在此类特殊环境下的生理生化特征以及腐蚀代谢过程也可能具有一定的特异性，认清页岩气管道中腐蚀微生物的种类功能特征是控制页岩气管道微生物腐蚀的先决条件. 除此之外，针对页岩气管道微生物腐蚀，添加工业杀菌剂仍是最为常用的技术手段，但同时也面临着腐蚀微生物耐药性增加、抗性基因扩散、杀菌剂二次污染等诸多问题. 从微生物本身代谢特性出发，通过环境条件、营养条件、竞争性微生物等综合抑制腐蚀微生物的功能活性，可能是今后页岩气行业防腐蚀技术新的突破方向.
页岩气管道微生物腐蚀及其防控研究进展
Advances in microbiologically influenced corrosion in shale gas pipelines and its prevention and control
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摘要: 页岩气作为一种非常规天然气资源，具有清洁、高效、生产寿命长、生产周期长等优点，近年来受到世界各国广泛关注. 面对我国天然气对外依存度超过40%的能源供应安全压力，以及减污降碳能源结构优化的国家需求，页岩气开发在国家经济社会可持续发展中被寄予厚望. 在大力开发页岩气的同时，其管道腐蚀的问题也逐渐凸显. 腐蚀所导致的气体酸化、管道腐蚀穿孔、天然气泄漏等问题不仅影响着页岩气的产率与质量，同时也有着极大的安全风险. 微生物腐蚀是页岩气腐蚀的重要原因之一，研究页岩气管道微生物腐蚀及其腐蚀机制对页岩气的开采具有重要的意义. 本文概述了目前页岩气管道微生物腐蚀过程及腐蚀机制的研究进展，并总结了目前常用的微生物腐蚀防控策略，以期为页岩气的绿色高效开发提供理论与技术基础.Abstract: Shale gas, an unconventional natural gas, has garnered significant attention due to its cleanliness, efficiency, long production life, and extended production cycles. As the energy security pressure of a more than 40% external dependence on natural gas and the demand for optimizing the energy structure to reduce pollution and carbon emissions in our country, the development of shale gas is seen as crucial for sustainable economic and societal growth. However, this progress has also given rise to pipeline corrosion issues. Such corrosion could lead to gas acidification, pipeline perforation, and natural gas leakage and further affect the yield and quality of shale gas as well as significant safety risks. Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) is one of the important causes of shale gas corrosion. Studying MIC and its corrosion mechanisms in shale gas pipelines holds significant importance to shale gas extraction. This paper overviewed the current research on MIC process and corrosion mechanisms in shale gas pipelines, summarizing the common strategies for MIC prevention, aiming to provide a theoretical and technical foundation for the green and efficient development of shale gas.
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图 4 电子转移示意图：（1）通过细胞色素直接传递；（2）通过纳米导线进行电子传递；（3）通过电子穿梭体进行电子传递
Figure 4. Electron transfer diagram: （1） Direct transfer through cytochrome ; （2） Electron transfer through nanowires ; （3） Electron transfer through the electron shuttle.
表 1 典型的电子穿梭体
Table 1. Typical electron transfer mediators
电子穿梭体
Electron shuttle微生物
Microorganism2,6-di-tert-butyl-p-benzoquinone（2,6-DTBBQ） Klebsiella pneumonia L17 phenazine-1-carboxamide Pseudomonas chlororaphis PCL1391 riboflavin（RF） Shewanella spp． flavin adenine dinucletide（FAD） Shewanella oneidensis flavin mononucleotide（FMN） Shewanella spp． melanin Shewanella algae BrY AQDS AQS AQC Ali HA cysteine 
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