一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟装置
技术领域
本实用新型涉及油田油井、管线、罐体内油水介质生产环境中硫酸盐还原菌(SRB)生长特性以及在其作用下金属管材腐蚀速率、应力腐蚀行为的测试与研究，特别是一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟的实验装置。
背景技术
油田开发生产中大部分采用注水二次采油技术来提高原油采收率，国内很多油田已经进入开发中后期，产液中含水率大幅提高，且产液中含有大量侵蚀性物质如CO2、H2S、溶解O2、SO42-、Cl-以及铁细菌、腐生菌、硫酸盐还原菌(SRB)等。在无氧、密闭的环境下，厌氧性的SRB细菌极易在油井、管线、罐体或流动性差设备中滋生繁殖，SRB细菌的氢化酶会把能把介质中SO42-还原成S2-产生H2S，促进了阴极去极化反应和硫化氢腐蚀，引起油田地面输送管线、场站内罐体和设备等金属设施不同程度发生腐蚀，严重时管材腐蚀失效甚至硫化物应力腐蚀，事故频繁发生，带来巨大经济损失，同时导致油田安全和环保的隐患。目前，研究SRB细菌腐蚀普遍采用在广口瓶内挂片失重法的这种最简易方式或者有些采用在高压反应釜内挂片失重法，但是前者不能有效保证是无氧试验环境且不能控制压力，后者虽然能满足在一定温度和压力以及除氧的试验条件，却不能在较长测试周期内更换含有SRB细菌培养基的测试介质且不方便在间隔一定试验时间时对其取样分析，故不能在接近生产环境下开展较精准的腐蚀测试。
因此，开发一种在模拟油田工况条件下开展SRB细菌生长特性和腐蚀规律及特征的实验装置，并说明其测试方法，以获得挂片试样的腐蚀速率、硫化物应力腐蚀和测试液相介质中SRB、S2-、SO42-等含量和气相中湿度和H2S气体含量，对油田开展SRB细菌腐蚀控制具有极其重要的学术价值和工程意义。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟的实验装置，用于模拟油田生产工况条件下开展SRB细菌生长特性及其作用下金属管材的腐蚀速率、应力腐蚀行为的研究，同时也可在该模拟工况条件下测试液相介质中SRB、S2-、SO42-等含量和气相中湿度和H2S气体含量，从而为油田生产过程中金属管材的腐蚀控制提供参考依据。
本实用新型是通过下述技术方案来实现的。
根据本实用新型实施例提供的一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟装置，至少包括两套高压反应釜装置、一套驱除空气系统和一套液体介质更换系统，所述驱除空气系统和液体介质更换系统分别连通第一高压反应釜装置，两套高压反应釜装置依次连通；其中：
所述驱除空气系统，连通有N2气系统，输送N2气驱替两套高压反应釜装置釜体内的空气；
所述液体介质更换系统，连通含SRB培养基的实验溶液系统，输送带有SRB培养基的液体介质导入第一高压反应釜装置釜体内；
所述高压反应釜装置，装置釜体内均设有腐蚀挂片装置，所述第一高压反应釜装置通过驱除空气系统驱替釜体内空气保持无氧环境，对挂片试样进行液相环境的腐蚀速率测试；所述第二高压反应釜装置对釜体中挂片试样同时进行第一高压反应釜装置釜体产生的H2S侵蚀性气体气相环境的腐蚀速率测试和H2S应力腐蚀测试。
本实用新型技术方案中，所述第一高压反应釜装置包括釜体、釜盖、热电偶、安全阀、压力计、温度计和液相环境腐蚀挂片装置；热电偶设于釜体侧壁夹套中，釜体顶部加盖釜盖，釜盖上设有伸入釜体内的安全阀、压力计和温度计，釜体底部还设有排放口，底部有废液收集罐；釜体内盛放有预先配置带有SRB培养基的液体介质。
本实用新型技术方案中，所述第二高压反应釜装置包括釜体、釜盖、热电偶、安全阀、压力计、温度计、湿度仪、H2S检测仪、气相环境腐蚀挂片装置和气相环境应力腐蚀实验装置；釜盖上设有排气口，釜体底部有排放口，底部有尾气吸收槽。
