特超稠油區(qū)塊含硫化氫產(chǎn)出液的處理

魏鋼 中國石化勝利油田石油開發(fā)中心有限公司

特超稠油區(qū)塊含硫化氫產(chǎn)出液的處理

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王莊鄭411區(qū)塊為特超稠油區(qū)塊，在生產(chǎn)過程中部分油井發(fā)現(xiàn)了硫化氫氣體，且含高濃度硫化氫油井的比例逐年增加。自2010年6月～2012年12月，在鄭411、坨826區(qū)塊15口井上安裝了HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置。實(shí)踐證明，在日平均產(chǎn)氣量小于1000m3/d、硫化氫含量小于800mg/m3時，該裝置最長安全運(yùn)行時間可達(dá)270天左右，檢測口硫化氫濃度一直保持為0，脫除硫化氫效果良好；同時該裝置內(nèi)部反應(yīng)介質(zhì)為固體顆料，吸附劑飽和后常溫下不會揮發(fā)出來，對環(huán)境、人體無影響。為了更直觀地反應(yīng)各階段試驗(yàn)的效果，依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表對三個階段的試驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)，從對比結(jié)果可以看出，五級干式反應(yīng)法優(yōu)于濕式反應(yīng)法，更具推廣價(jià)值。

稠油開采；硫化氫；脫硫；試驗(yàn)

1 硫化氫產(chǎn)出情況

勝利油田王莊鄭411區(qū)塊油藏埋深1300m以上，原油黏度高達(dá)40×104～70×104mPa·s，為特超稠油區(qū)塊，采用HDCS方式開采。生產(chǎn)過程中部分油井發(fā)現(xiàn)了硫化氫氣體，且含高濃度硫化氫油井的比例逐年增加。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，硫化氫濃度變化呈現(xiàn)兩個規(guī)律：一是位于鄭411區(qū)塊西南部的靠近邊水油井的H2S濃度較高；二是隨吞吐輪次的增加，硫化氫濃度逐漸變高。

2 產(chǎn)出液硫化氫成因分析

2.1 硫化氫成因

（1）硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)[1]（TSR）。硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)發(fā)生的3個必要條件是硫酸鹽、烴類和高溫(高于120℃)。鄭411塊區(qū)塊蒸汽吞吐溫度達(dá)300℃以上，另外，注入水中有硫酸根離子，因此有生成硫化氫的可能。

（2）有機(jī)硫的熱化學(xué)分解[2]（TDS）。含硫烴原巖及含硫化合物在熱力作用下，含硫的雜環(huán)斷裂，產(chǎn)生硫化氫。但是這種方式不可能形成高濃度硫化氫氣體。鄭411塊原油屬低含硫原油，其硫含量大都在0.6%～1.5%之間，因此不是該區(qū)塊的主要成因。

2.2 影響因素

（1）邊底水影響。TSR反應(yīng)多位于油水邊界，鄭411—P7、鄭411—P43井受到區(qū)塊邊底水侵入的影響，地層水中SO42-大量侵入使硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)速度提升，導(dǎo)致硫化氫濃度升高。

（2）硫酸根離子影響。該區(qū)塊稠油蒸汽吞吐的注水系統(tǒng)中含有SO4-2，是硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 硫化氫脫除工藝流程設(shè)計(jì)

（1）工藝原理。傳統(tǒng)的濕式反應(yīng)脫硫工藝不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，采用干法脫硫工藝進(jìn)行攻關(guān)試驗(yàn)。采用的脫硫工藝是使用高效吸附劑進(jìn)行物理吸附，其脫硫反應(yīng)機(jī)理為FeOOH+H2S→FeOSH+ H2O。物理吸附法脫硫是利用活性固體吸附劑來吸收硫化氫氣體，然后用一定方法把吸附的硫化氫氣體轉(zhuǎn)換儲存起來。HJ—2型高效吸附劑，有選擇性的吸附硫化氫氣體，而不會與二氧化碳、氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)。

（2）工藝流程。HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置分為三段五級反應(yīng)。油罐中的氣體第一階段進(jìn)入氣、水兩相分離器中，將氣和水進(jìn)行初步分離，第二階段進(jìn)入二級反應(yīng)罐中通過活性炭吸附進(jìn)行再脫水及吸附，第三階段進(jìn)入三級吸收反應(yīng)罐，通過硫化氫干式反應(yīng)達(dá)到硫化氫氣體的排放濃度為零[3]。

