環(huán)江油田里429 區(qū)塊硫化氫危害及治理

陳鈾財，王作碧，惠 穎，張黎

（中國石油長慶油田分公司第二采油廠，甘肅慶陽 744100）

環(huán)江油田里429 區(qū)塊延10 油藏位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西南部，行政區(qū)劃隸屬于甘肅省環(huán)縣八珠鄉(xiāng)，主要含油目的層為中生界侏羅系下統(tǒng)延安組延10油組河流相沉積砂巖儲層，厚約10.7 m。里429 區(qū)塊延10 油藏含油面積7.01 km2，地質(zhì)儲量585.45×104t。該油藏于2021 年滾動開發(fā)，區(qū)塊試油抽汲過程中硫化氫濃度大于0.01%，該區(qū)采油井78 口，注水井10 口，日產(chǎn)液565 m3，日產(chǎn)油3.58 t，日注水量222 m3，月注采比0.34，地質(zhì)儲量采油速度2.29%，單井產(chǎn)能4.59 t/d，綜合含水率2.46%。

針對里429 區(qū)塊78 口采油井進行原油硫化氫含量測試，通過測試發(fā)現(xiàn)原油中含硫1%以上油井23 口，0.2%～1%油井18 口，0.2%以下油井23 口，里429 區(qū)塊所轄油氣場站3 座（增壓站2 座，脫水站1 座），硫化氫分布存在點多面廣的情況；在油田開發(fā)生產(chǎn)中，伴隨原油生產(chǎn)處理各個工藝環(huán)節(jié)，有較多釋放點，例如：油井套管口、采油樹取樣口、污油箱、儲油罐、采出水處理系統(tǒng)、污油池等；在工藝生產(chǎn)操作過程中，如：油水井加藥作業(yè)、修井作業(yè)、油罐量油、原油取樣、裝卸油作業(yè)、油氣設(shè)備放空維護等日常操作中，因此，里429 區(qū)塊原油硫化氫治理存在著分布廣、濃度高、釋放點多等特性，硫化氫治理防控措施不到位極有可能發(fā)生因硫化氫中毒的安全事故，嚴重危害油田正常安全生產(chǎn)[1-4]。

1 里429 區(qū)塊硫化氫防治措施

為提高油井井筒完整性管控使用壽命，防止里429 區(qū)塊油井套破對原油開采產(chǎn)生影響，主要從以下兩方面開展防護。

1.1 井筒配套抗硫化氫腐蝕石油材料

里429 區(qū)塊油井套管采用25CrMo 抗硫化氫腐蝕石油套管[5]，在套管中添加微量Cr、Mo 等合金元素可細化鋼的原始奧氏體晶粒度，可以提高鋼材淬透性，防止回火脆性，增加回火穩(wěn)定性，提高抗點腐蝕和抗硫化氫腐蝕的能力。

1.2 井筒加藥降低硫化氫含量

為降低原油中硫化氫含量，一方面油井油套環(huán)空添加多羥基化合物型脫硫劑（CQJS-1），保持井筒中硫化氫濃度處于較低水平；另一方面同時投加殺菌劑（SJ-66），降低采出液中硫酸鹽還原菌（SRB）含量，降低原油中硫化氫含量，降低硫化氫對套管、油管、油桿、抽油泵及井下附件的腐蝕；通過開展殺菌劑（SJ-66、SJ-99）與脫硫劑（CQJS-1）配伍性實驗，實驗結(jié)果見表1，發(fā)現(xiàn)殺菌劑（SJ-66）可以適當提升脫硫劑（CQJS-1）脫硫性能[6-7]。

表1 不同實驗條件下脫硫率測試結(jié)果

從表1 中可以看出，殺菌劑SJ-99 對油氣集輸用硫化物脫硫劑脫硫率沒有影響，殺菌劑SJ-66 可以適當提升油氣集輸用硫化物脫硫劑脫硫性能。進一步考慮到化學(xué)藥劑配伍性，實驗檢測油氣集輸用硫化物脫硫劑CQJS-1 對殺菌劑SJ-66、SJ-99 殺菌率影響，殺菌率測試按照Q/SY 49—2010《油田用殺菌劑技術(shù)要求》中方法進行，實驗結(jié)果見表2，得出油氣集輸用硫化物脫硫劑對殺菌劑殺菌率沒有影響。