本实用新型技术方案中，所述第一高压反应釜装置釜体内的液相环境腐蚀挂片装置和第二高压反应釜装置釜体内的气相环境腐蚀挂片装置，均包括设于釜盖上的螺旋连接杆，螺旋连接杆的下端连接试样架，试样架为圆盘状，圆盘侧壁均布若干个挂片试样。
本实用新型技术方案中，所述第二高压反应釜装置釜体内的气相环境应力腐蚀实验装置，其放置于气相环境腐蚀挂片装置的下方，将应力腐蚀试样通过四点弯曲实验法安装在其试样架上，并加载所需的应力。
本实用新型技术方案中，所述液体介质更换系统包括设于滚轮支撑架上的储液罐体，储液罐体中注入有液体介质，储液罐体上设有排气口，储液罐体通过液体导管伸入至第一高压反应釜装置釜体中。
本实用新型技术方案中，所述驱除空气系统包括通过气体导管连通至第一高压反应釜装置的釜体中的N2气瓶，N2气瓶通过三通另一路连通至储液罐体。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1)本实用新型由于采用两个联体高压釜体开展模拟油田SRB细菌腐蚀试验，可同时实现液相和气相环境下不同材质的挂片腐蚀速率测试和应力腐蚀行为测试，还能通过釜体排放口随时取样测试SRB细菌、S2-、SO42-等含量并掌握其在液体介质中变化规律，有助于更好解释腐蚀行为和特征。
2)本实用新型由于采用了液体介质更换系统和驱除空气系统，能实现液体介质中SRB细菌的生长繁殖在长期试验过程中处于厌氧环境，确保研究SRB细菌腐蚀的科学性和有效性。
本实用新型可适用于油田含SRB细菌的工况环境下井下管柱、地面输送管线、罐体等材料的腐蚀行为以及相应条件下缓蚀剂、涂层等评价的基础研究，具有操作简易、研究可靠的实验装置和测试方法。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
图1为一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟的实验装置结构示意图；
图2为腐蚀模拟实验的SRB生长特性曲线；
图3为腐蚀模拟实验的SO42-离子和S2-离子随测试时间的变化规律；
图4为腐蚀模拟实验的腐蚀速率对比。
图中：1-支撑台，2-第一高压釜体，3-釜盖，4-热电偶，5-安全阀，6-压力计，7-温度计，8-螺旋连接杆，9-第一试样架，10-挂片试样，11-排放口，12-废液收集罐，13-第一气体导管，14-第二高压釜体，15-湿度仪，16-H2S检测仪，17-第一排气口，18-第二试样架，19-应力腐蚀试样，20-塑料软管，21-尾气吸收槽，22-N2气瓶，23-减压阀，24-第二气体导管，25-调节阀，26-三通，27-截止阀，28-滚轮支撑架，29-储液罐体，30-第二排气口，31-液体介质，32-液体导管。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，一种油田SRB细菌生长特性与腐蚀模拟的实验装置，包括两套高压反应釜装置、一套驱除空气系统和液体介质更换系统；其中，两套高压反应釜装置依次连通，并设于支撑台1上，驱除空气系统和液体介质更换系统分别连通第一高压反应釜装置。
其中，第一高压反应釜装置包括第一高压釜体2、釜盖3、热电偶4、安全阀5、压力计6、温度计7和腐蚀挂片装置；热电偶4设于第一高压釜体侧壁夹套中，第一高压釜体2顶部加盖釜盖3，釜盖3上设有伸入第一高压釜体内的安全阀5、压力计6和温度计7，第一高压釜体底部还设有排放口11，其正下方放置有废液收集罐12；第一高压釜体2内盛放有预先配置带有SRB培养基的液体介质31，其中介质通过热电偶4来控制达到试验温度。
还包括设于釜盖3上并伸入第一高压釜体的液相环境腐蚀挂片装置，液相环境腐蚀挂片装置包括设于釜盖3上的螺旋连接杆8，螺旋连接杆的下端连接第一试样架9，第一试样架为圆盘状，侧壁均匀分布了六个挂片槽，并通过绝缘螺钉以固定挂片试样10。