（3）工藝參數(shù)。設(shè)備處理參數(shù)：進(jìn)氣量≤5000m3/d，硫化氫含量≤1800mg/L，設(shè)備出口硫化氫含量≤5mg/L。操作溫度為30～40℃；操作壓力為0.10MPa。

4 礦場應(yīng)用效果

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其相關(guān)規(guī)律

（1）試驗(yàn)第一階段：NaOH試驗(yàn)階段。將儲油罐密閉，罐內(nèi)氣體通過集氣管線放出，集氣管線出口引入容積為1m3的反應(yīng)箱，反應(yīng)箱內(nèi)放置反應(yīng)液，利用化學(xué)中和的原理，脫除硫化氫氣體。在反應(yīng)箱內(nèi)注入600kg清水，首先加入50kg氫氧化鈉試劑。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可以看出，加注氫氧化鈉效果不理想。加注的氫氧化鈉與氣體反應(yīng)速度較快，加入50kg氫氧化鈉僅能維持2h左右（不超過10mg/L），更換溶液勞動強(qiáng)度較大，加注的藥劑具有腐蝕性[4]。

（2）試驗(yàn)第二階段：二乙醇胺試驗(yàn)階段。清空NaOH溶液后，加入試驗(yàn)藥劑（800kg二乙醇胺溶劑），加完10min后檢測，反應(yīng)液pH值為11，出口硫化氫濃度為12mg/L，2h后濃度上升為60mg/L，4h后濃度超過100mg/L。乙二醇胺與氣體反應(yīng)速度比氫氧化鈉更快，證明此方法不可行。

（3）試驗(yàn)第三階段：五級干式反應(yīng)階段。將油罐中的氣體引入1號氣水兩相分離器中，將氣和水進(jìn)行初步分離；伴生氣體繼續(xù)進(jìn)入2、3號反應(yīng)罐中，充分接觸后，氣體與水完全脫離，2、3號反應(yīng)罐可先行吸附一部分硫化氫氣體；氣體引入三級吸收反應(yīng)器，經(jīng)吸附劑處理使硫化氫氣體被充分吸收，最終實(shí)現(xiàn)硫化氫零排放。該裝置自6月11日～27日共16天的時間里，出口硫化氫濃度保持為0，說明脫除硫化氫效果良好。

4.2 現(xiàn)場試驗(yàn)效果及綜合評價(jià)

自2010年6月～2012年12月，在鄭411、坨826區(qū)塊15口井上安裝了HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置。實(shí)踐證明，在日平均產(chǎn)氣量小于1000m3/d、硫化氫含量小于800mg/m3時，該裝置最長安全運(yùn)行時間可達(dá)270天左右，檢測口硫化氫濃度一直保持為0，脫除硫化氫效果良好；同時該裝置內(nèi)部反應(yīng)介質(zhì)為固體顆料，吸附劑飽和后常溫下不會揮發(fā)出來，對環(huán)境、人體無影響[5]。為了更直觀地反應(yīng)各階段試驗(yàn)的效果，依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表對三個階段的試驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)，從對比結(jié)果可以看出，五級干式反應(yīng)法優(yōu)于濕式反應(yīng)法，更具推廣價(jià)值。

[1]王順華．油田開發(fā)生產(chǎn)安全技術(shù)[M]．東營：中國石油大學(xué)出版社，2009．

[2]吳拓，楊俊印，林仲，等．稠油注蒸汽開發(fā)區(qū)塊H2S成因研究[J]．特種油氣藏，2012，12（6）：35-36.

[3]馬強(qiáng)．稠油熱采油田硫化氫生成機(jī)理研究[J]．吐哈油氣，2012，9（3）：273-275.

[4]范洪富，劉永建，鐘立國．油層礦物對蒸汽作用稠油組成與黏度變化的影響[J]．油田化學(xué)，2001，18（4），299-301.

[5]劉偌伍．稠油油田伴生氣的硫化氫處理研究[J]．特種油氣藏，2006，13（增刊）：232-234.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.026