表2 不同實驗條件下殺菌率實驗結(jié)果

里429 區(qū)塊采用遠程多井組智能加藥裝置（抗硫），工藝流程見圖1。一套加藥裝置可滿足同一井場最多20 口油井油套環(huán)空定時、定量、自動加藥，實際安裝數(shù)量依據(jù)井場實際油井數(shù)確定；達到無人值守自動加藥，對逐個油井選擇設(shè)定加藥，也可以同時多井加藥，加藥時間可根據(jù)井場實際需求任意調(diào)整。

圖1 多井組智能加藥裝置工藝流程圖

2 里429 區(qū)塊集輸系統(tǒng)防腐措施

里429 區(qū)塊集輸管道內(nèi)介質(zhì)具有硫化氫含量高，地層水還含Cl-、HCO3-和SO42-，礦化度高多種因素共同影響，加劇管道腐蝕泄漏。含硫化氫原油集輸管道內(nèi)部介質(zhì)在低流速流動過程中，集輸管道含有以FeO（OH）、FeCO3及FeS 為主的腐蝕產(chǎn)物，F(xiàn)eS 燃點低，在集輸管道動火作業(yè)中極易發(fā)生燃爆事件。

2.1 集輸系統(tǒng)全密閉輸送

通過井口定壓放氣閥配套，實現(xiàn)井口密閉，防止井場硫化氫中毒事件；在流程密閉方面，新建嶺X 轉(zhuǎn)接站，井組出油管線采用“單管不加熱投球”工藝敷設(shè)至嶺T 轉(zhuǎn)接站，“兩級布站”嶺Z 轉(zhuǎn)輸送至嶺二轉(zhuǎn)脫水站進行油水分離、采出水處理及回注、原油外輸?shù)忍幚砉に?。嶺X 轉(zhuǎn)接站原油處理流程見圖2，伴生氣處理流程見圖3，實現(xiàn)了原油轉(zhuǎn)接全密閉輸送。

圖2 嶺X 轉(zhuǎn)接站原油處理流程

圖3 嶺Z 轉(zhuǎn)接站伴生氣處理流程

2.2 原油處理加藥降低硫化氫含量

一方面由于嶺二轉(zhuǎn)沉降罐、凈化罐均為拱頂罐，系統(tǒng)不密閉，防止發(fā)生站內(nèi)人員硫化氫中毒，目前在嶺Z轉(zhuǎn)及嶺二轉(zhuǎn)投加脫硫劑（CQJS-1）；另一方面為保障嶺二轉(zhuǎn)原油處理合格，為確保脫硫劑（CQJS-1）對嶺二轉(zhuǎn)使用破乳劑（YT-100）原油破乳無不良影響，開展脫硫劑CQJS-1 對破乳劑YT-100 脫水性能的影響實驗。實驗采用單因素變量控制法，保持其他條件不變，每次只改變含水原油體系中的一種因素，測定其在49 ℃下的脫水量。脫水體系①：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場破乳劑YT-100（130 mg/L）；脫水體系②：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場脫硫劑CQJS-1（10 000 mg/L）；脫水體系③：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場破乳劑YT-100（130 mg/L）+現(xiàn)場脫硫劑CQJS-1（10 000 mg/L），實驗得出脫硫劑CQJS-1 對破乳劑YT-100 的脫水性能無不良影響，實驗結(jié)果見表3。

表3 脫硫劑CQJS-1 對破乳劑YT-100 脫水性能的影響

進一步考慮到化學(xué)藥劑配伍性，實驗檢測破乳劑YT-100 對脫硫劑CQJS-1 脫硫性能的影響，采用單因素變量控制法實驗，保持其他條件不變，每次只改變含水原油體系中的一種因素，測定在49 ℃下的含水原油中的硫化氫含量變化。脫硫體系①：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場脫硫劑CQJS-1（10 000 mg/L）；脫硫體系②：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場脫硫劑CQJS-1（15 000 mg/L）；脫硫體系③：嶺二轉(zhuǎn)含水原油+現(xiàn)場破乳劑YT-100（130 mg/L）+現(xiàn)場脫硫劑CQJS-1（15 000 mg/L）。從表4 可以看出，破乳劑YT-100 對脫硫劑CQJS-1 的脫硫性能無不良影響。

