油氣田硫化氫形成機(jī)理與安全防治分析

趙鑫 陳立海 陳剛

長(zhǎng)慶油田分公司安全環(huán)保處 陜西西安 710018

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)油氣能源的需求也呈日益增長(zhǎng)趨勢(shì)。但在油氣田開(kāi)采過(guò)程中常伴有一種劇毒氣體，即硫化氫（H2S）。該氣體的毒性較大，是一氧化碳的5倍以上，同時(shí)，它也是大氣污染物之一，對(duì)人體的安全和環(huán)境影響很大[1]。

一、油氣田硫化氫形成的機(jī)理

近年來(lái)，油氣田的開(kāi)發(fā)技術(shù)有很大進(jìn)步，并在硫化氫問(wèn)題研究方面也取得了一定成果。根據(jù)目前的研究成果，認(rèn)為油氣田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的硫化氫，其形成機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面。

1.硫酸鹽還原菌的還原作用

油氣藏地層的深處溫度一般在40℃左右，且該處的地層中存在大量的硝酸根離子和銨根離子，這為硫酸鹽還原菌提供了良好的滋生環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，該處往往存在大量的硫酸鹽還原菌。有研究對(duì)含有硫化氫的油水混合物進(jìn)行分析，取混合物破乳后的水樣放入有鐵釘?shù)募?xì)菌瓶中進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鐵釘遭到腐蝕，培養(yǎng)液的顏色明顯變黑，并有一股臭雞蛋氣味溢出，從而判定在硫酸鹽還原菌的代謝產(chǎn)物中存在大量的硫化氫。另外，進(jìn)行油氣田開(kāi)發(fā)時(shí)，為保持油層的壓力，常會(huì)通過(guò)注水井往油層注水。但注入的水很多是未經(jīng)過(guò)殺菌處理的污水，這些水體中常含有大量的硫酸鹽還原菌。油田水中的硫酸根和地層中的鹽酸鹽處于厭氧條件下，然后在硫酸鹽還原菌的作用下，從而還原成硫化氫氣體。

2.硫酸鹽的熱化學(xué)還原反應(yīng)作用

當(dāng)溫度達(dá)到120-150℃時(shí)，烴類(lèi)或有機(jī)物和硫酸鹽礦物會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生硫化氫[2]。分析熱化學(xué)的成因，主要是油氣藏地層中的硫礦物會(huì)在地質(zhì)條件下與油氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而出現(xiàn)硫化氫。因?yàn)榈貙由钐幫幱诟邏汉透邷氐臓顟B(tài)，地層中含有的硫礦物會(huì)與烴類(lèi)發(fā)生反應(yīng)。而處于較高溫度下，含硫的有機(jī)物也可能會(huì)發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生硫化氫。總結(jié)發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)形成硫化氫需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件：一是含有硫礦物（或者硫酸根離子）；二是有比較豐富的烴類(lèi)或者有機(jī)物；三是溫度在120～150℃溫度以上的情況[3]。

3.含硫有機(jī)化合物的熱分解

油氣田中硫化氫很多都是由于油氣藏中的含硫有機(jī)化合物，在一定條件下發(fā)生熱化學(xué)分解形成的。這些含硫有機(jī)化合物處于高溫的條件下，含硫雜環(huán)中的S-C鏈（活化能較低）會(huì)出現(xiàn)斷裂，從而形成硫化氫。如RCH2CH2SH→RCH=CH2+H2S↑。這種生成的過(guò)程也被稱(chēng)為裂解型硫化氫。而當(dāng)有更高溫度時(shí)，硫雜環(huán)會(huì)出現(xiàn)斷裂，進(jìn)入深裂解作用的階段，從而生成更多的硫化氫。

二、油氣田硫化氫的安全防治對(duì)策

根據(jù)油氣田中硫化氫形成機(jī)理的不同，可采取相應(yīng)的安全防治對(duì)策，比較常用的有生物法、化學(xué)法等，現(xiàn)主要介紹這兩種方法。

