渤海某油田中心平臺(tái)生產(chǎn)流程硫化氫治理與效果評(píng)價(jià)

王瀟，代齊加，殷川

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田中心平臺(tái)是油田群中心樞紐，接收上游B/C/D/E 四個(gè)平臺(tái)產(chǎn)出物流并進(jìn)一步處理。 上游來(lái)液經(jīng)段塞流、兩臺(tái)并聯(lián)的一級(jí)分離器、二級(jí)分離器等進(jìn)行油、氣、水三相分離，原油經(jīng)脫水處理合格后外輸至陸地終端，分離出的生產(chǎn)水經(jīng)斜板、氣浮、核桃殼濾器和雙介質(zhì)濾器處理達(dá)標(biāo)后回注地層，脫出的氣體經(jīng)燃?xì)庀礈炱骱腿細(xì)饩彌_罐處理后供給透平發(fā)電。 原油、燃?xì)夂蜕a(chǎn)水三大系統(tǒng)如圖1 所示。 在對(duì)平臺(tái)生產(chǎn)各級(jí)流程進(jìn)行硫化氫檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)均有不同濃度的硫化氫存在，部分含量高達(dá)200ppm 以上，高濃度的硫化氫會(huì)造成設(shè)備管線腐蝕，影響人員健康，嚴(yán)重制約油田安全生產(chǎn)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此流程硫化氫治理成為亟待解決的課題[1]。

圖1 某油田中心平臺(tái)生產(chǎn)流程示意圖

1 硫化氫成因分析

油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中所含的硫化氫成因大致可分為三類： 第一類是有機(jī)質(zhì)熱裂解(TDS)，即油藏中不穩(wěn)定的含硫化合物在過(guò)熱地層中（120～160℃）發(fā)生熱裂解生成水、碳?xì)堅(jiān)傲蚧瘹?；第二類為硫酸鹽熱化學(xué)還原（TSR），主要由地層中含有的硫酸鹽巖， 在高溫條件下與烴類或有機(jī)質(zhì)發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)生成硫化氫， 該類成因生成的硫化氫含量較高； 第三類為微生物成因，主要是硫酸鹽還原菌（SRB）的代謝產(chǎn)物，硫酸鹽及油田水中的SO42-在厭氧條件下， 通過(guò)油田生產(chǎn)設(shè)施或地層中滋生的SRB 生物活動(dòng)還原作用生成[2]。

通過(guò)對(duì)油田油藏儲(chǔ)層物性、 地層溫度條件、SRB 培養(yǎng)試驗(yàn)及平臺(tái)自身流程處理工藝特點(diǎn)等角度綜合分析，最終得出平臺(tái)同時(shí)存在原生硫化氫及次生硫化氫，即油田伴生氣中自帶的和SRB微生物活動(dòng)所致。 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，油田開(kāi)展硫化氫綜合治理，實(shí)現(xiàn)各級(jí)處理流程的硫化氫含量≤20ppm 這一目標(biāo)。

2 治理方案

鑒于平臺(tái)兩種硫化氫不同來(lái)源，采取多種治理措施。 通過(guò)對(duì)流程加藥點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改造，達(dá)到及時(shí)加注處理、有效反應(yīng)消除的目的；針對(duì)次生硫化氫，主要措施為通過(guò)加注殺菌劑，殺滅油田設(shè)施中的SRB，從而有效控制其代謝產(chǎn)物硫化氫產(chǎn)生；針對(duì)原生硫化氫，主要措施為通過(guò)加入硫化氫抑制劑，與硫化氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將有害的硫化氫轉(zhuǎn)化為無(wú)害的含硫化合物[3]。

2.1 優(yōu)化改造藥劑注入點(diǎn)

油田投產(chǎn)時(shí)原設(shè)計(jì)的殺菌劑注入點(diǎn)在注水緩沖罐入口，位于整個(gè)生產(chǎn)流程的終點(diǎn)，生產(chǎn)水經(jīng)過(guò)注水緩沖罐后直接進(jìn)入各注水井，反應(yīng)時(shí)間短，殺菌效果較差，且對(duì)上游流程無(wú)法進(jìn)行有效殺菌，SRB 超標(biāo)嚴(yán)重。 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究，將殺菌劑注入點(diǎn)由注水緩沖罐調(diào)整至段塞流捕集器（見(jiàn)圖2）， 殺菌劑的注入由流程終點(diǎn)優(yōu)化改造至起點(diǎn)，從而充分保證其反應(yīng)時(shí)間， 有利于殺菌效果，對(duì)流程的保護(hù)效果更優(yōu)。 通過(guò)改造前后對(duì)SRB 的多次培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，能夠在一定程度上有效殺死細(xì)菌，降低SRB 滋生[4]。

圖2 藥劑注入點(diǎn)優(yōu)化改造示意圖

2.2 優(yōu)選殺菌劑

目前，使用化學(xué)藥劑仍然是控制生產(chǎn)流程中SRB 的主要方法。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，判斷油田現(xiàn)在使用的殺菌劑BHS-37 已不適合當(dāng)前工況，SRB 對(duì)殺菌劑產(chǎn)生抗藥性。 通過(guò)對(duì)藥劑進(jìn)行重新篩選比對(duì)，THPS 新型殺菌劑較目前使用的BHS-37 有更好的效果， 該殺菌劑具有極強(qiáng)穿透性，可迅速作用于通用殺菌劑難以波及的微細(xì)空隙區(qū)域，殺滅其中滋生的SRB，從而抑制細(xì)菌代謝產(chǎn)物硫化氫產(chǎn)生。 藥劑換型后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在段塞流補(bǔ)集器前端加注強(qiáng)滲透性殺菌劑，首先進(jìn)行高質(zhì)量分?jǐn)?shù)沖擊加注，沖擊時(shí)長(zhǎng)2h，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)150ppm（以一級(jí)分離器最大處理液量計(jì)）；再調(diào)節(jié)新型殺菌劑加注量至日常加注水平， 連續(xù)加注，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)30ppm。圖3 所示為殺菌劑換型前后，幾個(gè)流程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的SRB 含量對(duì)比，新型殺菌劑加注后， 平臺(tái)流程SRB 迅速降低， 流程中SRB 被徹底殺滅，可控制生產(chǎn)流程SRB 維持在0個(gè)/mL。 同時(shí)對(duì)不同殺菌劑加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的流程硫化氫含量進(jìn)行檢測(cè)[5](見(jiàn)圖4 和圖5)。

