試油過程中的防硫化氫技術(shù)研究

李文 龔金彬 葉長青 王海 朱磊

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，許多新理念、新技術(shù)在石油產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。為了更好地為含硫化氫油氣井安全、設(shè)備安全及試油人員安全提供切實(shí)保障，本文結(jié)合油井施工現(xiàn)場，構(gòu)建了一套優(yōu)質(zhì)高效的防硫化氫試油的地面流程，完善了硫化氫取樣方法、檢測技術(shù)，以期為此領(lǐng)域研究提供借鑒與幫助。

關(guān)鍵詞：試油;防硫化氫井;改造

中圖分類號：TE273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0121-03

Abstract： With the sustained and rapid development of economy and the continuous improvement of science and technology， many new concepts and technologies have been widely used in the petroleum industry. In order to better provide practical guarantee for the safety of hydrogen sulfide oil and gas wells， equipment safety and the safety of oil testing personnel， this paper combined the current field construction of oil wells， constructed a relatively high-quality and efficient surface testing process for hydrogen sulfide， and improved the sampling method and testing technology of hydrogen sulfide， hoped to be able to do so， and hoped to learn from and help in this field.

Keywords： oil testing;hydrogen sulfide prevention well;modification

硫化氫不僅會了對人的生命安全造成嚴(yán)重威脅，而且會對井下工具、管材以及各種作業(yè)設(shè)備（如試油設(shè)備、鉆井設(shè)備等）造成十分嚴(yán)重的破壞。所以，切實(shí)采取各種有效措施，對硫化氫所具有的毒理作用及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行全面、深入了解，知曉硫化氫所具有的各項(xiàng)腐蝕特征，明確影響因素，尤為關(guān)鍵。本文以某油田井為對象，通過觀察實(shí)施現(xiàn)場施工作業(yè)，從中總結(jié)了一套用于防硫化氫的比較實(shí)用且高效率的試油地面流程，此外，還對試油管柱口、硫化氫取樣、監(jiān)測、檢測等技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，現(xiàn)對此進(jìn)行深入探討[1-3]。

1 防硫化氫前期階段的各項(xiàng)施工準(zhǔn)備

1.1 硫化氫性質(zhì)分析

硫化氫是一種無色氣體，具有可燃燒性，臭雞蛋味，相對密度為1.18，相對分子量為34.08，燃點(diǎn)為-82.9℃，沸點(diǎn)-60.3℃，容易與水相溶;當(dāng)溫度為20℃時(shí)，體積為2.9 的硫化氫氣體能夠溶如到體積為1的水中。此外，還需要指出的是，硫化氫的劇毒性與氰化物基本相同，而與CO相比較，為其數(shù)倍之多。硫化氫首先會對人的呼吸道形成強(qiáng)烈刺激，使人的嗅覺不斷鈍化，并出現(xiàn)咳嗽癥狀，然后對神經(jīng)系統(tǒng)形成持續(xù)性刺激，出現(xiàn)頭暈癥狀，平衡感喪失，呼吸越發(fā)困難，且心跳異常加速，最終因心臟持續(xù)缺氧而引發(fā)死亡。此外，硫化氫與水相溶時(shí)，能夠產(chǎn)生大量弱酸，在腐蝕金屬上的具體形式為硫化物應(yīng)力腐蝕、電化學(xué)失重腐蝕等，這些腐蝕形式被統(tǒng)稱為氫脆。需要明確的是，氫脆通常會導(dǎo)致井下管柱出現(xiàn)瞬間斷落的情況，還易引發(fā)儀表爆裂、地面管匯等，破壞井口裝置，甚至引發(fā)火災(zāi)。

硫化氫在具體存在形式上，可以是氣體，也可存在于井內(nèi)液體中。在實(shí)際試油作業(yè)過程中，井內(nèi)液體當(dāng)中所含有的硫化氫伴隨各種作業(yè)被釋放出來，如清洗儲液罐、起下作業(yè)、洗壓井等，對施工人員的人身安全造成了嚴(yán)重威脅。此外，還對油井安全、周圍環(huán)境造成危害。所以，須對與防硫化氫相匹配的設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行研究。