其中，液体介质更换系统，包括滚轮支撑架28、储液罐体29、第二排气口30、液体介质31、液体导管32及相应的截止阀和调节阀。储液罐体29设于滚轮支撑架28上，储液罐体29通过液体导管32伸入釜盖3并连通至第一高压釜体2中。其中储液罐体29内盛放的液体介质31为更换第一高压釜体2内介质前新配制的含SRB培养基的实验溶液，液体导管32是将预先配制带有SRB培养基的液体介质31自储液罐体29导入第一高压釜体2。
其中，驱除空气系统，包括N2气瓶22、减压阀23、第二气体导管24、调节阀25、三通26和截止阀27，N2气瓶22通过第二气体导管24贯穿釜盖3并连通至第一高压釜体2，N2气瓶22通过三通另一路连通至储液罐体29。第二气体导管24是将N2气瓶22中N2气体导通进入第一高压釜体2，以驱除其中空气以及调节釜体内压力达到实验设计压力。
还包括设于釜盖3上并伸入第一高压釜体2的第一气体导管13，第一气体导管13通过截止阀控制导通第二高压釜体14。
第二高压反应釜装置包括第二高压釜体14、釜盖3、热电偶4、安全阀5、压力计6、温度计7、湿度仪15、H2S检测仪16、气相环境腐蚀挂片装置和气相环境应力腐蚀实验装置；釜盖上设有第一排气口17，用于实验前驱除釜体中的空气；釜体底部同样设有排放口11，通过连接塑料软管20伸入其正下方放置的尾气吸收槽21。气相环境腐蚀挂片装置同第一高压釜体内液相环境腐蚀挂片装置，用于测试在含H2S湿气环境下的腐蚀行为。气相环境应力腐蚀实验装置包括有标准规格的第二试样架18和应力腐蚀试样19。开展应力腐蚀实验是由于SRB细菌会在第一高压釜体2中的密闭缺氧环境会产生H2S侵蚀性气体，并导通进入第二高压釜体14中，反映试样发生H2S应力腐蚀行为。
其中，驱除空气系统中，减压阀23、调节阀25、三通26和截止阀27用于控制N2气瓶内高压N2气体清扫实验前两个釜体内的空气，清扫储液罐体29内的空气，以保证实验过程中两个高压釜体和储液罐体均处于无氧状态即满足SRB细菌生长的厌氧环境。另外，在实验前驱除空气系统，可检查整套实验装置的气密性，且实验结束后驱除系统中SRB细菌产生的H2S进入尾气处理装置。
其中，液体介质更换系统的设置目的是由于SRB细菌在长周期试验过程中会衰弱甚至死亡，需要试验一定时间后更换第一高压釜体2中的液体介质。
其中，高压釜体和釜盖采用镍基合金材质。第一气体导管13和液体导管32均采用抗腐蚀性良好的316L不锈钢材质，第二气体导管24则采用普通不锈钢材质。
其中，热电偶是插入釜体贴近内表面用于加热釜体内温度。安全阀是弹簧式安全阀，是确保高压釜体安全运行的自动泄压防护装置。压力计是耐腐蚀的316L不锈钢压力计，用来测定高压釜体内压力。温度计为热套式双金属温度计，用来测定高压釜体内温度。
其中，截止阀和调节阀分别用来阻断流体流动和调节流量的阀门。
其中，湿度仪为插入式抗腐蚀湿度仪，用来测定第二高压釜体中的气体湿度。H2S检测仪是实时检测第二高压釜体中气态H2S浓度，可反映第二高压釜体中的挂片腐蚀和应力腐蚀的行为和特征随H2S浓度的变化。
其中，螺旋连接杆材质为镍基合金材质，可避免与釜盖材质不一致导致的电偶腐蚀；第一试样架及其固定挂片的螺钉，材质均采用聚四氟乙烯，以防止电偶腐蚀发生；第二试样架由AISI316制成，外面涂覆PFA涂层，防止在腐蚀性环境中被腐蚀。
其中，试样采用模拟油田生产现场用的金属材料，在液相和气相均设计了一套腐蚀挂片(尺寸为50×10×3mm)，以研究反映不同相态环境下挂片的腐蚀行为及特征；应力腐蚀试验的试样则采用标准样(尺寸为115×15×5mm)并加载了一定应力，在720h环境试验后宏观观察试样是否发生断裂或微观观察是否有垂直于应力方向的裂纹。