圖3 殺菌劑換型前后流程SRB 治理效果圖

圖4 原油及燃?xì)饬鞒塘蚧瘹渲卫硇Ч?/p>

圖5 生產(chǎn)水處理流程硫化氫治理效果

結(jié)合圖4 和圖5 可以看出：原殺菌劑BHS-37采取提高加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)，僅二級(jí)分離器覆蓋氣硫化氫略有下降，平臺(tái)整體硫化氫含量未見(jiàn)明顯效果，結(jié)合SRB 數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)原有殺菌劑對(duì)SRB殺滅效果甚微， 無(wú)法有效抑制次生硫化氫產(chǎn)生。而新型殺菌劑THPS 加注后， 平臺(tái)流程硫化氫迅速降低，其中二級(jí)、斜板、氣浮的硫化氫降幅顯著，最高降幅接近200ppm。 至第7 日后生產(chǎn)流程各級(jí)硫化氫基本平穩(wěn)，不再下降，結(jié)合SRB 數(shù)據(jù)可知，此時(shí)生產(chǎn)流程中SRB 被徹底殺滅，基本杜絕了次生硫化氫產(chǎn)生。

平臺(tái)次生硫化氫治理完成后，流程中剩余硫化氫即為原生硫化氫，機(jī)理為隨著流程逐漸向后端進(jìn)行，壓力逐漸降低（段塞流操作壓力850kPa，氣浮操作壓力100kPa）， 溶解于液相中硫化氫析出，釋放至設(shè)備覆蓋氣，因設(shè)備覆蓋氣流通緩慢，液相流通相對(duì)較快，液相中溶解的硫化氫不斷釋放至氣相，最終導(dǎo)致硫化氫積聚。

新型殺菌劑THPS 效果顯著優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)原有殺菌劑BHS-37，在加注濃度30ppm 條件下，殺菌率100%，可有效去除流程中SRB，抑制次生硫化氫產(chǎn)生，但流程中仍存在原生硫化氫且含量仍然偏高，僅采取此項(xiàng)措施，未能使硫化氫含量達(dá)標(biāo)。

2.3 加注硫化氫抑制劑

針對(duì)原生硫化氫，在殺菌劑加注的同時(shí)，在段塞流補(bǔ)集器前端加注硫化氫抑制劑， 通過(guò)硫化氫抑制劑將硫化氫轉(zhuǎn)化為無(wú)害產(chǎn)物， 祛除平臺(tái)殘留的原生硫化氫，使平臺(tái)硫化氫含量控制在預(yù)期目標(biāo)范圍內(nèi)。

本著節(jié)能降耗的原則同時(shí)又能最大程度實(shí)現(xiàn)平臺(tái)流程硫化氫治理，采取新型殺菌劑、硫化氫抑制劑交替加注的方式進(jìn)行加注。 為保障流程平穩(wěn)，逐漸將硫化氫抑制劑加注量調(diào)整至500L/d（4h 內(nèi)完成），硫化氫抑制劑每天連續(xù)加注20h 后更換新型殺菌劑加注，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)30ppm，連續(xù)加注4h， 同時(shí)摸索出硫化氫抑制劑最佳加注量，相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 平臺(tái)硫化氫抑制劑應(yīng)用效果

從圖6 可以看出：硫化氫抑制劑間歇加注后，平臺(tái)全流程硫化氫含量均迅速下降， 降幅顯著，在加注量500L/d 條件下，可使平臺(tái)流程硫化氫含量控制在20ppm 以內(nèi)，多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至小于10ppm。 在硫化氫抑制劑加注量300L/d 條件下，較500L/d 加注條件流程下硫化氫含量有上升趨勢(shì)，為使治理效果達(dá)到預(yù)期，采取硫化氫抑制劑加注量為500L/d。

3 結(jié)論

1）優(yōu)化改造藥劑加注點(diǎn)，解決了殺菌劑注入不及時(shí)、針對(duì)性不強(qiáng)、化學(xué)作用時(shí)間短的問(wèn)題，能夠有效降低SRB 數(shù)量。

2）新型殺菌劑THPS 效果顯著優(yōu)于原有殺菌劑BHS-37，可有效殺滅流程中SRB，抑制次生硫化氫產(chǎn)生，藥劑加注后，生產(chǎn)流程SRB 被徹底殺滅。

3）本著節(jié)能降耗的原則，最終采取新型殺菌劑THPS 每日加注4h，加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)30ppm，配合硫化氫抑制劑每日加注20h，加注500L/d，平臺(tái)流程硫化氫可控制在20ppm 以內(nèi)，多數(shù)檢測(cè)點(diǎn)硫化氫在10ppm 以內(nèi)，治理效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4）該油田流程硫化氫治理的成功實(shí)踐，保障了設(shè)備和人員安全， 有效改善了安全生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)相關(guān)措施方法為其他油田開(kāi)展硫化氫綜合治理提供了有益的參考。