熱采伴生硫化氫防治方法與安全風險管控

劉二平

（中國石油遼河油田分公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心，遼寧 盤錦 124010）

1 研究背景

硫化氫是一種無色、劇毒、具有臭雞蛋氣味的酸性氣體。當人體吸入少量高濃度的硫化氫即可在短時間內(nèi)致命[1]，硫化氫的職業(yè)接觸限值為 10 mg/m3。在油田稠油開采過程中，需要對稠油注入蒸汽進行加熱，從而降低黏度使稠油具有一定的流動性[2]，在這一蒸汽加熱過程中會使地層產(chǎn)生大量的硫化氫[3]。隨著油田開發(fā)深入進行，遼河油田的多個稠油熱采區(qū)塊都出現(xiàn)了大量高含硫化氫的油井[4]。個別油井套管氣中硫化氫含量大大超出國家規(guī)定的最高容許含量，不僅造成油井、管線等的腐蝕，影響油井正常生產(chǎn)，而且嚴重威脅油井作業(yè)人員的生命安全和周邊居民的正常生活狀態(tài)。

國內(nèi)遼河、勝利、新疆等稠油開采企業(yè)安全生產(chǎn)面臨的主要問題之一，就是稠油熱采時伴隨產(chǎn)生的硫化氫危害，熱采產(chǎn)生的硫化氫具有成因復(fù)雜、分布范圍廣、生成濃度高、危害性大等特點。目前防治方法主要是通過在地面建立吸收裝置采用“干法”或者“濕法”進行脫硫處理，而對井筒內(nèi)以及地層中硫化氫氣體則缺少行之有效的處理辦法，許多油井由于硫化氫在井筒內(nèi)和井底地層附近的聚集造成井底管柱腐蝕加劇設(shè)備損壞，因此迫切需要一種從硫化氫產(chǎn)生源頭開始，各生產(chǎn)關(guān)鍵節(jié)點全覆蓋的本質(zhì)安全防控方法。

2 硫化氫三位一體防治技術(shù)

2.1 地層抑制技術(shù)

對于蒸汽驅(qū)、SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage,重力輔助卸油）、火驅(qū)開發(fā)的井組，由于地層溫度高達幾百攝氏度，超高的溫度導(dǎo)致油井套管氣中伴隨產(chǎn)生大量的硫化氫。通過研究發(fā)現(xiàn)，提高地層流體中的pH值，可以導(dǎo)致生成硫化氫反應(yīng)的電離平衡被打破，使得反應(yīng)趨向于減少硫化氫生成的方向進行，進而抑制硫化氫的產(chǎn)生，另外堿性溶液環(huán)境也會增強硫化氫的溶解作用。按照超前防治的理念，在一些蒸汽驅(qū)注入井采取了在蒸汽中伴注堿性溶液的辦法實現(xiàn)了從源頭上控制硫化氫的生成，現(xiàn)場試驗表明在蒸汽注入井中實施硫化氫抑制后，對應(yīng)采油井的硫化氫濃度下降了50%，取得了初步的試驗效果。

2.2 井筒處理技術(shù)

為解決井筒內(nèi)硫化氫聚集造成井筒管柱腐蝕、設(shè)備損壞等井下工藝問題，采取了井口滴注脫硫劑的方式對井筒硫化氫進行了處理。該工藝是在井口附近安裝一密閉容器加藥裝置，采用小型計量泵向油套環(huán)空進行點滴注入的方式開展硫化氫消除作業(yè)，現(xiàn)場試驗表明在單井每天泵注脫硫劑N-甲基二乙醇胺溶液20 L情況下，單井硫化氫濃度即可由7 000 mg/m3下降至0，硫化氫消除效果較為顯著。

2.3 地面脫硫技術(shù)

干法脫硫是利用氣/固相接觸后，固態(tài)脫硫劑與氣態(tài)硫化氫反應(yīng)生成固態(tài)硫的原理進行脫硫的工藝，其特點是工藝簡單，脫硫效率高，可用于原料氣體中硫化氫含量不太高或者需要滿足深度脫硫的工藝需求，是目前最為成熟也是被應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝。干法脫硫按照脫硫劑的不同，分為克勞金法、單金屬氧化物法、復(fù)合金屬氧化物法以及吸附法，其主要缺點是處理原料氣的量不宜過大，氣體中硫化氫濃度不宜過高，否則無法達到較好的脫硫效果。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，最終確定了脫硫效率高、經(jīng)濟效益相對較好的氧化鐵干法脫硫工藝，該工藝采用無定型羥基氧化鐵為填料的吸收塔對氣體進行脫硫處理，根據(jù)原料氣數(shù)量的不同，設(shè)計了雙塔或三塔串聯(lián)工藝，多塔串聯(lián)工藝脫硫效率更高，安全性更好，并且在進行填料更換時，可逐塔進行，不需要中斷生產(chǎn)。