1.2 防硫化氫的地面流程

井口選用的是防硫化氫氣井采油樹（1000型）;而在具體的地面求產(chǎn)上，采用二相分離器（防硫化氫立式），標(biāo)準(zhǔn)工作壓力是10MPa，平均每天的氣處理量為10×104～20×104m3。此外，所用到的各種彎頭、連接管及閘門，都能夠防硫化氫;而對于放噴罐而言，選用的是比較環(huán)保的儲液罐，在罐中儲存有堿性液體，主要用作過濾硫化氫氣體[4]。

1.3 防硫化氫管柱

需要指出的是，因硫化氫氣體存在比較長的電化學(xué)失重腐蝕作用時(shí)間，所以，通常情況下，無需將其影響考慮在內(nèi);在選擇管柱時(shí)，需要將硫化物、氫脆所存在的應(yīng)力腐蝕情況考慮在內(nèi)。針對氫脆而言，從基礎(chǔ)層面來分析，在金屬基于硫化氫影響與作用下，借助電化學(xué)反應(yīng)，形成氫，向金屬內(nèi)部滲透，使材料不斷變脆。如果與腐蝕環(huán)境相脫離，那么氫會逸出金屬內(nèi)部，而對于此時(shí)的金屬而言，韌性會再次恢復(fù)。分析硫化氫應(yīng)力腐蝕，其實(shí)際就是在離解硫化氫時(shí)，形成大量的HS-，此物質(zhì)會不斷吸附于金屬表面，加速陽極的放氫進(jìn)程，此外，還能與硫化氫分子共同抑制氫原子，減少氫分子合成，還能使氫原子在金屬表面不斷聚集，促進(jìn)氫原子向金屬內(nèi)部不斷滲透;需要強(qiáng)調(diào)的是，如果氫原子突遇空隙、裂縫情況，那么便會快速結(jié)合，形成大量的氫分子，受此影響，體積會快速擴(kuò)大，且壓力增大，最終造成管柱破裂。

硫化氫與氫脆應(yīng)力腐蝕會損害管柱，但需要指出的是，井內(nèi)管柱并非均需采用具有防硫化氫作用的管柱，可以將下部改為普通油管，而上部則采用防硫化氫管柱。原因如下：將井溫90℃當(dāng)作基本的分界點(diǎn)，如果溫度維持在-5～90℃，那么此時(shí)的硫化氫無論是在應(yīng)力腐蝕上，還是在氫脆上，均最嚴(yán)重;如果<-5℃，那么腐蝕情況便會突出;如果>90℃，那么會有過快的氫擴(kuò)散速度，且逸出于鋼材中，有助于減輕硫化氫所對應(yīng)的應(yīng)力腐蝕情況。

2 防硫化氫試油工藝技術(shù)分析

如果油氣井當(dāng)中含有硫化氫氣體，那么在試油期間，或者是改造后的求產(chǎn)階段，為了避免上部油層套管出現(xiàn)被腐蝕的情況，通常情況下，會選用封隔器（帶高溫膠筒）實(shí)施試油以及進(jìn)行酸壓改造。此外，對于封隔器，將其坐封在油層段上方20～50m處，開展射孔試油酸壓施工操作，當(dāng)取得全部資料之后，利用堿性壓井液壓井開展后續(xù)工作。如此一來，便可以較好地規(guī)避上部油層套管接觸到硫化氫，為油層套管提供較好保護(hù)。

管柱結(jié)構(gòu)主要包含射孔槍、封隔器、RD循環(huán)閥、防硫油管、投棒開孔裝置和定位短節(jié)等。針對此套管柱來講，可采取地面加液墊方式，從而在油管中形成特定的負(fù)壓值;還需要指出的是，因封隔器對油套環(huán)空進(jìn)行了相應(yīng)分隔，這樣流體便無法進(jìn)到油套環(huán)中，硫化氫氣體也不會對套管造成腐蝕，在此期間，投棒點(diǎn)火，開孔裝置被砸開，流體向油管不斷流動(dòng)，求取產(chǎn)能。而對于RD循環(huán)閥來講，能夠根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定各種啟開壓力，在完成測試后，打開RD閥，實(shí)施循環(huán)壓井操作。

