蒸汽驅(qū)硫化氫防治技術(shù)研究與應(yīng)用

【摘??要】隨著汽驅(qū)生產(chǎn)的不斷深入，齊40塊蒸汽驅(qū)井組內(nèi)伴生氣產(chǎn)量逐漸升高，伴生氣內(nèi)含有H2S、CO2、CH4等多種氣體組分。本文從硫化氫的產(chǎn)生機(jī)理及區(qū)塊蒸汽驅(qū)開發(fā)特點(diǎn)出發(fā)，確定了硫化氫消除劑配方，開展了現(xiàn)場試驗(yàn)，應(yīng)用效果良好。

【關(guān)鍵詞】齊40塊;蒸汽驅(qū);;配方

1?基本情況

齊40塊自1998年蒸汽驅(qū)試驗(yàn)以來，油井套管氣組分開始變化，開始出現(xiàn)H2S、CO2等氣體。隨著蒸汽驅(qū)井底溫度的升高，H2S的濃度普遍升高，2012年已有51.4%的油井H2S含量超過100mg/m3。高濃度的H2S含量，給汽驅(qū)井作業(yè)安全造成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)防治主要采取負(fù)壓抽吸和修井作業(yè)過程中大量注入熱污水進(jìn)行壓井的辦法，不僅成本高，還會(huì)對(duì)地層造成冷傷害，并延長排水期，影響汽驅(qū)生產(chǎn)效果。

2?H2S產(chǎn)生原因分析

從油氣藏H2S成因機(jī)理來看，H2S的成因類型主要有生物作用、TDS+TRS、有機(jī)物熱分解。齊40塊采用高達(dá)300℃的蒸汽驅(qū)，微生物不具備存活的條件。從整個(gè)齊40快的儲(chǔ)層礦物分析結(jié)果來看，儲(chǔ)層中含硫礦物包括石膏、重晶石、黃鐵礦等。齊40塊的H2S來源以有機(jī)質(zhì)熱分解為主，硫化物熱分解和含硫化何物還原為輔。

3?H2S消除劑配方研究

通過對(duì)齊40塊地層敏感性試驗(yàn)、儲(chǔ)層巖石速敏性評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層巖石水敏性評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層巖石鹽敏性評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層巖石堿敏性評(píng)價(jià)等室內(nèi)試驗(yàn)及理論研究，確定H2S消除劑配方。

3.1?H2S消除劑配方構(gòu)成理論研究

從現(xiàn)場來看，H2S和CO2都是過量的，由于溶液中的H+的存在，H2S大部分以分子的形式存在。實(shí)現(xiàn)H2S的完全消除，需要先中和掉大量的CO2。H2S溶解于水后電離具有還原性的S2-離子，可以利用氧化劑將其氧化。由于原油和天然氣呈現(xiàn)弱氧化性，氧化劑將首先與還原性強(qiáng)的H2S反應(yīng)。所以，在齊40塊采用弱氧化劑氧化處理井筒內(nèi)的H2S是一種徹底、有效的方法。

3.2?H2S中和劑的確定

堿液首要考慮安全性、溶解性、以及在井筒和近井油層200℃以下的穩(wěn)定性。其次優(yōu)先與H2S反應(yīng)，再與CO2反應(yīng)或者不反應(yīng)，生成物不能是固體。三乙醇胺和三乙胺都具有很高的H2S消除性能。即使在95℃情況下，其同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，對(duì)H2S的清除率也高于碳酸鈉。對(duì)K3PO4、K2HPO4以及Na2HPO4做同類試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，K3PO4略強(qiáng)于Na3PO4，但是由于性價(jià)比低于Na3PO4，K2HPO4及Na2HPO4雖然堿性弱，使用更安全，但效果遠(yuǎn)低于Na3PO4。對(duì)比以上藥劑，選擇三乙醇胺、三乙胺、Na3PO4和K2CO3的作為H2S中和劑。

3.3?H2S氧化劑的確定

井筒內(nèi)含有原油、天然氣等有機(jī)物，溫度高，如果氧化性強(qiáng)，存在安全隱患。選擇氧化性低的氧化劑，要證既能氧化H2S，又不與其他有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，生成物不是固體和有毒有害物質(zhì)。由于齊40塊井底溫度高，有必要測試H2S氧化劑對(duì)地層有機(jī)物的氧化性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)分別測試甲烷和乙炔氣體在氧化劑中的穩(wěn)定性，Na2SO3，NaClO和NaNO2符合H2S井筒氧化消除劑要求。