3 采油作業(yè)現(xiàn)場硫化氫風險管控模式

3.1 基于本質(zhì)安全理念的全密閉油井作業(yè)模式

為了實現(xiàn)含硫化氫油井作業(yè)安全零事故的目標，在含硫化氫油井作業(yè)時采用了基于本質(zhì)安全理念的全密閉油井作業(yè)新模式。具體做法是在油井作業(yè)前先用洗井液進行洗壓井，根據(jù)硫化氫易溶于水的特點，讓洗井液充分吸收井筒內(nèi)的硫化氫氣體，同時為防止作業(yè)過程中井筒底部硫化氫上竄，在井口安裝單閘板防噴器，并在上部依次安裝可控起下抽油桿裝置、油管自封裝置、水循環(huán)設(shè)備，實現(xiàn)油井起管桿時整個油套環(huán)空處于密封狀態(tài)，同時利用井口自封裝置的密閉空間形成水流隔層實現(xiàn)隔離、吸收硫化氫，達到全密閉作業(yè)狀態(tài)。

3.2 基于硫化氫分布規(guī)律研究的油井安全分級管理

研究表明硫化氫生成濃度與注蒸汽時間、注蒸汽溫度、注蒸汽量等因素有關(guān)，蒸汽驅(qū)開發(fā)投產(chǎn)時間越長，注蒸汽強度越高，注蒸汽后地層溫度壓力越高的汽驅(qū)井組，硫化氫濃度也相應(yīng)越高。為確保油氣生產(chǎn)系統(tǒng)安全全面受控，遼河油田建立了有毒氣體數(shù)字化在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝在油井井口的硫化氫自動檢測裝置，實現(xiàn)了對油井硫化氫濃度的實時在線監(jiān)測。依據(jù)監(jiān)測濃度對硫化氫防控實施3級管理，硫化器Ⅰ級風險管理：硫化氫濃度高于1 500 mg/m3的油井；硫化氫Ⅱ級風險管理：硫化氫濃度低于1 500 mg/m3，高于300 mg/m3的油井；硫化氫Ⅲ級風險管理：硫化氫濃度低于300 mg/m3，高于15 mg/m3的油井。對于不同級別的含硫化氫油井采用不同色系的上鎖掛牌管理制度，并在油井醒目部位用不同顏色、不同方式設(shè)置安全警示標識，紅色代表一級管理，黃色代表二級管理，藍色代表三級管理。

同時按照分級管控要求，在油井更換密封圈、油井取樣、油井進行功圖液面測試等生產(chǎn)運行維護工作中，對于硫化氫一級風險管理井要求操作工作必須由采油區(qū)隊干部進行，由作業(yè)區(qū)業(yè)務(wù)主管副區(qū)長、作業(yè)區(qū)安全組組長進行全過程監(jiān)護；對于硫化氫二級風險管理井要求操作工作必須由班組長實施，由作業(yè)區(qū)隊干部、作業(yè)區(qū)安全組成員進行全過程監(jiān)護；對于硫化氫三級風險管理井可以由崗位員工操作，班組長在旁監(jiān)護。

4 結(jié)論

1）稠油熱采伴隨產(chǎn)生的硫化氫是危害油井安全生產(chǎn)的主要因素之一，隨著油田開發(fā)地不斷深入，硫化氫防治問題愈發(fā)突出，實踐證明，遼河油田提出的地層抑制、井筒處理、地面脫硫三位一體硫化氫防治理念科學合理，現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)年來未發(fā)生一起硫化氫中毒等安全事故，實際防治效果較為突出。

2）通過創(chuàng)新研制新型作業(yè)設(shè)備，使油井起管桿時整個油套環(huán)空處于密封狀態(tài)，同時利用井口自封裝置形成水流隔層，實現(xiàn)對井筒硫化氫的隔離與吸收，達到全密閉作業(yè)狀態(tài)，實現(xiàn)了含硫化氫油井作業(yè)的本質(zhì)安全。

3）基于硫化氫分布規(guī)律的研究，提出了含硫化氫油井分級管理理念，讓安全責任落實到了具體人員，杜絕了不具備相應(yīng)素質(zhì)的人員出現(xiàn)不安全行為的可能。