3 施工現(xiàn)場防硫化氫的具體措施

組建小組，承包現(xiàn)場所有安全工作，對此井每個(gè)施工人員，均開展防H2S應(yīng)急演練。①將安全用品、設(shè)備配備齊全，且確?？捎谩⒏咝?。②在井場設(shè)置大門，且在門口位置，派人進(jìn)行把守與管理，當(dāng)人員進(jìn)入，或者車輛進(jìn)出時(shí)，需要登記;針對那些非工作人員，則禁止其進(jìn)入，井場設(shè)置醒目的風(fēng)標(biāo)，將疏散集合點(diǎn)指示出來。③將井場劃分成各個(gè)區(qū)域，如危險(xiǎn)區(qū)、救護(hù)區(qū)、逃生區(qū)、安全區(qū)等，且做好標(biāo)識。④將若干毛巾、一桶蘇打水設(shè)在壓井出口、井口的管線處。⑤在井場，需要根據(jù)實(shí)際需要，與2條進(jìn)口管線相連接，這兩條出口管線之間的夾角呈90°;此外，無論是出口管線，還是配件設(shè)備，均需要防硫。⑥精減井口操作人員，并縮短操作人員的工作時(shí)間，通常情況下，井口操作人員連續(xù)工作時(shí)長需控制在2h內(nèi)。⑦當(dāng)起下作業(yè)時(shí)，需將4套呼吸器設(shè)置在井口附近的上風(fēng)頭，并配備專人呼吸器，能夠?qū)2S進(jìn)行隨時(shí)性檢測，如果經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)有此氣體，那么需要即刻報(bào)警，而對位于井場上的作業(yè)人員，需要佩戴防H2S逃生面罩。⑧當(dāng)拉響警報(bào)之后，整個(gè)井場便會進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，對于那些正在危險(xiǎn)區(qū)的人員，需戴上呼吸面罩，并盡快向安全集合點(diǎn)撤離，專人負(fù)責(zé)登記進(jìn)出井場的人員，清點(diǎn)人數(shù)，小組領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行統(tǒng)一指揮，高質(zhì)量開展搶險(xiǎn)工作;此外，針對搶險(xiǎn)工作而言，需要明確各人員職責(zé)，從根本上做到：對受傷人員進(jìn)行搶救安置，清點(diǎn)人數(shù);盡快制訂具體方案，做好分工，專人實(shí)施;在搶裝井口時(shí)，搶險(xiǎn)人員需要佩戴好呼吸器，同時(shí)，啟動(dòng)充氣機(jī)，為空罐充氣;在對井口進(jìn)行搶裝時(shí)，指派專人來負(fù)責(zé)開展其他可能遭受傷害人員的疏散工作，比如當(dāng)?shù)剞r(nóng)民、過往車輛等;當(dāng)將井口裝好之后，需即刻壓井，并分離出口，如果能點(diǎn)燃，那么必須將其點(diǎn)燃;還需要檢測液體出口位置處的H2S濃度，如果不能點(diǎn)燃，那么需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，直至沒有此氣體，并且壓井液用量較井筒容積，為其1.5倍，方可停止。

4 硫化氫取樣及具體的檢測技術(shù)

①硫化氫取樣技術(shù)。需選用專用型的氣樣鋼瓶，標(biāo)準(zhǔn)壓力為24MPa，取樣人位于上風(fēng)頭;當(dāng)將取樣管線連接好之后，首先打開鋼瓶的出口，然后將閥門打開，對瓶內(nèi)殘余氣體進(jìn)行徹底沖洗;如果鋼瓶壓力過大，需要關(guān)閉進(jìn)氣口。②硫化氫含量檢測。測定硫化氫氣體的方法主要有2種：其一，現(xiàn)場采用耐壓為20MPa、容積為200mL的鋼瓶取樣，然后送至化驗(yàn)室測定，此方法測硫化氫濃度，有比較高的精度，且所得數(shù)據(jù)也比較準(zhǔn)確;其二，在現(xiàn)場直接進(jìn)行測定，此方法比較快速，但卻有較大的誤差[5]。

5 結(jié)語

本文以某油氣井為例，分別從試油管柱、試油工藝、地面流程即檢測硫化氫等方面開展防硫化氫操作，從中得知，此技術(shù)工藝先進(jìn)，而且還可靠、安全，可以比較好地測試含硫化氫氣體油氣井測試，能夠?yàn)槭┕じ脑焯峁┍憷?，有著不錯(cuò)的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[5]李加明，黃天朋，金強(qiáng).雅達(dá)瓦蘭油田“四高”油氣井完井測試工藝技術(shù)[J].油氣井測試，2019（1）：25-31.