1.生物防治法

該辦法主要是對(duì)硫酸鹽還原菌還原硫酸鹽起到阻礙作用。硫化氫被認(rèn)為是產(chǎn)生硫化氫的主要生物原因，廣泛存在于油田產(chǎn)出的水以及油田注入的水中。為阻止水中的硫酸鹽還原菌對(duì)硫酸鹽起到還原作用，可在水中加入生物殺菌劑，如氧化物、甲硝噠唑、二溴氮基丙氨酰、丙烯醛等，這些殺菌劑能有效控制細(xì)菌的生長(zhǎng)。另外，咔唑烷基磺酸、芳基亞磺酸等磺酸類(lèi)殺菌劑可兼做殺菌劑和除硫劑使用。但受到油藏壓力、溫度等因素的影響，很多殺菌劑的局限性明顯，兼容性有待提高。因此，今后的研發(fā)的重點(diǎn)是進(jìn)一步提高殺菌劑的功效。

2.化學(xué)防治法

該方法的主要功能是將硫化氫轉(zhuǎn)變成腐蝕性小、毒性小的含硫物。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)大量的研究測(cè)試，科研工作者研制成功了很多硫化氫化學(xué)清除劑，例如胺-醛凝結(jié)物、丙烯醛、亞硝酸鹽等，這些清除劑能有效實(shí)現(xiàn)硫化氫的性能的轉(zhuǎn)化，使其危害性降低。而硫化氫含量隨著油田注水開(kāi)發(fā)的深入呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，科研工作者為此也研制出了一些有效的除硫劑，如堿式、海綿鐵等。總結(jié)去除硫化氫的化學(xué)措施主要有以下幾種：

⑴金屬堿去除法。先將氫氧化鈉溶液（或者濃氫氧化鉀）置于若干個(gè)通氣管連接好的球形設(shè)備中，然后將含硫化氫物質(zhì)的氣體從球管中通過(guò)。在通過(guò)的過(guò)程中，硫化氫氣體會(huì)被吸收（根據(jù)的是二元弱酸堿離解原理）[4]。

⑵氧化消除法。比較常見(jiàn)的氧化劑有SO2、H2SO4（濃）等，這些氧化劑能氧化硫離子和硫化氫，而形成硫化物或者單質(zhì)硫，達(dá)到去除硫化氫的效果。

⑶沉淀消除法?？稍阢@井液中或者油井中加入一些氧化物或者金屬離子，如氧化鐵、鋅螯合物、碳酸亞銅醋酸鋅、氧化鋅等。這些物質(zhì)會(huì)與硫化氫發(fā)成化學(xué)反應(yīng)，從而生成一種難溶化合物，能起到去除硫化氫的效果。

⑷金屬氧化物的吸收去除法：要脫除油氣田中的硫化氫時(shí)，若在較低溫度下，則很難實(shí)現(xiàn)脫硫。而隨著溫度的升高，脫硫效果則會(huì)更加明顯。這主要依靠可再生硫吸收劑的研究成果。

3.其他安全防治對(duì)策

除了進(jìn)行生物和化學(xué)防治措施之外，加強(qiáng)人員的教育培訓(xùn)，提高人員對(duì)硫化氫的防范處置能力；強(qiáng)化設(shè)施的防腐防治措施，配備完善的防護(hù)設(shè)備、檢測(cè)器材；明確職責(zé)和完善告知、監(jiān)測(cè)、警示等規(guī)章制度；建立健全硫化氨防護(hù)體系等都是防止硫化氫的有效舉措。

[1]李芒，劉建川，鄧?yán)?油氣田硫化氫形成機(jī)理與安全防治研究[J].廣州化工.2013,41(14):38-39+87.

[2]張吉東，俞英，黃海燕.油氣田硫化氫形成機(jī)理及影響因素研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2014(23):143.

[3]宣延軍.油氣田硫化氫的危害與防范技術(shù)研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2012,32(03)：19.

[4]高淑華.淺談如何做好防硫化氫技術(shù)培訓(xùn)[J].投資與創(chuàng)業(yè).2012(03)：87.