3.4?綜合吸收劑的確定

FeCl3，NaClO和NaNO2雖然可以實(shí)現(xiàn)H2S的高效清除，但碳酸的酸性不足以支持該反應(yīng)的進(jìn)行，必須使酸濃度達(dá)到0.01mol/L。但是現(xiàn)場具有不安全性，必須將酸性降低。其次，由于氧化反應(yīng)持續(xù)消耗酸。所以直接使用氧化劑消除H2S是不可行的。

3.4.1氧化中和吸收法研究

H2S與FeCl3發(fā)生是氧化中較為簡易的處理辦法，但是該反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)液酸性增強(qiáng)，不利于現(xiàn)場操作。如果在反應(yīng)液中加入價(jià)廉的NaHCO3，生成物不會(huì)有強(qiáng)酸生成，H2S的吸收量將增加3倍，生成物穩(wěn)定。

3.4.2?置換氧化吸收法室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以采用5%濃度的CuSO4溶液與10%濃度的NaNO2溶液按照1比2的比例混合，然后加入少量的鹽酸調(diào)節(jié)酸度進(jìn)行現(xiàn)場施工。該配方H2S消除效果好，且受溫度影響小。

3.5?H2S輔助吸收劑的確定

采用溶液實(shí)現(xiàn)H2S的消除。使用表面活性劑可以同時(shí)降低氣液兩相的表面張力，還可以通過發(fā)泡來提高氣液兩相的接觸面，是有效提高H2S清除劑對(duì)H2S吸附的途徑。氟碳表面活性劑FC—4430無論在低溫25℃還是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的最高溫度95℃，都表現(xiàn)出超強(qiáng)的性能，泡沫性能和消泡時(shí)間都沒有發(fā)生改變。

3.6?井筒H2S消除劑配方確定

通過前面實(shí)驗(yàn)，井筒H2S消除劑基本配方如下：H2S中和劑N（C2H5O）3、Na3PO4、N（CH3CH2）3、K2CO3;H2S氧化劑Na2SO3，NaClO和NaNO2;H2S輔助吸收劑FC-4430;溶解介質(zhì)H2O。

3.7?地層配伍性及產(chǎn)物穩(wěn)定性研究

置換氧化吸收配方采取中和劑超量辦法進(jìn)行H2S的控制。由于堿超量，總體環(huán)境仍屬于堿性，所以采用Na3PO4?中和后生產(chǎn)的NaHS處與較穩(wěn)定的狀態(tài)，在此比例下不會(huì)析出H2S氣體。采用N（C2H5O）3處理H2S生產(chǎn)的配位堿合物（C2H6O）3N：S性質(zhì)更加穩(wěn)定，在300℃才會(huì)發(fā)生逆反應(yīng)。此劑量中和后的生成物性質(zhì)穩(wěn)定。

4結(jié)論

（1）齊40塊H2S次生為主，為汽驅(qū)致含硫有機(jī)質(zhì)熱分解所產(chǎn)生，大部分以H2S分子形式存在。

（2）采用該消除劑進(jìn)行H2S消除施工，作業(yè)井井口H2S氣體濃度低于5ppm，單井有效時(shí)間大于72小時(shí)。

（3）與傳統(tǒng)灌注污水處理齊40塊井筒H2S技術(shù)對(duì)比，不會(huì)對(duì)地層造成冷傷害，不會(huì)污染地層;與傳統(tǒng)負(fù)壓抽吸井筒內(nèi)H2S氣體相比，該技術(shù)施工簡單，有效時(shí)間長、無需處理抽吸出的H2S氣體等二次工藝;與傳統(tǒng)單一灌注堿水處理井筒內(nèi)H2S氣體的辦法對(duì)比，該技術(shù)創(chuàng)新的采用弱氧化劑處理井筒內(nèi)H2S氣體，將H2S氧化成單質(zhì)硫，消除劑消耗少，H2S產(chǎn)物穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡同建，朱景敏，韓積軍.油氣田開發(fā)過程中硫化氫防護(hù)措施探討[J].中國化工貿(mào)易，2016，8（3）：18～19.

作者簡介：

郝麗偉，女，1983年生，工程師，2007年畢業(yè)于長江大學(xué)地球化學(xué)系，現(xiàn)從事科技管理工作。

（作者單位：遼河油田公司歡喜嶺采油廠）