表4 破乳劑YT-100 對脫硫劑CQJS-1 脫硫性能的影響

3 里429 區(qū)塊采出水系統(tǒng)防腐措施

按照SY/T 0532—2012《油田注入水細菌分析方法絕跡稀釋法》中方法進行里429 區(qū)塊油井采出水水樣測試[8-10]，絕跡稀釋法細菌培養(yǎng)，結(jié)果見表5。硫酸鹽還原菌總細菌數(shù)＞3×107個/毫升。硫酸鹽還原菌含量較高。

表5 細菌培養(yǎng)實驗結(jié)果

硫酸鹽還原菌（SRB）在一定條件下能將硫酸根離子還原成硫離子，進而產(chǎn)生副產(chǎn)物硫化氫。SRB 存在的條件下，由于SRB 起到了陰極去極化作用，加快了腐蝕過程。里429 區(qū)塊注水系統(tǒng)防止硫化氫腐蝕主要采用以下三方面的措施：

（1）提高注水系統(tǒng)中緩蝕劑及殺菌劑的濃度，嶺二轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)里429 區(qū)塊來液未進站處理前，殺菌劑加藥濃度為0.010%，緩蝕劑加藥濃度為0.012%，在里429 區(qū)塊來液進站后進行實驗，殺菌劑加藥濃度提升至0.023%，緩蝕劑加藥濃度為0.018%。

（2）針對硫化氫對金屬腐蝕性強，對嶺二轉(zhuǎn)污水回注系統(tǒng)管線采用柔性復(fù)合管和玻璃鋼管。柔性復(fù)合管和玻璃鋼管由于本身材質(zhì)原因，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性能。

（3）注水方面鋼管道主要通過數(shù)字化壓力系統(tǒng)報警進行預(yù)警報警，減少集輸、注水系統(tǒng)儲罐、壓力容器及其他加密設(shè)備設(shè)施檢修次數(shù)，縮短檢驗周期，保障場站完整性管理。

4 結(jié)論及建議

按照“源頭加藥、密閉集輸、腐蝕防治”總體研究思路對井筒、地面集輸、采出水回注全流程各個環(huán)節(jié)開展研究，通過研究硫化氫在油田開發(fā)生產(chǎn)中對設(shè)備設(shè)施的危害性，結(jié)合里429 區(qū)塊針對硫化氫各方面的治理措施，采用抗硫措施及合理選材，化學(xué)藥劑添加及配伍實驗，形成推薦做法，使得里429 區(qū)塊合格原油中硫化氫含量始終低于0.001 5%，注水系統(tǒng)中SRB 含量小于10 個/毫升。

（1）在采油工藝中，井筒硫化氫防治一方面要選用抗硫化氫鋼材的油管、套管、井下附件；另一方面進行殺菌除硫工藝相結(jié)合，進行殺菌劑和脫硫劑配伍實驗，降低SRB 含量可有效降低硫化氫的含量，另外通過連續(xù)加藥可使硫化氫含量始終處于安全限值內(nèi)。

（2）原油集輸處理工藝方面一方面通過采用抗硫材料的管道管材，另一方面實現(xiàn)系統(tǒng)全密閉，防止油氣放空導(dǎo)致操作人員中毒，在油氣處理工藝中使用的破乳劑等藥劑要與投加的脫硫劑進行配伍實驗，確保藥效性能。

（3）在采出水處理工藝中，優(yōu)選玻璃鋼管等抗硫化氫管材技術(shù)，優(yōu)化注水系統(tǒng)加藥濃度，防止硫化氫腐蝕設(shè)備管線，SRB 污染回注地層。

（4）開展操作人員硫化氫防護研究，編制相應(yīng)操作手冊及安全防護規(guī)程，以滿足硫化氫站場員工培訓(xùn)及上崗管理的需求。