其中，废液收集罐、尾气吸收槽、储液罐体均采用普通不锈钢材质加工而成。废液收集罐是通过釜体底部的排放口，用来收集长周期试验周期内更换第一高压釜体内的液体介质，同时可在不同时间下对液体介质取样，开展液相介质中SRB、S2-、SO42-等含量测试分析，掌握SRB细菌生长特性以及S2-、SO42-等含量的变化规律。尾气吸收槽是通过盛放其中的碱液如NaOH用来吸收试验结束后通过N2气体驱除试验装置内的H2S气体。储液罐体是盛放更换第一高压釜体内介质前新配制的含SRB培养基的实验溶液。
其中，含SRB培养基实验溶液的配置，细菌培养基组成浓度配制按照：1000mL蒸馏水0.5g K2HPO4·3H2O，1.0g NH4Cl，2.0g Na2SO4·7H2O，0.1g CaCl2，2.0g MgSO4·6H2O，3.5g C3H5NaO3，1g酵母粉，0.1mL维生素C，并用10％NaOH调至pH值为7.2左右。通氮气除氧后封好瓶口，在121℃环境下加压处理灭菌20min，配制上述溶液作为液体介质培养基。取某油田含SRB细菌污水10mL加入10mL培养基中进行富集培养，在30℃恒温箱中进行恒温培养7d后加入1L油田污水作为实验用液体介质。
其中，对于挂片试样和应力腐蚀试样，实验前试样表面用丙酮去除油污，再用600#、800#、1200#水砂纸逐级打磨后，无水乙醇脱水干燥后，用紫外线照射灭菌20min，以保证实验的精确性和可重复性。
其中，液相介质中SRB细菌数量测试，可执行中国石油天然气行业标准(油田注入水细菌分析方法-绝迹稀释法)。液相介质中S2-、SO42-等含量可分别通过对氨基二甲苯光度法和离子色谱法测定。
其中，实验结束后，对于需要进行试样表面细菌吸附和腐蚀形貌特征观察的一个平行挂片，应取出试样后固定细菌，即将试样放入2％的戊二醛溶液浸泡4h后用25％、50％、100％的污水乙醇脱水处理10min；而对于剩余平行挂片进行表面产物清洗后计算腐蚀速率并做SEM观察腐蚀产物膜下基体表面特征。
本实用新型油田SBR细菌生成特性于腐蚀模拟实验的实施过程：
首先，将液体介质更换系统的储液罐体29的第二排气口30和液体导管32上的三通26、截止阀、调节阀打开，再依次打开N2气瓶22的安全阀23以及通向储液罐体29的第二气体导管24上的截止阀和调节阀，清扫储液罐体29内的空气即除氧处理，而后关闭液体导管32上的截止阀，迅速将准备好新配制的带有SRB培养基的液体介质31倒入储液罐体29，再关闭N2气瓶和第二排气口和相应的截止阀和调节阀。
其次，是将实验腐蚀测试系统即两套高压釜体装置装配连接起来：将挂片试样10与第一试样架9和螺旋连接杆8安装于高压釜体2上的釜盖3，并盖紧密；将第二试样架18与用力腐蚀试样19装配好并加载一定应力后放置第二高压釜体14中，同样将挂片试样安装在其釜盖上并盖紧密，用第一气体导管13连接两釜体。
再次，将两釜体的排放口11、第一排气口17关闭，第一气体导管13上的两个截止阀打开，打开N2气瓶22来检查整套腐蚀测试系统的气密性。待确定良好后，打开第一排气口17，确保两个釜体内的空气被N2驱替，釜体内基本处于无氧状态即满足SRB细菌生长的厌氧环境，关闭第一排气口，再关闭N2气瓶和相应的截止阀和调节阀。
再次，将液体导管32上的截止阀和调节阀依次打开，使得液体介质完全浸没第一高压釜体2中的挂片试样10后关闭阀门。此时，通过热电偶4和N2气瓶将第一高压釜体2中的液体温度和压力调节到设置的实验值。长周期实验期间，每隔5d更换一半液体介质，确保SRB细菌处于生长旺盛期。
最后，待试验结束后，打开由排放口11排出第一高压釜体2内液体介质进入废液收集罐12，第二高压釜体14内气体进入尾气吸收槽21后，打开釜盖，取出挂片试样和应力腐蚀试样，对试样进行处理与数据分析及表征。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
